一種竹纖維增強(qiáng)的可降解pla材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種竹纖維增強(qiáng)的可降解PLA材料及 其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 中國(guó)竹類資源豐富，竹材加工業(yè)發(fā)達(dá)，但隨著農(nóng)林業(yè)的發(fā)展，林業(yè)生產(chǎn)加工過程中 的竹制品廢棄物(竹粉、竹絲、竹枝條等）不斷增加，不僅對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染，而且也造成 物質(zhì)資源的浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)：常見的竹材物理機(jī)械性能加工，其重量利用率低于40%，有60%以 上的竹材成為加工剩余物。另外，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，塑料制品越來越成為人們?nèi)粘Ｉ?不可或缺的用品，但塑料制品在給人們帶來便利的同時(shí)，也帶來一系列的問題：1、目前的塑 料主要是通過石油、天然氣等不可再生資源提煉而成，而地球的石油等資源儲(chǔ)量有限，隨著 人類的不斷開采，危機(jī)四伏，價(jià)格猛漲；2、塑料廢棄物在環(huán)境中較難自行降解，隨著塑料制 品的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，由此造成的環(huán)境污染日益嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于，針對(duì)目前產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，提供一種竹纖維增強(qiáng)的可降解PLA材料 及其制備方法，其所得竹纖維增強(qiáng)的可降解PLA材料具有環(huán)保、可降解、節(jié)省石油資源等優(yōu) 點(diǎn)，且其制備方法生產(chǎn)效率高、成本低廉、設(shè)備投入少、易于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種竹纖維增強(qiáng)的可降解PLA材料，其所用原料按重量份計(jì)為：聚乳酸樹脂30~70 份；竹纖維15~40份；偶聯(lián)劑0. 5~2份；無機(jī)粉體10~30份；相容劑0. 5~5份；抗氧 劑0. 1~0. 5份；分散劑0. 5~3份；潤(rùn)滑劑3~5份。
[0005] 所述竹纖維的平均直徑為45~250μm。
[0006] 所述偶聯(lián)劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、聚合異氰酸酯、硅烷偶聯(lián)劑、馬來酸 酐/過氧化物引發(fā)劑混合物中的一種或幾種； 所述硅烷偶聯(lián)劑包括六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基） 硅烷、氣丙基二乙氧基硅烷。
[0007] 所述無機(jī)粉體為碳酸鈣、高嶺土、滑石粉、硅灰石粉中的一種或幾種。
[0008] 所述相容劑為馬來酸酐接枝聚乙烯（PE-g-MA)、馬來酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MA)、 馬來酸酐接枝三元乙丙橡膠（EPDM-g-MA)、馬來酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元嵌段 共聚物（SEBS-g-MA)中的一種或幾種。
[0009] 所述抗氧劑是將四[β- (3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯和三 (2,4-二叔丁基苯基）亞磷酸酯按重量比2 : 1混合而成。
[0010] 所述分散劑為硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鎂、硬脂酸鈣中的一種或幾種。
[0011] 所述潤(rùn)滑劑為硬脂酸、硬脂酸金屬鹽、石蠟、聚乙烯蠟或聚丙烯蠟中的一種或幾 種； 所述硬脂酸金屬鹽包括硬脂酸鈉、硬脂酸鍶、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅。
[0012] 所述竹纖維增強(qiáng)的可降解PLA材料的制備方法包括以下步驟： 1)將竹纖維粉碎成能通過60~325目篩的竹粉，然后在110°C下真空烘干12小時(shí)， 使其水分含量不超過10% (優(yōu)選地，其水分含量不超過2%);再加入偶聯(lián)劑，在高混機(jī)中進(jìn)行 30min表面改性處理，制得活性竹粉； 2 )將步驟1)所得活性竹粉與聚乳酸樹脂、無機(jī)粉體、相容劑、抗氧劑、分散劑、潤(rùn)滑劑按 比例加入高速混合機(jī)中，以l〇〇〇r/min混合20min制成預(yù)混料； 3)將步驟2)所得預(yù)混料注入螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融共混、造粒。
[0013] 所述螺桿擠出機(jī)為單螺桿擠出機(jī)或多螺桿擠出機(jī)；其擠出模頭溫度為150°C，螺 桿轉(zhuǎn)速為200r/min。
[0014] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于： (1)本發(fā)明提出了一種竹纖維增強(qiáng)的可降解PLA材料，其是通過將竹纖維、無機(jī)粉體及 其他助劑與聚乳酸樹脂共混制得。這不僅可以有效提高PLA材料的強(qiáng)度，而且該材料可降 解、綠色環(huán)保，具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。
[0015] (2)本發(fā)明采用偶聯(lián)劑對(duì)竹纖維進(jìn)行表面改性處理，同時(shí)通過添加相容劑及其他 助劑提尚竹纖維與樹脂之間的界面相容性，并同時(shí)提尚復(fù)合材料的加工流動(dòng)性，從而提尚 廣品的綜合性能。 (3)本發(fā)明還提出了一種竹纖維增強(qiáng)的可降解PLA材料的制備方法，該方法具有生產(chǎn) 效率高、成本低廉、設(shè)備投入少、易于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 為了使本發(fā)明所述的內(nèi)容更加便于理解，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明所述的 技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明，但是本發(fā)明不僅限于此。
[0017] 所用竹纖維的平均直徑為45~250μm。
[0018] 所用抗氧劑是將四[β_ (3, 5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯和三 (2,4-二叔丁基苯基）亞磷酸酯按重量比2 : 1混合而成。
[0019] 實(shí)施例1 : (1) 按重量份稱取聚乳酸樹脂30份；竹纖維15份；六甲基二硅氮烷偶聯(lián)劑0. 5份；碳 酸鈣100份；馬來酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MA)O. 5份；抗氧劑0. 1份；硬脂酸0. 5份；聚乙烯 錯(cuò)3份； (2) 將竹纖維粉碎成能通過60目篩的竹粉，然后在110°C下真空烘干12小時(shí)，使其水 分含量為1% ;再加入偶聯(lián)劑，在高混機(jī)中進(jìn)行30min表面改性處理，制得活性竹粉； (3) 將所得活性竹粉與聚乳酸樹脂、無機(jī)粉體、相容劑、抗氧劑、分散劑、潤(rùn)滑劑按比例 加入高速混合機(jī)中，以l〇〇〇r/min混合20min制成預(yù)混料； (4) 將所得預(yù)混料注入擠出模頭溫度為150°C的單螺桿擠出機(jī)中，于200r/min的螺桿 轉(zhuǎn)速下熔融共混、造粒，得所述竹纖維增強(qiáng)的可降解PLA材料。
[0020] 實(shí)施例2 : (1)按重量份稱取聚乳酸樹脂40份；竹纖維27份；錯(cuò)酸酯偶聯(lián)劑1份；滑石粉18份； 馬來酸酐接枝三元乙丙橡膠（EPDM-g-MA) 3. 5份；抗氧劑0. 4份；硬脂酸鎂1. 8份；聚丙烯 錯(cuò)4份； (2) 將竹纖維粉碎成能通過120目篩的竹粉，然后在110°C下真空烘干12小時(shí)，使其水 分含量為2% ;再加入偶聯(lián)劑，在高混機(jī)中進(jìn)行30min表面改性處理，制得活性竹粉； (3) 將所得活性竹粉與聚乳酸樹脂、無機(jī)粉體、相容劑、抗氧劑、分散劑、潤(rùn)滑劑按比例 加入高速混合機(jī)中，以l〇〇〇r/min混合20min制成預(yù)混料； (4) 將所得預(yù)混料注入擠出模頭溫度為150°C的單螺桿擠出機(jī)中，于200r/min的螺桿 轉(zhuǎn)速下熔融共混、造粒，得所述竹纖維增強(qiáng)的可降解PLA材料。
[0021] 實(shí)施例3 (1) 按重量份稱取聚乳酸樹脂70份；竹纖維40份；鈦酸酯偶聯(lián)劑0. 5份、聚合異氰酸 酯1. 5份；高嶺土 20份、硅灰石粉10份；馬來酸酐接枝三元乙丙橡膠（EPDM-g-MA)5份；抗 氧劑〇. 5份；硬脂酸鎂3份；硬脂酸鍶2份、石蠟3份； (2) 將竹纖維粉碎成能通過325目篩的竹粉，然后在110°C下真空烘干12小時(shí)，使其水 分含量為10% ;再加入偶聯(lián)劑，在高混機(jī)中進(jìn)行30min表面改性處理，制得活性竹粉； (3) 將所得活性竹粉與聚乳酸樹脂、無機(jī)粉體、相容劑、抗氧劑、分散劑、潤(rùn)滑劑按比例 加入高速混合機(jī)中，以l〇〇〇r/min混合20min制成預(yù)混料； (4) 將所得預(yù)混料注入擠出模頭溫度為150°C的多螺桿擠出機(jī)中，于200r/min的螺桿 轉(zhuǎn)速下熔融共混、造粒，得所述竹纖維增強(qiáng)的可降解PLA材料。
[0022] 將實(shí)施例1-3所得竹纖維增強(qiáng)的可降解PLA材料與未經(jīng)竹纖維增強(qiáng)的PLA材料進(jìn) 行性能測(cè)定，其結(jié)果見表1。
[0023] 表1性能測(cè)定結(jié)果
由表1結(jié)果可見，本發(fā)明竹纖維增強(qiáng)的可降解PLA材料的抗彎、抗拉性能得到顯著提 高，可從根本上解決現(xiàn)有PLA材料力學(xué)強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，大大提高應(yīng)用領(lǐng)域，使其可廣泛應(yīng)用 于汽車部件、裝飾裝修、電器產(chǎn)品、包裝等領(lǐng)域。
[0024] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與 修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種竹纖維增強(qiáng)的可降解PLA材料，其特征在于：其所用原料按重量份計(jì)為：聚乳 酸樹脂30~70份；竹纖維15~40份；偶聯(lián)劑0. 5~2份；無機(jī)粉體10~30份；相容劑 0. 5~5份；抗氧劑0. 1~0. 5份；分散劑0. 5~3份；潤(rùn)滑劑3~5份。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述竹纖維增強(qiáng)的可降解PLA材料，其特征在于：所述竹纖維的平 均直徑為45~250 ym。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述竹纖維增強(qiáng)的可降解PLA材料，其特征在于：所述偶聯(lián)劑為鈦 酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、聚合異氰酸酯、硅烷偶聯(lián)劑、馬來酸酐/過氧化物引發(fā)劑混合 物中的一種或幾種； 所述硅烷偶聯(lián)劑包括六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷、乙烯基三（P -甲氧基乙氧基） 硅烷、氣丙基二乙氧基硅烷。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述竹纖維增強(qiáng)的可降解PLA材料，其特征在于：所述無機(jī)粉體為 碳酸鈣、高嶺土、滑石粉、硅灰石粉中的一種或幾種。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述竹纖維增強(qiáng)的可降解PLA材料，其特征在于：所述相容劑為馬 來酸酐接枝聚乙烯、馬來酸酐接枝聚丙烯、馬來酸酐接枝三元乙丙橡膠、馬來酸酐接枝苯乙 烯-丁二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物中的一種或幾種。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述竹纖維增強(qiáng)的可降解PLA材料，其特征在于：所述抗氧劑是將 四[(6- (3, 5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯和三（2,4-二叔丁基苯基）亞磷 酸酯按重量比2 : 1混合而成。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述竹纖維增強(qiáng)的可降解PLA材料，其特征在于：所述分散劑為硬 脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鎂、硬脂酸鈣中的一種或幾種。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述竹纖維增強(qiáng)的可降解PLA材料，其特征在于：所述潤(rùn)滑劑為硬 脂酸、硬脂酸金屬鹽、石蠟、聚乙烯蠟或聚丙烯蠟中的一種或幾種； 所述硬脂酸金屬鹽包括硬脂酸鈉、硬脂酸鍶、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅。9. 一種如權(quán)利要求1所述竹纖維增強(qiáng)的可降解PLA材料的制備方法，其特征在于：包 括以下步驟： 1)將竹纖維粉碎成能通過60~325目篩的竹粉，然后在IKTC下真空烘干12小時(shí)，使 其水分含量不超過10% ;再加入偶聯(lián)劑，在高混機(jī)中進(jìn)行30min表面改性處理，制得活性竹 粉； 2 )將步驟1)所得活性竹粉與聚乳酸樹脂、無機(jī)粉體、相容劑、抗氧劑、分散劑、潤(rùn)滑劑按 比例加入高速混合機(jī)中，以l〇〇〇r/min混合20min制成預(yù)混料； 3)將步驟2)所得預(yù)混料注入螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融共混、造粒。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述竹纖維增強(qiáng)的可降解PLA材料的制備方法，其特征在于：所述 螺桿擠出機(jī)為單螺桿擠出機(jī)或多螺桿擠出機(jī)；其擠出模頭溫度為150°C，螺桿轉(zhuǎn)速為200r/ min〇
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種竹纖維增強(qiáng)的可降解PLA材料及其制備方法，其所用原料按重量份計(jì)為：聚乳酸樹脂30～70份；竹纖維15～40份；偶聯(lián)劑0.5～2份；無機(jī)粉體10～30份；相容劑0.5～5份；抗氧劑0.1~0.5份；分散劑0.5~3份；潤(rùn)滑劑3~5份。本發(fā)明通過將竹纖維及其他助劑與聚乳酸樹脂共混制得竹纖維增強(qiáng)的可降解PLA材料，這不僅可以有效提高PLA材料的強(qiáng)度，使其可廣泛應(yīng)用于汽車部件、裝飾裝修、電器產(chǎn)品、包裝等領(lǐng)域，且該材料可降解、綠色環(huán)保，具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。
【IPC分類】C08L51/00, C08L97/02, C08L51/06, C08K5/526, C08K13/02, C08L67/04, C08L51/04, C08K3/34, C08K3/26, C08K5/098, C08K5/134
【公開號(hào)】CN105237977
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510748163
【發(fā)明人】彭超, 吳惠民
【申請(qǐng)人】福州市福塑科學(xué)技術(shù)研究所有限公司
【公開日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年11月6日