【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物可降解复合材料，涉及一种改性木浆纤维增强的生物可降解复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、对以石油为原料制备而成的高分子材料的开发与利用将受到严格管控，因此生物可降解材料逐渐凸显出其优越性，其中聚乳酸（pla）由可再生资源-淀粉制备而成，不仅具备生物可降解性好、生物相容性高等优点，同时其简单易得且机械性能优异，在通用塑料领域与医用包装领域具有广阔的应用前景。然而，pla在性能上也存在一定缺陷，如抗冲击性能差、热变形温度低、降解速率较快等。此外，聚乳酸的价格比通用塑料的价格高3-5倍，昂贵的价格也成为其市场推广和工业应用的重大障碍。
2、为了克服聚乳酸的性能缺陷，降低其生产成本，扩展期应用范围，通常将pla与生物基聚合物共混。其中聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯（pbat）因其具有高柔韧性与低成本的优点，将其与pla混合是代替传统聚合物的重要方式。但由于二者溶解度的差异，常导致pbat无法均匀分散至pla基体中。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种改性木浆纤维增强的生物可降解复合材料及其制备方法，本专利技术采用原位聚合包覆工艺将聚吡咯包覆于改性氮化硅晶须表面而制得包覆氮化硅晶须，然后以包覆氮化硅晶须为导电填料，与作为增强填料的包覆木浆纤维、聚乳酸和pbat树脂共混后熔融挤出，制备得到了具备优异导电性能和力学性能的生物可降解复合材料。
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利
4、（ⅰ）将氮化硅晶须分散于强碱溶液中并浸泡一段时间，通过强碱对氮化硅晶须进行化学刻蚀，随后经过滤、洗涤和干燥后得到预处理氮化硅晶须；将预处理氮化硅晶须分散于乙醇水溶液中形成悬浮液，向悬浮液中加入硬脂酸和钛酸酯偶联剂，混合搅拌并加热以发生接枝反应，得到改性氮化硅晶须；
5、（ⅱ）将步骤（ⅰ）得到的改性氮化硅晶须与过硫酸铵水溶液混合、加热并超声分散后得到分散液；向分散液中加入盐酸溶液和吡咯单体，高速搅拌并混合均匀，随后加入过硫酸铵的盐酸溶液并在低温环境下低速搅拌，以使得吡咯单体在改性氮化硅晶须表面聚合形成聚吡咯包覆层，反应结束后经过滤、洗涤和干燥后得到包覆氮化硅晶须；
6、（ⅲ）将木浆纤维浸泡于硅烷偶联剂溶液中，一段时间后取出干燥，得到改性木浆纤维；将改性木浆纤维与氯化钙溶液混合加热并浸泡一段时间，随后缓慢加入与氯化钙溶液相同体积的碳酸钠溶液，搅拌均匀以在改性木浆纤维表面原位生成碳酸钙粒子，反应结束后经过滤、洗涤和干燥后得到复合木浆纤维；
7、（ⅳ）将乙烯-乙烯醇共聚物加入有机水溶液中混合加热，直至乙烯-乙烯醇共聚物完全融化，得到包覆溶液；向包覆溶液中加入步骤（ⅲ）得到的复合木浆纤维，混合搅拌使得乙烯-乙烯醇共聚物在复合木浆纤维表面均匀包覆形成有机包覆层，经过滤、洗涤和干燥后得到包覆木浆纤维；
8、（ⅴ）将聚乳酸、pbat树脂、抗氧剂、润滑剂、增塑剂、步骤（ⅱ）得到的包覆氮化硅晶须以及步骤（ⅳ）得到的包覆木浆纤维混合后高速搅拌得到混合物料，将混合物料送入双螺杆挤出机中熔融塑化并挤出造粒，得到所述生物可降解复合材料。
9、本专利技术采用原位聚合包覆工艺将聚吡咯包覆于改性氮化硅晶须表面而制得包覆氮化硅晶须，然后以包覆氮化硅晶须为导电填料，与作为增强填料的包覆木浆纤维、聚乳酸和pbat树脂共混后熔融挤出，制备得到了具备优异导电性能和力学性能的生物可降解复合材料。
10、由于氮化硅晶须与树脂基体间的界面相容性较差，使得制备得到的生物可降解复合材料的内部易产生空腔和孔隙等缺陷，从而出现严重的应力集中现象，导致生物可降解复合材料的拉伸强度明显降低。为了提高氮化硅晶须与树脂基体之间的界面相容性，本专利技术以硬脂酸和钛酸酯偶联剂作为复配改性剂对氮化硅晶须进行表面改性，一方面，沉积在氮化硅晶须表面的硬脂酸和钛酸酯偶联剂形成了具备一定的塑性变形能力的包覆层，在应力作用下，包覆层能发生形变以缓解应力集中现象，使得应力可以顺利地由树脂基体转移至氮化硅晶须，并通过氮化硅晶须吸收大部分能量和载荷，从而提高了聚生物可降解复合材料的韧性和抗冲击性能；另一方面，氮化硅晶须表面的包覆层还可以起到桥接作用，钛酸酯偶联剂分子链中的烷氧基-(ch3)2cho水解后与碱处理后的预处理氮化硅晶须表面的羟基发生氢键作用，钛酸酯偶联剂分子链中的-oh可以与吡咯单体中的n-h键形成氢键，从而在吡咯单体的聚合过程中可经由钛酸酯偶联剂与预处理氮化硅晶须表面形成较强的氢键吸附效果。而硬脂酸则是通过分子链上的羧基-cooh与预处理氮化硅晶须表面的羟基发生酯化反应，另外一端的长烃链与聚吡咯分子链发生物理缠结，通过钛酸酯偶联剂和硬脂酸的联合改性可以实现改性氮化硅晶须与聚吡咯聚合物的分子键合连接，加强自身吸附的同时可以提高吡咯单体在改性氮化硅晶须表面的吸附强度，随着引发剂过硫酸铵的加入，吡咯单体发生自由基聚合最终形成聚吡咯高分子聚合物并吸附在改性氮化硅晶须表面，此外，聚吡咯中存在的c=c双键与改性氮化硅晶须结构中的c=c双键还存在π-π相互作用，这更加强了聚吡咯在改性氮化硅晶须表面的吸附沉积，最终聚吡咯在氮化硅晶须表面形成多层次交联的网络结构，并在氮化硅晶须表面形成导电通路，最终提高了制备得到的生物可降解复合材料的导电性能。
11、未改性的木浆纤维表面含有大量极性较高的亲水性官能团，与非极性的树脂基体之间的界面相容性较差，受外力作用时二者之间的结合不紧密，由此导致制备得到的生物可降解复合材料的力学性能较低。本专利技术以氯化钙和碳酸钠作为原料，在木浆纤维表面原位生长碳酸钙粒子，碳酸钙粒子具有填充凹陷、沿空隙生长的特点，而木浆纤维是一种多孔疏松材料，能为碳酸钙粒子提供生长吸附点。加入碳酸钙改性后的木浆纤维，可以明显提高生物可降解复合材料的力学性能；此外，由于碳酸钙粒子对乙烯-乙烯醇共聚物具有很强的静电作用力，对改善木浆纤维和乙烯-乙烯醇共聚物的界面相容性也有较强的促进作用，从而提高了木浆纤维与树脂基体之间的界面结合力。
12、硅烷改性后的木浆纤维具有较强的极性，同时，由于木浆纤维具备丰富的孔道结构，可以用于负载碳酸钙粒子等无机材料，所制成的复合材料具有良好的力学性能、生物相容性和生物可降解性。但是，由于微/纳米级的碳酸钙粒子具有较大的比表面积和较强的表面能，在与树脂基体混合的过程中极易发生团聚，很难在复合材料中均匀分散，为此，本专利技术采用原位合成法在改性木浆纤维表面原位生成了碳酸钙粒子，借助改性木浆纤维在树脂基体中的均匀分散，使得碳酸钙粒子也得以在树脂基体中均匀分散。
13、本专利技术先将改性木浆纤维与氯化钙溶液混合并热浸泡，随后加入碳酸钠溶液，相比于先和氯化钙溶液混合，再加入氯化钙溶液的添加顺序，本专利技术采用的添加顺序可以使得原位生成的碳酸钙粒子的负载量最大，这是因为改性木浆纤维对碳酸钙的吸附是靠电荷的吸引作用，先添加氯化钙时，钙离子为阳离子本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种改性木浆纤维增强的生物可降解复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（Ⅰ）中，所述强碱溶液的浓度为3-5mol/L；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（Ⅱ）中，所述改性氮化硅晶须与所述过硫酸铵水溶液的比例为(5-15)g:1L；
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（Ⅲ）中，所述木浆纤维在所述硅烷偶联剂溶液中的浸泡时间为1-5h；
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（Ⅳ）中，所述有机水溶液为异丙醇水溶液；
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（Ⅴ）中，所述高速搅拌的时间为10-30min；
7.一种采用权利要求1至6任一项所述的制备方法制备得到的改性木浆纤维增强的生物可降解复合材料，其特征在于，所述生物可降解复合材料包括聚乳酸、PBAT树脂、包覆氮化硅晶须、包覆木浆纤维、抗氧剂、润滑剂和增塑剂；
8.根据权利要求7所述的生物可降解复合材料，其特征在于，所述生物可降解复
9.根据权利要求8所述的生物可降解复合材料，其特征在于，所述生物可降解复合材料包括如下重量份的各组分：
10.根据权利要求8所述的生物可降解复合材料，其特征在于，所述润滑剂包括石蜡、硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、单硬脂酸甘油酯或双硬脂酸甘油酯中的任意一种或至少两种的组合；
...【技术特征摘要】
1.一种改性木浆纤维增强的生物可降解复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（ⅰ）中，所述强碱溶液的浓度为3-5mol/l；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（ⅱ）中，所述改性氮化硅晶须与所述过硫酸铵水溶液的比例为(5-15)g:1l；
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（ⅲ）中，所述木浆纤维在所述硅烷偶联剂溶液中的浸泡时间为1-5h；
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（ⅳ）中，所述有机水溶液为异丙醇水溶液；
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（ⅴ）中，所述高速搅拌的...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏荣欣，黄仁亮，韩承志，赵一欣，刘朝辉，
申请(专利权)人：天津永续新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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