本技術(shù)涉及高分子復(fù)合材料的，更具體地說，它涉及一種高強(qiáng)高韌的pha植物纖維復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、pha，又稱聚羥基脂肪酸酯，是一類由微生物在營養(yǎng)豐富的環(huán)境下合成的生物基高分子材料，其具有優(yōu)異的生物降解性能，能夠在自然環(huán)境中被微生物完全降解為二氧化鈦和水，從而避免傳統(tǒng)塑料在環(huán)境中積累的問題。同時，pha還具有良好的可塑性和熱塑性，可以通過注塑、擠出和吹塑等工藝進(jìn)行成型。

2、然而，pha的力學(xué)性能較差，甚至低于聚乳酸等其他可降解材料，因此，對pha的增韌補(bǔ)強(qiáng)是目前pha領(lǐng)域研究的重中之重。目前，對于pha的增韌補(bǔ)強(qiáng)通過采用纖維補(bǔ)強(qiáng)的方式進(jìn)行，而相對于合成纖維來說，植物纖維除了具有優(yōu)良的增韌補(bǔ)強(qiáng)作用之外，也可以在微生物作用下發(fā)生降解，從而不影響pha的可降解性能。

3、但是，植物纖維表面存在大量羥基，具有強(qiáng)烈的親水性，而pha分子為低極性材料，這種極性導(dǎo)致植物纖維與pha材料共混時難以混合均勻，即存在界面，進(jìn)而導(dǎo)致制備得到的pha植物纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能仍有提升空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了改善常規(guī)pha植物纖維復(fù)合材料中植物纖維與pha難以混合均勻的缺陷，本技術(shù)提供一種高強(qiáng)高韌的pha植物纖維復(fù)合材料及其制備方法。

2、第一方面，本技術(shù)提供一種高強(qiáng)高韌的pha植物纖維復(fù)合材料，采用如下的技術(shù)方案：

3、一種高強(qiáng)高韌的pha植物纖維復(fù)合材料，包括以下質(zhì)量份的原料：60-80份聚羥基脂肪酸酯、20-30份改性棕櫚纖維及2-4份潤滑劑，所述改性棕櫚纖維為長鏈脂肪酸改性的棕櫚纖維。

4、棕櫚纖維的纖維素較長，因此其具有極為優(yōu)良的強(qiáng)度及韌性，但是棕櫚纖維表面存在大量的羥基，同時棕櫚纖維還具有較高程度的分子內(nèi)氫鍵，使得棕櫚纖維與pha之間的界面浸潤性和粘合性巨差。

5、而在長鏈脂肪酸改性后，長鏈脂肪酸中的羧基與棕櫚纖維表面的羥基在催化劑作用下反應(yīng)酯化反應(yīng)，在消耗羥基的同時，還可以將長鏈脂肪酸連接于棕櫚纖維的表面并形成酯，從而與聚羥基脂肪酸酯獲得極為優(yōu)良的相容性，減少了界面的產(chǎn)生，促使pha植物纖維復(fù)合材料獲得更為優(yōu)良的強(qiáng)度及韌性。

6、優(yōu)選的，所述改性棕櫚纖維的制備方法包括以下步驟：

7、s1、首先用去離子水清洗棕櫚長纖3-5次，在30-50℃的溫度下烘干并切斷，棕櫚纖維長度5-10mm；

8、s2、將棕櫚纖維浸泡于去離子水中，隨后添加氫氧化鉀溶液，持續(xù)攪拌2-4h后，對棕櫚纖維進(jìn)行干燥，得到堿性棕櫚纖維；

9、s3、向堿性棕櫚纖維中添加長鏈脂肪酸及草酸亞錫，攪拌均勻，而后在80-90℃下進(jìn)行反應(yīng)4-8h，而后冷卻至室溫，最后洗滌干燥，得到改性棕櫚纖維。

10、優(yōu)選的，所述改性棕櫚纖維的制備方法包括以下步驟：

11、s1、首先用去離子水清洗棕櫚長纖3-5次，在30-50℃的溫度下烘干并切斷，棕櫚纖維長度5-10mm；

12、s2、將6-10g棕櫚纖維浸泡于80-90ml去離子水中，隨后添加1-3ml25wt%氫氧化鉀溶液，持續(xù)攪拌2-4h后，對棕櫚纖維進(jìn)行干燥，得到堿性棕櫚纖維；

13、s3、向堿性棕櫚纖維中添加2-4g長鏈脂肪酸及0.2-0.4g草酸亞錫，攪拌均勻，而后在80-90℃下進(jìn)行反應(yīng)4-8h，而后冷卻至室溫，最后洗滌干燥，得到改性棕櫚纖維。

14、當(dāng)改性棕櫚纖維的各組分才有上述添加量時，棕櫚纖維表面的羥基含量將相對更少，同時棕櫚纖維表面將附著更多的長鏈脂肪酸酯，從而促使棕櫚纖維與聚羥基脂肪酸酯的相容性更為優(yōu)良，表現(xiàn)為pha植物纖維復(fù)合材料獲得更為優(yōu)良的強(qiáng)度及韌性。

15、優(yōu)選的，s3中，還添加有納米二氧化鈦。

16、當(dāng)pha植物纖維復(fù)合材料暴露在強(qiáng)烈的紫外線下時，紫外線將激發(fā)pha中的化學(xué)鍵形成自由基，從而導(dǎo)致pha分子鏈斷裂，進(jìn)而造成pha植物纖維復(fù)合材料氧化降解，但是這種降解導(dǎo)致pha植物纖維復(fù)合材料在實(shí)際使用過程中容易進(jìn)行非必要降解，導(dǎo)致pha植物纖維復(fù)合材料的使用壽命較短。

17、納米二氧化鈦可以對紫外線進(jìn)行吸收反射，同時可以消除自由基的產(chǎn)生，同時棕櫚纖維表面含有大量孔洞，這些孔洞可以對納米二氧化鈦進(jìn)行有效負(fù)載，從而有效提升pha植物纖維復(fù)合材料的抗紫外線性能。

18、優(yōu)選的，s3的步驟為：

19、向堿性棕櫚纖維中添加2-4g長鏈脂肪酸及0.2-0.4g草酸亞錫，攪拌均勻，而后在80-90℃下進(jìn)行反應(yīng)4-8h，之后添加納米1-2g二氧化鈦，再次混合攪拌30-60min，而后冷卻至室溫，最后洗滌干燥，得到改性棕櫚纖維。

20、優(yōu)選的，s3中，所述納米二氧化鈦首先經(jīng)過乙烯基三乙氧基硅烷改性，所述長鏈脂肪酸為不飽和長鏈脂肪酸dpa-fitc。

21、雖然棕櫚纖維可以通過孔洞對納米二氧化鈦進(jìn)行負(fù)載，但是，純物理的吸附負(fù)載仍可能導(dǎo)致納米二氧化鈦的脫離及團(tuán)聚，進(jìn)而影響pha植物纖維復(fù)合材料的抗紫外線性能。

22、而當(dāng)納米二氧化鈦首先經(jīng)過乙烯基三乙氧基硅烷改性后，乙烯基三乙氧基硅烷中的雙鍵與不飽和長鏈脂肪酸中的雙鍵發(fā)生重連，從而促使納米二氧化鈦鍵可以連接于pha植物纖維復(fù)合材料的基體上，進(jìn)一步降低納米二氧化鈦脫離的可能性，有效提升納米二氧化鈦在pha植物纖維復(fù)合材料中的分散性，間接提升pha植物纖維復(fù)合材料的抗紫外線性能。

23、優(yōu)選的，所述乙烯基三乙氧基硅烷與納米二氧化鈦的質(zhì)量比例為1：（1:3）。

24、當(dāng)乙烯基三乙氧基硅烷與納米二氧化鈦采用上述質(zhì)量比例時，制備得到的pha植物纖維復(fù)合材料將具有更為優(yōu)良的抗紫外線性能。

25、優(yōu)選的，s3的步驟為：

26、向堿性棕櫚纖維中添加2-4g長鏈脂肪酸及0.2-0.4g草酸亞錫，攪拌均勻，而后在80-90℃下進(jìn)行反應(yīng)4-8h，之后添加乙烯基三乙氧基硅烷改性后的納米二氧化鈦，納米二氧化鈦添加量1-3g，同時添加0.2-0.4g偶氮二異丁腈，在70-90℃下混合攪拌1-2h，而后添加0.2-0.4g三乙胺中和，冷卻至室溫，最后洗滌干燥，得到改性棕櫚纖維。

27、第二方面，本技術(shù)提供一種高強(qiáng)高韌的pha植物纖維復(fù)合材料的制備方法，采用如下的技術(shù)方案：

28、一種高強(qiáng)高韌的pha植物纖維復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

29、步驟一、首先將聚羥基脂肪酸酯粉末在70-80℃的溫度下進(jìn)行干燥，控制聚羥基脂肪酸酯的含水量小于30ppm；

30、步驟二、將聚羥基脂肪酸酯粉末、改性棕櫚纖維及潤滑劑進(jìn)行混合，隨后轉(zhuǎn)移至雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融擠出并干燥，得到高強(qiáng)高韌的pha植物纖維復(fù)合材料；

31、其中，雙螺桿擠出機(jī)參數(shù)如下：熔融溫度180-190℃，螺桿轉(zhuǎn)速200-400r/min。

32、綜上所述，本技術(shù)具有以下有益效果：

33、1、棕櫚纖維的纖維素較長，因此其具有極為優(yōu)良的強(qiáng)度及韌性，但是棕櫚纖維表面存在大量的羥基，同時棕櫚纖維還具有較高程度的分子內(nèi)氫鍵，使得棕櫚纖維與pha之間的界面浸潤性和粘合性巨差；

34、而在長鏈脂肪酸改性后，長鏈脂肪酸中的羧基與棕櫚纖維表面的羥基在催化劑作用下反應(yīng)酯化反應(yīng)，在消耗羥基的同時，還可以將長鏈脂肪酸連接于棕櫚纖維的表面并形成酯，從而與聚羥基脂肪酸酯獲得極為優(yōu)良的相容性，減少了界面的產(chǎn)生，促使pha植物纖維復(fù)合材料獲得更為優(yōu)良的強(qiáng)度及韌性。

35、2、當(dāng)pha植物纖維復(fù)合材料暴露在強(qiáng)烈的紫外線下時，紫外線將激發(fā)pha中的化學(xué)鍵形成自由基，從而導(dǎo)致pha分子鏈斷裂，進(jìn)而造成pha植物纖維復(fù)合材料氧化降解，但是這種降解導(dǎo)致pha植物纖維復(fù)合材料在實(shí)際使用過程中容易進(jìn)行非必要降解，導(dǎo)致pha植物纖維復(fù)合材料的使用壽命較短；

36、納米二氧化鈦可以對紫外線進(jìn)行吸收反射，同時可以消除自由基的產(chǎn)生，同時棕櫚纖維表面含有大量孔洞，這些孔洞可以對納米二氧化鈦進(jìn)行有效負(fù)載，從而有效提升pha植物纖維復(fù)合材料的抗紫外線性能。

37、3、雖然棕櫚纖維可以通過孔洞對納米二氧化鈦進(jìn)行負(fù)載，但是，純物理的吸附負(fù)載仍可能導(dǎo)致納米二氧化鈦的脫離及團(tuán)聚，進(jìn)而影響pha植物纖維復(fù)合材料的抗紫外線性能；

38、而當(dāng)納米二氧化鈦首先經(jīng)過乙烯基三乙氧基硅烷改性后，乙烯基三乙氧基硅烷中的雙鍵與不飽和長鏈脂肪酸中的雙鍵發(fā)生重連，從而促使納米二氧化鈦鍵可以連接于pha植物纖維復(fù)合材料的基體上，進(jìn)一步降低納米二氧化鈦脫離的可能性，有效提升納米二氧化鈦在pha植物纖維復(fù)合材料中的分散性，間接提升pha植物纖維復(fù)合材料的抗紫外線性能。