專利名稱：熱塑性植物纖維/聚乳酸共混材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱塑性植物纖維/聚乳酸共混材料及其制備方法，屬于含植物纖維、聚乳酸及共混材料的組合物技術(shù)領(lǐng)域。( 二)背景技術(shù)全世界每年有1. 5億噸石油、天然氣等有限的石化資源用于化學(xué) 合成“合成高分子”，為了減少廢棄合成高分子材料產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的影響和有限資源的利用， 重新構(gòu)筑可持續(xù)發(fā)展的人類社會(huì)已成為世界各國的共識(shí)。實(shí)現(xiàn)世界經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，國 內(nèi)外的相關(guān)研究前沿之一是利用清潔生產(chǎn)技術(shù)，將可再生的生物質(zhì)資源，改性、合成滿足使 用要求的環(huán)境友好高分子新材料，降低對(duì)有限資源的消耗，減少材料使用后對(duì)環(huán)境的污染， 為此國內(nèi)外的相關(guān)研究更注重尋找新的天然高分子塑料材料。植物纖維是地球上巨大的再生性生物高分子資源。從資源的可持續(xù)利用、保護(hù)環(huán) 境和生物體親和性與生物分解性特點(diǎn)出發(fā)，人們對(duì)于能再生的植物纖維的利用寄托了很大 的期望。從而植物纖維資源化利用，開發(fā)環(huán)境友好的綠色產(chǎn)品，已形成環(huán)境綠色高技術(shù)研究 與開發(fā)中的熱點(diǎn)領(lǐng)域。植物纖維作為可再生資源，它的改性和利用一方面可節(jié)省大量石油 資源，另一方面可以緩解大量非降解合成高分子材料廢棄物造成的環(huán)境污染，植物纖維及 其改性材料廢棄后可以在自然環(huán)境中實(shí)現(xiàn)生物量的循環(huán)。聚乳酸(PLA)是由人工半合成的熱塑性脂肪族聚酯，是一種重要的乳酸衍生物， 是以乳酸為單體經(jīng)化學(xué)合成得到的一類高分子材料，是一種真正的生物塑料，其無毒、無刺 激性，具有良好的生物相容性，可塑性好，可生物分解吸收，其降解產(chǎn)物為水和二氧化碳，其 物理性質(zhì)介于PET和PA-6之間，用途十分廣泛。但是，聚乳酸作為一種生物分解的脂肪族 聚酯類材料，與聚烯烴類材料不同，這類材料的熔體性能差，加工應(yīng)用過程中存在著困難， 其材料的粘度和強(qiáng)度均較低，導(dǎo)致成型加工過程中定型速度很慢，實(shí)施吹塑、壓延、注塑紡 絲等加工方式難度很大；同時(shí)在熔體狀態(tài)下十分容易發(fā)生材料的分解，使得聚合物的分子 量下降超過50%，導(dǎo)致成型加工制品的力學(xué)強(qiáng)度嚴(yán)重下降。因此聚乳酸的加工性能較差，很 難通過常規(guī)的加工方法在常規(guī)聚合物加工設(shè)備上加工出符合使用要求的產(chǎn)品。熱塑性植物纖維與聚乳酸熔融共混改性后得到的新型熱塑共混材料加工性能良 好，在擠塑、吹塑、注塑和發(fā)泡過程中具有優(yōu)良的熱塑加工特性和力學(xué)性能，其制品使用后 完全降解且環(huán)境友好，可廣泛地用于化工、農(nóng)地膜、機(jī)電、建筑材料、包裝和環(huán)保等生產(chǎn)加工 領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種環(huán)境友好的熱塑性植物纖維/聚乳酸共混 材料及其制備方法。熱塑性植物纖維/聚乳酸共混可以改善熱塑性植物纖維的加工性能， 同時(shí)可以對(duì)聚乳酸起到較好的增塑作用，解決聚乳酸加工性能、韌性和抗撕裂性能不足、斷 裂伸長率低、薄膜較脆等不足等問題，提供一種以天然植物纖維為原料，生產(chǎn)環(huán)境友好的植 物纖維/聚乳酸熱塑材料的新方法，為可再生資源植物纖維的大規(guī)模開發(fā)利用服務(wù)。2、技術(shù)方案本發(fā)明的技術(shù)方案是一種熱塑性植物纖維/聚乳酸共混材料，它的 各組分的重量份為熱塑性植物纖維1 99，聚乳酸1 99，交聯(lián)劑0 10，增塑劑0 10。其制備方法是將熱塑性植物纖維1 99份、聚乳酸1 99份，交聯(lián)劑0 10份和增 塑劑0 10份在高速混合機(jī)中攪拌5 20分鐘，在溫度30 60°C干燥8 12小時(shí)，控 溫于100 140°C將共混料在雙螺桿擠塑機(jī)中熔融共混5 lOmin，在110 150°C、0. 1 IMPa下造粒得到完全生物降解熱塑性植物纖維/聚乳酸共混材料。熱塑性植物纖維是將去雜后的植物纖維原料粉碎，膨化，加入植物纖維重量2倍 的H2S04溶液，在120°C下處理lh，過濾、清洗、干燥、粉碎過40目篩，得到去除木素和 多縮戊糖的純凈植物纖維粉；在純凈植物纖維粉中加入3倍的18% NaOH溶液，在30°C下浸 漬2h，壓榨擠去多余的堿液，使植物纖維中含堿液控制在50%，即獲得堿化植物纖維；按重 量比取堿化植物纖維100份、過硫酸鉀2份、丙烯酸甲酯200份于反應(yīng)釜中，同時(shí)通入N2， 30°C下攪拌反應(yīng)10h，至物料呈漿狀后加入10%的醋酸溶液中和至pH7. 0 ；反應(yīng)液通過離心 分離去除溶液，所得固體經(jīng)水洗至中性后真空干燥即得到熱塑性植物纖維。聚乳酸選用聚DL-乳酸、聚L-乳酸、聚DL-乳酸共聚物或聚L-乳酸共聚物；交聯(lián) 劑選用順丁烯二酸酐，檸檬酸三丁酯、乙撐雙硬脂酸酰胺、六方氮化硼中的一種或兩種以上 的任意組合；增塑劑選用丙三醇，聚乙二醇，鄰苯二甲酸二丁酯，己二酸二丁酯中的一種或 兩種以上的任意組合。熱塑性植物纖維/聚乳酸共混材料及其制備方法，其制備步驟是第一步，配料按重量比配比取熱塑性植物纖維1 99，聚乳酸1 99，交聯(lián)劑0 10，增塑劑0 10，在高速混合機(jī)中攪拌混勻5 20min。第二步，干燥將混合均勻的共混物在溫度30 60°C干燥8 12小時(shí)。第三步，共混造粒將干燥好的共混料在雙螺桿擠出機(jī)中于100 140°C熔融共混 5 lOmin，在110 150°C、0. 1 IMPa下擠出造粒，制備成熱塑性植物纖維/聚乳酸共混 材料。3、有益效果植物纖維作為一種可再生天然資源，來源充足以及可生物降解。對(duì)其 進(jìn)行共混改性，可得到以植物纖維為骨架的熱塑性植物纖維/聚乳酸共混新材料。作為可 再生資源，它的共混改性和利用一方面可節(jié)省大量石油資源，另一方面可以緩解大量非降 解合成高分子材料廢棄物造成的環(huán)境污染，熱塑性植物纖維/聚乳酸共混材料廢棄后可以 在自然環(huán)境中實(shí)現(xiàn)生物量的循環(huán)。熱塑性植物纖維與聚乳酸共混改性，兩者相容性很好，能 夠達(dá)到熱力學(xué)相容狀態(tài)，避免產(chǎn)品的相分離現(xiàn)象，提高了改性產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性。熱塑性植 物纖維與聚乳酸共混改性，使其加工流變特性與聚乙烯相似，便于使用常規(guī)設(shè)備進(jìn)行工業(yè) 化生產(chǎn)。熱塑性植物纖維與聚乳酸共混改性產(chǎn)品，綜合力學(xué)性能優(yōu)良，其制品使用后完全降 解且環(huán)境友好，可廣泛地用于化工、農(nóng)地膜、機(jī)電、建筑材料、包裝和環(huán)保等生產(chǎn)加工領(lǐng)域。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明由以下具體實(shí)施措施實(shí)現(xiàn)，其中所述原料份數(shù)除特殊 說明外，均為重量份數(shù)。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1 按重量比取熱塑性植物纖維1份、聚DL-乳酸99份，順丁烯二酸酐1份 在高速混合機(jī)中攪拌5分鐘，在溫度30°C干燥12小時(shí)，控溫于100°C將共混料在雙螺桿擠 塑機(jī)中熔融共混5min，在110°C、IMPa下造粒得到完全生物降解熱塑性植物纖維/聚乳酸共 混材料。實(shí)施例2 按重量比取熱塑性植物纖維99份、聚L-乳酸1份，鄰苯二甲酸二丁酯10份在高速混合機(jī)中攪拌20分鐘，在溫度60°C干燥8小時(shí)，控溫于140°C將共混料在雙螺桿擠塑機(jī)中熔融共混lOmin，在150°C、0. IMPa下造粒得到完全生物降解熱塑性植物纖維/聚乳酸共混材料。實(shí)施例3 按重量比取熱塑性植物纖維10份、聚DL-乳酸共聚物90份，檸檬酸三 丁酯3份和丙三醇3份、聚乙二醇7份在高速混合機(jī)中攪拌8分鐘，在溫度40°C干燥10小 時(shí)，控溫于110°C將熔融共混料在雙螺桿擠塑機(jī)中共混6min，在120°C、0. 7MPa下造粒得到 完全生物降解熱塑性植物纖維/聚乳酸共混材料。實(shí)施例4 按重量比取熱塑性植物纖維30份、聚L-乳酸共聚物70份，乙撐雙硬脂 酸酰胺5份和己二酸二丁酯3份在高速混合機(jī)中攪拌10分鐘，在溫度45°C干燥12小時(shí)，控 溫于120°C將共混料在雙螺桿擠塑機(jī)中熔融共混7min，在130°C、0. 5MPa下造粒得到完全生 物降解熱塑性植物纖維/聚乳酸共混材料。實(shí)施例5 按重量比取熱塑性植物纖維50份、聚L-乳酸50份，六方氮化硼7份和 聚乙二醇5份在高速混合機(jī)中攪拌15分鐘，在溫度35°C干燥12小時(shí)，控溫于130°C將共混 料在雙螺桿擠塑機(jī)中熔融共混8min，在140°C、0. 3MPa下造粒得到完全生物降解熱塑性植 物纖維/聚乳酸共混材料。實(shí)施例6 按重量比取熱塑性植物纖維70份、聚L-乳酸共聚物30份，檸檬酸三丁 酯5份、乙撐雙硬脂酸酰胺5份和丙三醇7份在高速混合機(jī)中攪拌12分鐘，在溫度50°C干 燥8小時(shí)，控溫于140°C將共混料在雙螺桿擠塑機(jī)中熔融共混9min，在150°C、0. 2MPa下造 粒得到完全生物降解熱塑性植物纖維/聚乳酸共混材料。
權(quán)利要求
一種熱塑性植物纖維/聚乳酸共混材料，其特征在于，它的各組分的重量份為熱塑性植物纖維1～99，聚乳酸1～99，交聯(lián)劑0～10，增塑劑0～10。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述熱塑性植物纖維/聚乳酸共混材料，其特征是，所述的熱塑性植 物纖維，是將去雜后的植物纖維原料粉碎，膨化，加入植物纖維重量2倍的1 % H2SO4溶液，在 120°C下處理lh，過濾、清洗、干燥、粉碎過40目篩，得到去除木素和多縮戊糖的純凈植物纖 維粉；在純凈植物纖維粉中加入3倍的18% NaOH溶液，在30°C下浸漬2h，壓榨擠去多余的 堿液，使植物纖維中含堿液控制在50%，即獲得堿化植物纖維；按重量比取堿化植物纖維 100份、過硫酸鉀2份、丙烯酸甲酯200份于反應(yīng)釜中，同時(shí)通入N2, 30°C下攪拌反應(yīng)10h，至 物料呈漿狀后加入10%的醋酸溶液中和至PH7.0 ；反應(yīng)液通過離心分離去除溶液，所得固 體經(jīng)水洗至中性后真空干燥即得到的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱塑性植物纖維/聚乳酸共混材料，其特征是，所述的聚乳酸 為聚DL-乳酸、聚L-乳酸、聚DL-乳酸共聚物或聚L-乳酸共聚物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱塑性植物纖維/聚乳酸共混材料，其特征是，所述的交聯(lián)劑 為順丁烯二酸酐，檸檬酸三丁酯、乙撐雙硬脂酸酰胺、六方氮化硼中的一種或兩種以上的任 思組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱塑性植物纖維/聚乳酸共混材料，其特征是，所述的增塑劑 為丙三醇，聚乙二醇，鄰苯二甲酸二丁酯，己二酸二丁酯中的一種或兩種以上的任意組合。
6.制備權(quán)利要求1所述的熱塑性植物纖維/聚乳酸共混材料的方法，其步驟是第一步，配料按重量比配比取熱塑性植物纖維1 99，聚乳酸1 99，交聯(lián)劑0 10， 增塑劑0 10，在高速混合機(jī)中攪拌混勻5 20min ；第二步，干燥將混合均勻的共混物在溫度30 60°C干燥8 12小時(shí)；第三步，共混造粒將干燥好的共混料在雙螺桿擠出機(jī)中于100 140°C熔融共混5 IOmin，在110 150°C、0. 1 IMPa下擠出造粒，制備成熱塑性植物纖維/聚乳酸共混材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱塑性植物纖維/聚乳酸共混材料及其制備方法。熱塑性植物纖維/聚乳酸共混材料各組分重量份為熱塑性植物纖維1～99，聚乳酸1～99，交聯(lián)劑0～10，增塑劑0～10。它的制備方法包括三個(gè)步驟，將原料在高速混合機(jī)中攪拌5～20分鐘，在溫度30～60℃干燥8～12小時(shí)，控溫于100～140℃將共混料在雙螺桿擠塑機(jī)中熔融共混5～10min，在110～150℃、0.1～1MPa下造粒而得。熱塑性植物纖維/聚乳酸共混材料加工性能良好，在擠塑、吹塑、注塑和發(fā)泡過程中具有優(yōu)良的熱塑加工特性和力學(xué)性能，其制品使用后完全降解且環(huán)境友好，可廣泛地用于化工、農(nóng)地膜、機(jī)電、建筑材料、包裝和環(huán)保等生產(chǎn)加工領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B29B13/06GK101824229SQ200910058518
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者徐東, 羅學(xué)剛 申請(qǐng)人:西南科技大學(xué)