一种生物可降解复合材料的制备方法技术

一种生物可降解复合材料的制备方法，属于高分子复合材料领域。本发明专利技术的目的是为了解决现有的PBAT复合材料存在环境污染、机械性能差的问题，所述方法为：通过碱处理改性增强材料；称取基体材料和增强材料充分干燥，去除水分，充分混合后进行共混，得到复合物熔融物料，将复合物熔融物料热压成型，得到生物可降解复合材料；控制增强材料的质量百分数为1％

【技术实现步骤摘要】
一种生物可降解复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于高分子复合材料领域，具体涉及一种生物可降解复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]近百年来，传统石油基塑料的发展很大地促进了社会发展，也给人们的工作和生活带来了极大的便利。从食品包装到自动化元件，这些材料正越来越广泛的替代玻璃和金属材料。虽然聚合物科学发展越来越成熟，但由其引发的很多问题依然存在，其中最为重要的是造成生态环境污染的问题。为了限制和改善塑料工业对海洋、河流、土壤等生态环境造成的“白色污染”，世界各国纷纷出台了越来越严格的“限塑令”。由于人们对生态环境保护的重视，更多的关注逐渐被投注到对环境更友好的生物降解材料的发展与应用上。
[0003]聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(Poly(butyleneadipate
‑
co
‑
terephthalate)，PBAT)属于热塑性生物降解塑料，是由己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯共聚而成的聚合物。对PBAT复合材料的研究由于高成本和其较低的机械性能而受到限制。
[0004]汉麻纤维是从汉麻茎秆韧皮部加工而成的一种天然植物纤维，具备产量丰富、可持续、可再生、可生物降解的特性。与其他天然的植物纤维，如苎麻、黄麻、亚麻相比，汉麻纤维具有一些优异的机械性能(主要是拉伸强度和拉伸模量)。汉麻纤维的化学成分相当复杂，由纤维素、半纤维素、木质素以及少量的蜡、果胶和矿物组成。其中，纤维素、半纤维素和木质素是定义纤维物理特性的基本成分。纤维素是纤维中最硬和最强的有机成分，因此汉麻纤维优秀的力学性能使其作为复合材料中的增强材料而被广泛研究，其结构式为：
[0005]
技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了解决现有的PBAT复合材料存在环境污染、机械性能差的问题，提供一种生物可降解复合材料的制备方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种生物可降解复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0009]步骤一：通过碱处理改性增强材料，并进行性能指标(界面强度、X射线衍射、微观形貌)的评估；
[0010]步骤二：称取基体材料和步骤一得到的增强材料充分干燥，去除水分，充分混合后进行共混，得到复合物熔融物料，将复合物熔融物料热压成型，得到生物可降解复合材料；控制增强材料的质量百分数为1％
‑
30％。
[0011]步骤三：对复合材料的性能(拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量)和生物可降解性进行评估。所述生物可降解性的评估指标为失重率，具体评估方法为：将复合材料裁剪成20mm
×
20mm
×
0.5mm的薄片，埋于土壤下15cm处，每隔10天每组取出3份样品，用蒸馏水和乙醇先后洗涤，烘干称重并计算各组的失重率，评估复合材料的生物降解性能。
[0012]进一步地，步骤一中，所述增强材料为改性汉麻纤维素。
[0013]进一步地，步骤一中，所述增强材料按照以下方法制备：将汉麻纤维干燥去除水分，然后浸泡于体积分数为5％
‑
80％NaOH溶液中0.5h
‑
7h，浸泡结束后清洗汉麻纤维直至中性，并将改性后的汉麻纤维干燥，得到改性汉麻纤维。
[0014]进一步地，所述干燥的温度为70
‑
100℃，时间为20
‑
30h。
[0015]进一步地，所述NaOH浓度为10％，碱处理时间为1h。
[0016]进一步地，步骤二中，所述基体材料为聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯。
[0017]进一步地，步骤二中，所述干燥的温度为90～100℃。
[0018]进一步地，步骤二中，共混在双辊开炼机中进行，前辊温度为140
‑
180℃，后辊温度为140
‑
180℃，共混时间为10
‑
30min。
[0019]进一步地，步骤二中，热压成型在平板硫化机中进行，温度为130
‑
150℃，压力为5
‑
20Mpa，热压成型时间为3
‑
10min。
[0020]本专利技术相对于现有技术的有益效果为：本专利技术利用改性汉麻纤维作为增强材料、以PBAT为基体，制备生物可降解的复合材料。该材料在密度、吸水性、热性能、热变形和生物降解性能方面有了较大改善，解决了目前PBAT材料机械性能低和成本高的问题。
附图说明
[0021]图1为碱处理前汉麻纤维微观形貌图；
[0022]图2为碱处理后汉麻纤维微观形貌图；
[0023]图3为未处理纤维UHF和不同碱处理时间下AHF的XRD曲线图；
[0024]图4为未处理纤维UHF和不同碱处理时间下AHF的界面强度图；
[0025]注：1
‑
UHF，2
‑
AHF15min，3
‑
AHF30min，4
‑
AHF45min，5
‑
AHF1h，6
‑
AHF2h，7
‑
AHF5h，8
‑
AHF7h；同一幅图中完全不同的字母标注表示对应组间存在显著性差异(p<0.05)。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。
[0027]实施例1：
[0028]改性增强材料的制备
[0029](1)将汉麻纤维(UHF)置于80℃烘箱中干燥24h，然后各组分别浸泡于10％NaOH溶液中15min、30min、45min、1h、2h、5h、7h。浸泡结束后用蒸馏水清洗至中性后将各组汉麻纤维分别取出置于80℃烘箱中干燥24h，得到改性汉麻纤维(UHF)。进行界面强度、X射线衍射、微观形貌的测试，结果如图1～4所示。碱处理1h时具有较好的界面强度。
[0030](2)称取增强材料0
‑
30份，基体材料70
‑
100份充分干燥，去除水分。在开始制备前，将双辊开炼机的前辊和后辊温度升至150℃和145℃，预热1.5h。根据事先计算好的数量按汉麻纤维质量分数为0％、5％、10％、20％、30％，分别称取相应质量干燥后的未处理汉麻纤维UHF和PBAT颗粒。预热完成后，每次将一组物料在开炼机上熔融共混15min，即可获得开炼共混的复合物熔融物料。随后使用平板硫化机进行热压成型。平板硫化机的温度设定为145℃，压力设定为10MPa。取一定量的开炼熔融物置于热压模具内，其中模具两边垫上PET薄膜，以保证热压成型后的板材表面光洁度并利于脱模。预热后排气10次，随后保压5min进行热压成型。用冷水冷却，从模具中取下复合材料片材。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物可降解复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤一：通过碱处理改性增强材料；步骤二：称取基体材料和步骤一得到的增强材料充分干燥，去除水分，充分混合后进行共混，得到复合物熔融物料，将复合物熔融物料热压成型，得到生物可降解复合材料；控制增强材料的质量百分数为1％
‑
30％。2.根据权利要求1所述的一种生物可降解复合材料的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述增强材料为改性汉麻纤维素。3.根据权利要求1或2所述的一种生物可降解复合材料的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述增强材料按照以下方法制备：将汉麻纤维干燥去除水分，然后浸泡于体积分数为5％
‑
80％NaOH溶液中0.5h
‑
7h，浸泡结束后清洗汉麻纤维直至中性，并将改性后的汉麻纤维干燥，得到改性汉麻纤维。4.根据权利要求3所述的一种生物可降解复合材料的制备方法，其特征在于：所述干燥的温度为70
‑
100℃，时间为20
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢卫红，曾德永，张亮，
申请(专利权)人：哈尔滨化兴航卫航天生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：