一种桐油/纤维三维核壳结构增强聚乳酸基木塑复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于木塑复合材料领域，公开了一种桐油/纤维三维核壳结构增强聚乳酸基木塑复合材料及其制备方法与应用

【技术实现步骤摘要】
一种桐油/纤维三维核壳结构增强聚乳酸基木塑复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于木塑复合材料领域，具体涉及一种桐油/纤维三维核壳结构增强聚乳酸基木塑复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]木塑复合材料是一种轻质，廉价，具有优良力学性能的复合材料。大部分商用木塑复合材料主要成分为石油基材料与植物纤维，如聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯与锯木，秸秆，稻壳，玉米杆等废弃农作物。这类木塑复合材料力学性能主要依赖于塑料基体，木质材料主要起到填充降成本，提高环保性等作用，往往力学性能较差，并且有些木塑复合材料依赖胶粘剂，难以在自然界中完全降解，随着此类材料用量逐渐增大，对环保性要求越来越高，木塑复合材料在节约资源以及环境保护问题上面临巨大挑战。
[0003]自然界中存在大量有机物，人类利用高分子化学物理，有机化学等知识利用了大量的天然有机物合成高分子，聚乳酸作为一种由乳酸聚合的高分子材料，因本身优良的力学性能及优良的环保型在木塑复合材料领域具有极大应用价值。植物纤维作为一种广泛存在的天然资源具有储量丰富，价格低廉，再生能力强，绿色环保等优点，将植物纤维应用于高分子基复合材料中已有广泛研究，然而现有木塑复合材料难以实现真正的完全降解，并且塑料基体与木质材料粘合性差，极度依赖胶粘剂，尤其在家装领域，会产生甲醛等有害气体。
[0004]聚乳酸因其脆性达，韧性差，抗冲击性较差，其制品冷加工性能较差，需要通过其他物质对其增韧，才可获得较好的抗冲击性能。中国专利CN111647256B公布了一种聚对苯二甲酸乙二醇
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1,4
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环己烷二甲醇酯(PCTG)增韧聚乳酸复合材料，并使用了聚乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯为相容剂，苯乙烯
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丙烯腈
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甲基丙烯酸脱水甘油酯的三元无规共聚物为增韧剂，其中PCTG与相容剂，增韧剂均为不可降解的聚合物，并且PCTG含量达到60％时，才能取得较好的增韧效果，冲击强度约6.26KJ/m2，不仅成本高昂，而且大大降低了复合材料的环保性。植物纤维本身含有大量纤维素，纤维素上有大量羟基，导致其亲水性较强，对高分子基体亲和性较差，传统木塑复合材料需要添加胶粘剂，才能获得高性能的复合材料，但成本高，而且易产生甲醛等有害物质。中国专利CN109651782B公布了一种复合植物纤维改性聚乳酸复合材料，使用苎麻纤维，椰壳纤维与聚乳酸，淀粉以及橡胶进行热共混，然后热压制得板材，所述椰壳纤维需要使用纤维素酶和果胶酶进行处理，苎麻纤维需要低温等离子处理，工艺复杂，成本高，并且制备的复合板材冲击强度最高约1.85KJ/m2，提升有限。因此，制备一种环境友好且高性能的木塑复合材料，具有广阔的应用前景。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺点和不足，本专利技术的首要目的在于提供一种桐油/纤维三维核壳结构增强聚乳酸基木塑复合材料。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供一种上述木塑复合材料的制备方法。
[0007]本专利技术的再一目的在于提供上述木塑复合材料的应用。
[0008]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0009]一种桐油/纤维三维核壳结构增强聚乳酸基木塑复合材料，包括如下质量份数的原料组分：
[0010][0011][0012]优选地，所述桐油/纤维三维核壳结构增强聚乳酸基木塑复合材料包括如下质量份数的原料组分：
[0013][0014]优选地，所述植物纤维为椰树叶柄纤维，剑麻纤维，大麻纤维，苎麻纤维中的一种或两种以上。
[0015]优选地，所述引发剂与促进剂分别是2
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过氧化丁酮与环烷酸钴，或分别是过氧化苯甲酰与叔丁基过氧化氢。
[0016]上述的桐油/纤维三维核壳结构增强聚乳酸基木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0017](1)将桐油与引发剂，促进剂按比例混合均匀，得到预制桐油；
[0018](2)将植物纤维经碱处理后洗涤至中性，得到预制纤维；
[0019](3)将步骤(2)中的预制纤维浸没于步骤(1)的预制桐油中，真空箱中真空吸附预制桐油至饱和，再经硫化处理，得到混合纤维；
[0020](4)将聚乳酸，步骤(1)中的预制桐油，步骤(3)中的混合纤维加入密炼机中熔融共混，继续硫化，冷却，造粒，即制得桐油/纤维三维核壳结构增强聚乳酸基木塑复合材料。
[0021]优选地，步骤(3)所述硫化温度为180～200℃，硫化时间为90～100min。
[0022]更优选地，步骤(3)所述硫化温度为180℃，硫化时间为90min。
[0023]优选地，步骤(2)所述碱处理为浓度为5～20wt％碱性溶液处理2～4小时，所述碱性溶液为氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液。
[0024]优选地，步骤(3)所述真空吸附为真空度≥85％下吸附5～10min；
[0025]更优选地，真空度95％抽真空5min。
[0026]步骤(4)所述熔融温度为180℃，转速为60～100r/min，时间为8～10min，继续硫化时间为20～40min。
[0027]优选地，步骤(1)所述混合温度为25～30℃，混合时间为20～30min。
[0028]优选地，步骤(1)所述桐油与引发剂，促进剂的质量比为200:10:1。
[0029]上述桐油/纤维三维核壳结构增强聚乳酸基木塑复合材料在家具、包装运输，电子电器中的应用。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：
[0031](1)本专利技术将桐油与引发剂，促进剂混合之后，再与植物纤维吸附，与聚乳酸进行反应挤出。在高负压条件下，桐油可以渗入植物纤维内部，形成桐油/纤维三维核壳结构。在不同时间的高热场下，桐油相在复合材料内部不同位置具有不同的物理形态，从而起到不同的作用。在高剪切场下，先混入的桐油增强聚乳酸大分子运动能力，降低混合时聚乳酸对纤维的剪切摩擦作用，有效保留混合纤维表面的桐油层。本专利技术制备的木塑复合材料不仅抗冲击性优良，还具有较高的模量。冲击强度最高可达4.6KJ/m2，弯曲模量最高可达6400MPa。
[0032](2)配方中的桐油可以形成多相结构，三维结构，可以起到增韧基体，增强纤维/聚乳酸两相相容性作用。桐油先渗入植物纤维内部，可以填充微纤维束间的空隙，与纤维表面的桐油形成桐油/纤维三维核壳结构，经过充分硫化后，可以在受到冲击时起到传递能量，甚至本身发生破坏吸收能量的作用。纤维上的桐油不仅可以形成复杂的核
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壳三维结构，牢固附着在纤维本体上，还可以与同为有机物的聚乳酸基体混溶，减少纤维与基体之间的缺陷，在受到冲击破坏时，在两相之间有效传递能量。
[0033](3)由于短纤维本身具有一定韧性，而桐油相聚合之后模量增加，二者结合可以在保留优良的力学性能同时大幅降低成本。本复合材料的应用可以减少石油基材料的使用；桐油/纤维三维核壳结构增强聚乳酸基木塑复合材料以聚乳酸，植物纤维，桐油本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种桐油/纤维三维核壳结构增强聚乳酸基木塑复合材料，其特征在于，包括如下质量份数的原料组分：2.根据权利要求1所述的桐油/纤维三维核壳结构增强聚乳酸基木塑复合材料，其特征在于，所述桐油/纤维三维核壳结构增强聚乳酸基木塑复合材料包括如下质量份数的原料组分：3.根据权利要求1所述的桐油/纤维三维核壳结构增强聚乳酸基木塑复合材料，其特征在于，所述植物纤维为椰树叶柄纤维，剑麻纤维，大麻纤维，苎麻纤维中的一种或两种以上。4.根据权利要求1所述的桐油/纤维三维核壳结构增强聚乳酸基木塑复合材料，其特征在于，所述引发剂与促进剂分别是2
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过氧化丁酮与环烷酸钴，或分别是过氧化苯甲酰与叔丁基过氧化氢。5.权利要求1～4任一项所述的桐油/纤维三维核壳结构增强聚乳酸基木塑复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将桐油与引发剂，促进剂按比例混合均匀，得到预制桐油；(2)将植物纤维经碱处理后洗涤至中性，得到预制纤维；(3)将步骤(2)中的预制纤维浸没于步骤(1)的预制桐油中，真空吸附预制桐油至饱和，再经硫化处理，得到混合纤维；(4)将聚乳酸，步骤(1)中的预制桐油，步骤(3)中的混合纤维加入密炼机中...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宏武，朱康，付世强，赵洲翔，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：