含稻草粉的改性聚乳酸复合材料及其制备方法技术

一种含稻草粉的改性聚乳酸复合材料及其制法，在聚乳酸等聚合物与稻草粉的混合物中混入偶联剂或增塑剂，再经挤出机或密炼机熔融共混得到复合材料；该复合材料中各组分含量为：稻草粉0.8-9wt%，偶联剂或增塑剂2.5-17wt%，聚乳酸等聚合物75-97wt%。该复合材料中引入稻草粉不仅能够避免聚乳酸成型加工性能差的缺陷，降低成本，而且使废弃稻草等资源得到回收利用。可用于玩具、包装、电子产品等行业。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子复合材料领域，具体涉及一种含稻草粉的改性聚乳酸复合材料，即聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯(或聚己内酯)/稻草粉复合材料，以及该复合材料的制备方法。
技术介绍
目前通用材料主要集中在聚乙烯、聚丙烯方面，其应用需要消耗大量石油资源，其 “白色”垃圾问题与日俱增，造成了不可忽视的能源危机和环境污染。开发潜在新型包装材料成为学术与工业界研究热点。近年来，随着陶氏化学首先开发出工业化聚乳酸以来，聚乳酸(PLA)，作为以(玉米、马铃薯等)可再生的植物资源为原料经化学合成制备的生物降解高分子，属于一种热塑性脂肪族聚酯，玻璃化转变温度和熔点分别为60°C和175°C左右，在室温是一种处于玻璃态的硬质高分子。同普通高分子一样，PLA可进行挤出、流延制膜、吹膜、 注塑、吹瓶、纤维等成型加工。经过热成型、纺丝等二次加工后得到的产品可以广泛应用在服装、纺织、无纺布、包装、农业、林业、土木建筑、医疗卫生用品、日常生活用品等领域。PLA 具有良好的可堆肥性、生物降解性、降解产生的二氧化碳和水可以返回自然界，重新加入到植物的光合作用过程中，有助于维持碳循环的平衡，综合性能能够满足可持续发展的要求。 由于纯PLA存在冲击性能较差、加工性能有待提高及成本较高等缺点，使其应用受到很大限制。改善PLA的韧性、提高其加工性能是近年来国内外学者研究的热门领域，目前常用的方法主要是自增强，或与其他材料(如矿物、碳纤维、天然纤维等)复合制备新材料。聚丁二酸丁二醇酯(PBS)以脂肪族二元酸、二元醇为主要原料，既可以通过石油化工产品满足需求，也可通过纤维素、奶业副产物、葡萄糖、果糖、乳糖等自然界可再生农作物产物经生物发酵生产，高分子量的PBS具有优异的综合性能。力学性能接近聚丙烯(iPP) 和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)塑料耐热性能好，热变形温度接近100°C，PBS只有在堆肥、水体等接触特定微生物条件下才发生降解，在正常储存和使用过程中性能非常稳定。 凭借优异的综合性能，PBS迅速成为可广泛推广使用的通用型完全生物降解材料之一。其本身具有良好的性价比，开发节能环保高性能生物降解复合材料具有重大应用价值。聚己内酯是是一种完全可生物降解聚酯。具有优良的力学性能及生物相容性，也可考虑作为PBS 替代材料。二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)是高分子材料中常用的改性剂，而亚磷酸三苯酯 (TPPI)是常用改性材料的增塑剂、抗氧剂、偶联剂，也起到阻燃作用，其本身无毒，可用于人体植入材料生产。为了提高聚丁二酸丁二醇酯与基体的相容性。通常需要两组份添加其它助剂，处理的方法主要加入增塑剂、偶联剂、三官能团有机改性剂等。通过对偶联剂偶联或增塑剂润滑处理，可显著提高聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯复合材料的界面结合性、耐水性、 力学性能、结晶性能等。关于此类偶联剂或增塑剂用于聚乳酸稻草复合材料研究中未见相关报道。稻草是自然界水稻农作物收割后产生的大量废弃物，每年有上亿公斤稻草遭到废弃，因此将稻草进行回收利用，开发可再生资源含稻草粉的复合材料具有显著经济与社会效益，加之聚乳酸成本较高，稻草粉引入可降低成本。因此开发此类稻草改性聚乳酸全生物降解、低成本复合材料具有显著社会意义。
技术实现思路
为避免现有聚乳酸及其复合材料存在上述缺陷，本专利技术提供一种；其在聚乳酸、稻草粉、与聚丁二酸丁二醇酯或聚己内酯的混合物中混入偶联剂或增塑剂再经过熔融共混，让聚丁二酸丁二醇酯或聚己内酯在偶联剂作用下均勻分散于聚乳酸基体中，得到高拉伸率、综合拉伸强度以及刚性平衡的复合材料。本专利技术含稻草粉的改性聚乳酸复合材料，其组分包括第一种聚合物一聚乳酸，第二种聚合物一聚丁二酸丁二醇酯或聚己内酯，稻草粉，及，二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或亚磷酸三苯酯(TPPI)；各组分含量为稻草粉 0. 8-9wt% ；二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或亚磷酸三苯酯(TPPI) 2. 5-17wt% ； 第一种聚合物和第二种聚合物 75-97wt%，其中，第一种聚合物和第二种聚合物的重量比为6-7 3-4。一种含稻草粉的改性聚乳酸复合材料的制备方法，包括以下步骤a.将烘干的稻草送入粉碎机中粉碎成粉，过100-1000目筛子，得到稻草粉，然后置于 65-80度烘箱中烘干；b.取第一种聚合物一聚乳酸和第二种聚合物合计100重量份，与1-10重量份的烘干的稻草粉送入搅拌机中以30-80rpm转速搅拌预混合得到三组分混合物；其中，聚乳酸和第二种聚合物的重量比为6-7 3-4，第二种聚合物是聚丁二酸丁二醇酯或聚己内酯；然后加入3-5重量份的二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)到三组分混合物中，在搅拌机中以30-50rpm转速充分搅拌混合，再用双螺杆挤出机或密炼机在100_190°C温度下进行熔融共混，得到该复合材料。一种改性聚乳酸复合材料的制备方法，包括以下步骤a.将烘干的稻草送入粉碎机中粉碎成粉，过100-1000目筛子，得到稻草粉，然后置于 65-80度烘箱中烘干；b.取第一种聚合物一聚乳酸和第二种聚合物合计100重量份，与1-10重量份的烘干的稻草粉送入搅拌机中以30-80rpm转速搅拌预混合得到三组分混合物；其中，聚乳酸和第二种聚合物的重量比为6-7 3-4，第二种聚合物是聚丁二酸丁二醇酯或聚己内酯；然后加入3-20重量份的亚磷酸三苯酯(TPPI)到三组分混合物中，在搅拌机中以 30-50rpm转速充分搅拌混合，再用双螺杆挤出机或密炼机在100-190°C温度下进行熔融共混，得到该复合材料。其中，预混合前，对所述聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯物及聚己内酯于60-80°C温度下进行烘干处理。采用双螺杆挤出机加工时，于100-190°c温度范围、以20-80rpm对物料熔融共混，然后挤出铸带，造粒成型。采用密炼机加工时，在100-190°C温度范围、以20-80rpm对物料熔融共混10_15分钟。本专利技术在聚乳酸、稻草粉、与聚丁二酸丁二醇酯或聚己内酯的混合物中混入偶联剂或增塑剂再经过双螺杆挤出机或密炼机熔融共混，在偶联剂或增塑剂作用下使聚丁二酸丁二醇酯或聚己内酯能与聚乳酸基体、稻草纤维素分子链理想结合，所得的聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯(或聚己内酯)/稻草粉复合材料的模量比纯聚乳酸有所降低，小量稻草粉引入对断裂伸长率有些许影响，但改变不大，断裂伸长率仍然比纯聚乳酸高。拉伸强度变化不大(与纯聚乳酸相比略微降低)，此复合材料性能符合加工生产要求。本专利技术原料之一来源于自然界大量稻草，引入稻草粉不仅能够避免聚乳酸成型加工性能差的缺陷，降低聚乳酸为主的复合材料成本，而且使废弃稻草等资源得到回收利用。本专利技术的复合材料可用于玩具、包装、电子产品等行业。附图说明图1为本专利技术方法制得的聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯/稻草粉复合材料的系列试样的断裂伸长率随稻草粉含量的变化图，其同实施例2、13、14一样，采用70份聚乳酸、30份聚丁二酸丁二醇酯和5份MDI ；图2为本专利技术图1涉及的复合材料的系列试样的拉伸强度随稻草粉含量的变化图； 图3为本专利技术图1涉及的复合材料的系列试样的拉伸模量随稻草粉含量的变化图。具体实施例方式以下结合具体实施例对本专利技术做详细描述。本专利技术采用的聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚己内酯和偶联剂二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)等均为市售产品。在以下实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含稻草粉的改性聚乳酸复合材料，其组分包括第一种聚合物一聚乳酸，第二种聚合物一聚丁二酸丁二醇酯或聚己内酯，稻草粉，及，二苯基甲烷二异氰酸酯或亚磷酸三苯酯；各组分含量为稻草粉 0. 8-9wt% ；二苯基甲烷二异氰酸酯或亚磷酸三苯酯2.5-17wt%;第一种聚合物和第二种聚合物 75-97wt%，其中，第一种聚合物和第二种聚合物的重量比为6-7 :3-4。2.如权利要求1所述的复合材料，其特征是所述稻草粉是100-1000目稻草粉。3.如权利要求1所述的复合材料，其特征是所述稻草粉用草粉替代。4.一种含稻草粉的改性聚乳酸复合材料的制备方法，其特征是包括以下步骤a.将烘干的稻草送入粉碎机中粉碎成粉，过100-1000目筛子得到稻草粉，然后置于 65-80度烘箱中烘干；b.取第一种聚合物一聚乳酸和第二种聚合物合计100重量份，与1-10重量份的烘干的稻草粉送入搅拌机中以30-80rpm转速搅拌预混合得到三组分混合物；其中，聚乳酸和第二种聚合物的重量比为6-7 3-4，第二种聚合物是聚丁二酸丁二醇酯或聚己内酯；然后加入3-5重量份的二苯基甲烷二异氰酸酯到三组分混合物中，在搅拌机中充分搅拌混合，再用双螺杆挤出机或密炼机在100-190°C温度范围进行熔融共混，得到该复合材料。5.如权利要求4所述的方法，其特征是预混合前，对所述聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯及聚己内酯于60-80°C温度下进行烘干处理。6.如权利要求4或5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐国翌，李良钊，宋国林，廖枝飞，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：