本發(fā)明涉及一種強(qiáng)界面結(jié)合型竹纖維/聚乳酸可降解材料的制備方法，屬于環(huán)保材料制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

資源缺乏、能源危機(jī)以及環(huán)境惡化使人們逐漸意識(shí)到有效利用資源和保護(hù)環(huán)境對(duì)于實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。復(fù)合材料以節(jié)能、高強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)在材料科學(xué)領(lǐng)域占有一席之地，然而，很多復(fù)合材料由于回收和再生問(wèn)題帶來(lái)日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。因此，解決復(fù)合材料的再生、循環(huán)利用，使其向環(huán)境協(xié)調(diào)化的方向發(fā)展，是目前國(guó)內(nèi)外研究復(fù)合材料的學(xué)者們潛心研究的熱門(mén)領(lǐng)域。天然植物纖維制備的復(fù)合材料進(jìn)行填埋處理后，植物纖維可以被土壤中微生物完全分解成二氧化碳和水，經(jīng)生物循環(huán)再回到自然界，對(duì)環(huán)境污染小，這使得天然纖維復(fù)合材料越來(lái)越有吸引力。有研究者認(rèn)為，天然植物纖維和熱固性或熱塑性樹(shù)脂制備的復(fù)合材料可以稱為綠色復(fù)合材料。近年來(lái)，隨著各種可生物降解樹(shù)脂的開(kāi)發(fā)和利用，使綠色復(fù)合材料的基體材料也具備了生物降解性，為制備可完全解降解復(fù)合材料提供了可能，也誕生了真正意義上的綠色復(fù)合材料——能與生態(tài)環(huán)境和諧共存的材料，能夠完全生物降解、再生的材料。

但是天然纖維和樹(shù)脂基體間的界面結(jié)合性差，導(dǎo)致制得的復(fù)合材料機(jī)械性能差，難以滿足實(shí)際應(yīng)用的要求，因此，發(fā)明一種強(qiáng)界面結(jié)合型的可降解材料對(duì)環(huán)保材料的發(fā)展具有積極的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題，針對(duì)目前常見(jiàn)的復(fù)合型可降解材料由于填料和樹(shù)脂基體間的界面結(jié)合性差，導(dǎo)致制得的復(fù)合材料機(jī)械性能差，難以滿足實(shí)際應(yīng)用要求的缺陷，提供了一種堿泡竹篾，液氮冷凍研磨得到竹纖維束，從發(fā)霉腐乳中得到菌絲懸浮液，將竹纖維束和桃膠在菌絲懸浮液的作用下發(fā)酵改性，最后和聚乳酸復(fù)配制得可降解材料的方法。本發(fā)明先用堿浸竹篾，溶解其中的部分纖維素和果膠以及蠟質(zhì)層，降低了竹篾表面極性，再利用竹篾制得的竹纖維束具有多羥基特性，將其和天然樹(shù)脂桃膠混合，再通過(guò)添加腐乳微生物，一方面利用微生物對(duì)纖維束表面進(jìn)行微腐處理，使纖維束表面形成微孔結(jié)構(gòu)，增大了比表面積，增強(qiáng)了纖維束和聚乳酸的界面結(jié)合力，另一方面在微生物的作用下，桃膠和纖維束表面的羥基發(fā)生反應(yīng)，在纖維束表面接枝樹(shù)脂顆粒，進(jìn)一步提高了纖維束和聚乳酸的界面結(jié)合力，既改變了纖維束的物理性能，又改了化學(xué)性能，使填料和樹(shù)脂基體間的相容性增加，結(jié)合更加牢固，可降解材料的力學(xué)性能得到極大提高，具有廣闊的應(yīng)用前景。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

(1)稱取800～900g竹篾，用劈刀切成長(zhǎng)度為3～5cm的小段，將得到的竹篾小段浸入8～10l質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％氫氧化鈉溶液中搖床振蕩浸漬1～3h，浸漬結(jié)束后取出竹篾小段，立即用液氮噴淋冷凍3～5min，再將冷凍后的竹篾小段放入研缽中研磨10～15min，收集得到竹纖維束，備用；

(2)取200～300g腐乳放入不銹鋼托盤(pán)中，將托盤(pán)放入溫度為30～40℃，空氣相對(duì)濕度為60～70％的溫室中靜置發(fā)霉10～12天，待腐乳表面菌絲長(zhǎng)度達(dá)3～5mm時(shí)，用2～3l無(wú)菌水淋洗腐乳表面的菌絲，收集淋洗液，即得菌絲懸浮液，備用；

(3)稱取200～300g桃膠倒入盛有1～2l水的燒杯中，將燒杯移入油浴鍋中，加熱升溫至90～100℃，用玻璃棒攪拌直至桃膠完全溶解，得到桃膠溶液，將桃膠溶液和步驟(1)備用的竹纖維束按等質(zhì)量比混合后制得混合懸浮液；

(4)將上述制得的混合懸浮液轉(zhuǎn)入陶瓷發(fā)酵罐中，再向發(fā)酵罐中加入混合懸浮液質(zhì)量10％的步驟(2)備用的菌絲懸浮液，用攪拌棒攪拌均勻后密封罐口，放置在溫度為35～45℃的恒溫箱中保溫發(fā)酵9～12天；

(5)待上述發(fā)酵結(jié)束后，過(guò)濾分離得到濾渣，將濾渣放入紫外滅菌燈下滅菌15～20min，真空干燥后即得改性竹纖維束；

(6)按質(zhì)量比為5:1將聚乳酸和上述改性竹纖維束混合均勻得到混合物，再加入混合單體總質(zhì)量5～10％鄰苯二甲酸二辛脂和5～10％聚乙二醇，依次倒入開(kāi)放式混煉機(jī)中，在150～160℃下混煉8～10min，得到混合料，再將將混合料裝入注射成型機(jī)的料筒中，在溫度為150～160℃，注射壓力為5～7mpa的壓力下保壓壓制10～15s，即可制得強(qiáng)界面結(jié)合型竹纖維/聚乳酸可降解材料。

本發(fā)明的應(yīng)用方法：將本發(fā)明制得的強(qiáng)界面結(jié)合型竹纖維/聚乳酸可降解材料加熱熔融后加入流延機(jī)料斗中，調(diào)節(jié)刮刀刀具為0.6～0.8mm，使熱糊狀液在流道上形成薄膜，調(diào)節(jié)冷卻輥溫度至15～25℃，使流道上薄膜迅速冷卻成型，調(diào)節(jié)收卷張力為8～10kg，使冷卻后的薄膜成卷，即得一次性桌布。經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明制得的桌布在丟棄后的7～10天內(nèi)降解率可達(dá)60～80％，15～20天后降解率達(dá)到95～98％，25天即可完全降解，具有極佳的可降解性，其拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度相比傳統(tǒng)的復(fù)合型可降解材料分別提高了38～40％和45～48％，具有極佳的機(jī)械性能。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明制得的強(qiáng)界面結(jié)合型竹纖維/聚乳酸可降解材料原材料來(lái)源廣泛，制備過(guò)程簡(jiǎn)單易操作，成本低廉；

(2)本發(fā)明制得的強(qiáng)界面結(jié)合型竹纖維/聚乳酸可降解材料具有極佳的生物降解性，在丟棄后的7～10天內(nèi)降解率可達(dá)60～80％，15～20天后降解率達(dá)到95～98％，25天即可完全降解；

(3)本發(fā)明制得的強(qiáng)界面結(jié)合型竹纖維/聚乳酸可降解材料機(jī)械性能優(yōu)異，其拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度相比傳統(tǒng)的復(fù)合型可降解材料分別提高了38～40％和45～48％。

具體實(shí)施方式

稱取800～900g竹篾，用劈刀切成長(zhǎng)度為3～5cm的小段，將得到的竹篾小段浸入8～10l質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％氫氧化鈉溶液中搖床振蕩浸漬1～3h，浸漬結(jié)束后取出竹篾小段，立即用液氮噴淋冷凍3～5min，再將冷凍后的竹篾小段放入研缽中研磨10～15min，收集得到竹纖維束，備用；取200～300g腐乳放入不銹鋼托盤(pán)中，將托盤(pán)放入溫度為30～40℃，空氣相對(duì)濕度為60～70％的溫室中靜置發(fā)霉10～12天，待腐乳表面菌絲長(zhǎng)度達(dá)3～5mm時(shí)，用2～3l無(wú)菌水淋洗腐乳表面的菌絲，收集淋洗液，即得菌絲懸浮液，備用；稱取200～300g桃膠倒入盛有1～2l水的燒杯中，將燒杯移入油浴鍋中，加熱升溫至90～100℃，用玻璃棒攪拌直至桃膠完全溶解，得到桃膠溶液，將桃膠溶液和備用的竹纖維束按等質(zhì)量比混合后制得混合懸浮液；將上述制得的混合懸浮液轉(zhuǎn)入陶瓷發(fā)酵罐中，再向發(fā)酵罐中加入混合懸浮液質(zhì)量10％的備用的菌絲懸浮液，用攪拌棒攪拌均勻后密封罐口，放置在溫度為35～45℃的恒溫箱中保溫發(fā)酵9～12天；待上述發(fā)酵結(jié)束后，過(guò)濾分離得到濾渣，將濾渣放入紫外滅菌燈下滅菌15～20min，真空干燥后即得改性竹纖維束；按質(zhì)量比為5:1將聚乳酸和上述改性竹纖維束混合均勻得到混合物，再加入混合單體總質(zhì)量5～10％鄰苯二甲酸二辛脂和5～10％聚乙二醇，依次倒入開(kāi)放式混煉機(jī)中，在150～160℃下混煉8～10min，得到混合料，再將將混合料裝入注射成型機(jī)的料筒中，在溫度為150～160℃，注射壓力為5～7mpa的壓力下保壓壓制10～15s，即可制得強(qiáng)界面結(jié)合型竹纖維/聚乳酸可降解材料。實(shí)例1

稱取800g竹篾，用劈刀切成長(zhǎng)度為3cm的小段，將得到的竹篾小段浸入8l質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％氫氧化鈉溶液中搖床振蕩浸漬1h，浸漬結(jié)束后取出竹篾小段，立即用液氮噴淋冷凍3min，再將冷凍后的竹篾小段放入研缽中研磨10min，收集得到竹纖維束，備用；取200g腐乳放入不銹鋼托盤(pán)中，將托盤(pán)放入溫度為30℃，空氣相對(duì)濕度為60％的溫室中靜置發(fā)霉10天，待腐乳表面菌絲長(zhǎng)度達(dá)3mm時(shí)，用2l無(wú)菌水淋洗腐乳表面的菌絲，收集淋洗液，即得菌絲懸浮液，備用；稱取200g桃膠倒入盛有1l水的燒杯中，將燒杯移入油浴鍋中，加熱升溫至90℃，用玻璃棒攪拌直至桃膠完全溶解，得到桃膠溶液，將桃膠溶液和備用的竹纖維束按等質(zhì)量比混合后制得混合懸浮液；將上述制得的混合懸浮液轉(zhuǎn)入陶瓷發(fā)酵罐中，再向發(fā)酵罐中加入混合懸浮液質(zhì)量10％的備用的菌絲懸浮液，用攪拌棒攪拌均勻后密封罐口，放置在溫度為35℃的恒溫箱中保溫發(fā)酵9天；待上述發(fā)酵結(jié)束后，過(guò)濾分離得到濾渣，將濾渣放入紫外滅菌燈下滅菌15min，真空干燥后即得改性竹纖維束；按質(zhì)量比為5:1將聚乳酸和上述改性竹纖維束混合均勻得到混合物，再加入混合單體總質(zhì)量5％鄰苯二甲酸二辛脂和5％聚乙二醇，依次倒入開(kāi)放式混煉機(jī)中，在150℃下混煉8min，得到混合料，再將將混合料裝入注射成型機(jī)的料筒中，在溫度為150℃，注射壓力為5mpa的壓力下保壓壓制10s，即可制得強(qiáng)界面結(jié)合型竹纖維/聚乳酸可降解材料。

本發(fā)明的應(yīng)用方法：將本發(fā)明制得的強(qiáng)界面結(jié)合型竹纖維/聚乳酸可降解材料加熱熔融后加入流延機(jī)料斗中，調(diào)節(jié)刮刀刀具為0.6mm，使熱糊狀液在流道上形成薄膜，調(diào)節(jié)冷卻輥溫度至15℃，使流道上薄膜迅速冷卻成型，調(diào)節(jié)收卷張力為8kg，使冷卻后的薄膜成卷，即得一次性桌布。經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明制得的桌布在丟棄后的7天內(nèi)降解率可達(dá)60％，15天后降解率達(dá)到95％，25天即可完全降解，具有極佳的可降解性，其拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度相比傳統(tǒng)的復(fù)合型可降解材料分別提高了38％和45％，具有極佳的機(jī)械性能。

實(shí)例2

稱取850g竹篾，用劈刀切成長(zhǎng)度為4cm的小段，將得到的竹篾小段浸入9l質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％氫氧化鈉溶液中搖床振蕩浸漬2h，浸漬結(jié)束后取出竹篾小段，立即用液氮噴淋冷凍4min，再將冷凍后的竹篾小段放入研缽中研磨13min，收集得到竹纖維束，備用；取250g腐乳放入不銹鋼托盤(pán)中，將托盤(pán)放入溫度為35℃，空氣相對(duì)濕度為65％的溫室中靜置發(fā)霉11天，待腐乳表面菌絲長(zhǎng)度達(dá)4mm時(shí)，用2l無(wú)菌水淋洗腐乳表面的菌絲，收集淋洗液，即得菌絲懸浮液，備用；稱取250g桃膠倒入盛有2l水的燒杯中，將燒杯移入油浴鍋中，加熱升溫至95℃，用玻璃棒攪拌直至桃膠完全溶解，得到桃膠溶液，將桃膠溶液和備用的竹纖維束按等質(zhì)量比混合后制得混合懸浮液；將上述制得的混合懸浮液轉(zhuǎn)入陶瓷發(fā)酵罐中，再向發(fā)酵罐中加入混合懸浮液質(zhì)量10％的備用的菌絲懸浮液，用攪拌棒攪拌均勻后密封罐口，放置在溫度為40℃的恒溫箱中保溫發(fā)酵11天；待上述發(fā)酵結(jié)束后，過(guò)濾分離得到濾渣，將濾渣放入紫外滅菌燈下滅菌18min，真空干燥后即得改性竹纖維束；按質(zhì)量比為5:1將聚乳酸和上述改性竹纖維束混合均勻得到混合物，再加入混合單體總質(zhì)量8％鄰苯二甲酸二辛脂和8％聚乙二醇，依次倒入開(kāi)放式混煉機(jī)中，在155℃下混煉9min，得到混合料，再將將混合料裝入注射成型機(jī)的料筒中，在溫度為155℃，注射壓力為6mpa的壓力下保壓壓制13s，即可制得強(qiáng)界面結(jié)合型竹纖維/聚乳酸可降解材料。

本發(fā)明的應(yīng)用方法：將本發(fā)明制得的強(qiáng)界面結(jié)合型竹纖維/聚乳酸可降解材料加熱熔融后加入流延機(jī)料斗中，調(diào)節(jié)刮刀刀具為0.7mm，使熱糊狀液在流道上形成薄膜，調(diào)節(jié)冷卻輥溫度至20℃，使流道上薄膜迅速冷卻成型，調(diào)節(jié)收卷張力為9kg，使冷卻后的薄膜成卷，即得一次性桌布。經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明制得的桌布在丟棄后的8天內(nèi)降解率可達(dá)70％，18天后降解率達(dá)到97％，25天即可完全降解，具有極佳的可降解性，其拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度相比傳統(tǒng)的復(fù)合型可降解材料分別提高了39％和47％，具有極佳的機(jī)械性能。

實(shí)例3

稱取900g竹篾，用劈刀切成長(zhǎng)度為5cm的小段，將得到的竹篾小段浸入10l質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％氫氧化鈉溶液中搖床振蕩浸漬3h，浸漬結(jié)束后取出竹篾小段，立即用液氮噴淋冷凍5min，再將冷凍后的竹篾小段放入研缽中研磨15min，收集得到竹纖維束，備用；取300g腐乳放入不銹鋼托盤(pán)中，將托盤(pán)放入溫度為40℃，空氣相對(duì)濕度為70％的溫室中靜置發(fā)霉12天，待腐乳表面菌絲長(zhǎng)度達(dá)5mm時(shí)，用3l無(wú)菌水淋洗腐乳表面的菌絲，收集淋洗液，即得菌絲懸浮液，備用；稱取300g桃膠倒入盛有2l水的燒杯中，將燒杯移入油浴鍋中，加熱升溫至100℃，用玻璃棒攪拌直至桃膠完全溶解，得到桃膠溶液，將桃膠溶液和備用的竹纖維束按等質(zhì)量比混合后制得混合懸浮液；將上述制得的混合懸浮液轉(zhuǎn)入陶瓷發(fā)酵罐中，再向發(fā)酵罐中加入混合懸浮液質(zhì)量10％的備用的菌絲懸浮液，用攪拌棒攪拌均勻后密封罐口，放置在溫度為45℃的恒溫箱中保溫發(fā)酵12天；待上述發(fā)酵結(jié)束后，過(guò)濾分離得到濾渣，將濾渣放入紫外滅菌燈下滅菌20min，真空干燥后即得改性竹纖維束；按質(zhì)量比為5:1將聚乳酸和上述改性竹纖維束混合均勻得到混合物，再加入混合單體總質(zhì)量10％鄰苯二甲酸二辛脂和10％聚乙二醇，依次倒入開(kāi)放式混煉機(jī)中，在160℃下混煉10min，得到混合料，再將將混合料裝入注射成型機(jī)的料筒中，在溫度為160℃，注射壓力為7mpa的壓力下保壓壓制15s，即可制得強(qiáng)界面結(jié)合型竹纖維/聚乳酸可降解材料。

本發(fā)明的應(yīng)用方法：將本發(fā)明制得的強(qiáng)界面結(jié)合型竹纖維/聚乳酸可降解材料加熱熔融后加入流延機(jī)料斗中，調(diào)節(jié)刮刀刀具為0.8mm，使熱糊狀液在流道上形成薄膜，調(diào)節(jié)冷卻輥溫度至25℃，使流道上薄膜迅速冷卻成型，調(diào)節(jié)收卷張力為10kg，使冷卻后的薄膜成卷，即得一次性桌布。經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明制得的桌布在丟棄后的10天內(nèi)降解率可達(dá)80％，20天后降解率達(dá)到98％，25天即可完全降解，具有極佳的可降解性，其拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度相比傳統(tǒng)的復(fù)合型可降解材料分別提高了40％和48％，具有極佳的機(jī)械性能。