椰殼纖維/聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種椰殼纖維/聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合 材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 植物纖維增強(qiáng)可降解熱塑性塑料是指以可生物降解熱塑性塑料為基體，比如聚乳 酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚-β_羥丁酸以及淀粉等，以植物纖維或者植物纖維制成的布(比如 麻類，麥梧纖維，木纖維，竹纖維等），按照一定的比例混合并且添加某些助劑(根據(jù)材料的 設(shè)計(jì)要求而定），經(jīng)高溫?cái)D壓或者熱壓等成型工藝制成具有一定形狀的片材或者板材。這類 復(fù)合材料又被稱為可降解綠色復(fù)合材料，可以彌補(bǔ)一些由單一原料制成的材料在性能上的 缺陷，在生產(chǎn)過程中加入不同的增強(qiáng)纖維或者不同的塑料基體可以做成抗壓、抗沖擊等不 同力學(xué)性能的材料，而且可降解、環(huán)境友好、成本低，可以有效減少環(huán)境污染從而提高效益， 成為當(dāng)前高分子復(fù)合材料領(lǐng)域中的研究重點(diǎn)。
[0003] 與傳統(tǒng)纖維相比，植物纖維具有密度小、高比強(qiáng)度、高比模量、可降解和可再生等 優(yōu)勢，并且成本低廉、來源廣泛、符合可持續(xù)發(fā)展的理念。
[0004] 椰殼纖維是一種具有多細(xì)胞附聚結(jié)構(gòu)的長天然纖維，除具有優(yōu)良的力學(xué)性能外， 還具有較優(yōu)異的耐濕、耐熱和隔音性能。與其它纖維相比，椰殼纖維的密度最小，有極為優(yōu) 越的斷裂伸長率，并且其成本很低。纖維的低密度，可以有效降低其增強(qiáng)的復(fù)合材料的比 重。與其它合成纖維相比，椰殼纖維具有可生物降解性。由于椰殼纖維具有可降解性，對(duì)生 態(tài)環(huán)境不會(huì)造成危害，故可用于加工土壤控制的非織造布;此外，椰殼纖維韌性很強(qiáng)，可以 替代或部分替代合成纖維用于結(jié)構(gòu)材料中，從而作為熱塑性樹脂的增強(qiáng)材料。
[0005] 聚丁二酸丁二醇酯是典型的聚酯型可生物降解塑料，其不但具有良好的生物降解 性能，同時(shí)主鏈中大量亞甲基結(jié)構(gòu)使其具有與通用聚乙烯材料相近的機(jī)械、物理性能，適合 吹塑薄膜、注塑成型等多種加工工藝，可用來制備各種各樣的完全生物降解高分子材料制 品。
[0006] 和通用塑料相比，聚丁二酸丁二醇酯具有更高的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度，韌性較聚乙 烯稍低，熔點(diǎn)和聚乙烯接近，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較聚丙烯低，但較聚乙烯高。所以，聚丁二酸丁 二醇酯具有與通用塑料類似的性能，可部分代替通用塑料。最主要的是，和通用塑料相比， 聚丁二酸丁二醇酯不僅可以通過石油產(chǎn)品制得，也可以通過農(nóng)作物產(chǎn)品發(fā)酵成的產(chǎn)物制 得，在石油資源極度緊缺的今天，開發(fā)新型環(huán)保材料勢必將成為研究的熱點(diǎn)。
[0007] 和其他可降解聚酯相比，聚丁二酸丁二醇酯熔點(diǎn)高，機(jī)械性能優(yōu)良，耐熱性能好， 聚乳酸、聚ε己內(nèi)酯等聚酯耐熱性差、強(qiáng)度小、韌性低、加工條件苛刻，產(chǎn)業(yè)化上存在一些無 法避免的困難，而且對(duì)于聚乳酸和聚ε己內(nèi)酯，其親水性較強(qiáng)，尤其是聚乳酸，為水降解高分 子材料，保存過程中不能接觸水分子，在普通儲(chǔ)存和正常使用過程中其性能無法得到保證， 聚ε己內(nèi)酯的親水性較聚乳酸低，但其可降解性良好，由于力學(xué)性能相對(duì)較低、耐熱性差，也 不能滿足人們的需要。
[0008] 專利CN103265716A，公開了一種秸桿纖維/聚丁二酸丁二醇酯/聚己二酸對(duì)苯二甲 酸丁二酯復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于，將混合材料通過雙螺桿熔融共混擠出，之后 在注塑機(jī)上加工成型，最后對(duì)得到的注塑制品進(jìn)行輻射強(qiáng)化交聯(lián)。未提及在椰殼纖維/聚丁 二酸丁二醇酯復(fù)合材料體系中添加相容劑聚丁二酸丁二醇酯接枝馬來酸酐。
[0009] 專利CN103265669A，公開了一種秸桿纖維/聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料專用增容 劑的制備方法及應(yīng)用，其特征在于采用輻射接枝法制備聚丁二酸丁二醇酯接枝馬來酸酐， 然后應(yīng)用于秸桿纖維/聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料中。未提及將聚丁二酸丁二醇酯、引發(fā)劑 過氧化二異丙苯和馬來酸酐在開煉機(jī)中混煉制備聚丁二酸丁二醇酯接枝馬來酸酐，并應(yīng)用 與椰殼纖維/聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料體系中。
[0010] 專利CN103289334A，公開了一種基于輻射改性的秸桿纖維/聚丁二酸丁二醇酯復(fù) 合材料及其制備方法，所述的復(fù)合材料為通過雙螺桿擠出并經(jīng)輻射改性的一種秸桿纖維/ 聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料，未提及椰殼纖維/聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料體系并在其中 添加相容劑聚丁二酸丁二醇酯接枝馬來酸酐。
[0011]專利CN104479385A，公開了一種強(qiáng)化秸桿纖維復(fù)合材料的制備方法，所述的秸桿 纖維改性劑為硬脂酸，并采用微波工藝處理秸桿纖維，最終在平板硫化機(jī)上熱壓成型。未提 及椰殼纖維/聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料和聚丁二酸丁二醇酯接枝馬來酸酐。
[0012] 由通用塑料或工程塑料制得的高分子產(chǎn)品不可降解，焚燒處理又會(huì)給大氣帶來嚴(yán) 重的危害，白色污染引起的環(huán)境問題已經(jīng)成為全球最受矚目的問題之一。聚丁二酸丁二醇 酯樹脂作為加工性良好、實(shí)用性強(qiáng)、易工業(yè)化的可生物降解材料，已經(jīng)倍受青睞。植物纖維 具有密度小、高比強(qiáng)度、高比模量、可降解和可再生等優(yōu)點(diǎn)。與其他植物纖維相比，椰殼纖維 的密度最小，有極為優(yōu)越的斷裂伸長率，并且其成本很低。纖維的低密度，可以有效降低其 增強(qiáng)的復(fù)合材料的比重。此外，椰殼纖維韌性很強(qiáng)，可以替代或部分替代合成纖維用于結(jié)構(gòu) 材料中，從而作為熱塑性樹脂的增強(qiáng)材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的目的是提供一種椰殼纖維/聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料，具有優(yōu)良的力 學(xué)性能，較優(yōu)異的耐濕、耐熱和隔音性能，成本低;本發(fā)明同時(shí)提供了椰殼纖維/聚丁二酸丁 二醇酯復(fù)合材料的制備方法，科學(xué)合理、簡單易行。
[0014] 本發(fā)明所述的椰殼纖維/聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料，由如下重量份數(shù)的原料制 成： 聚丁二酸丁二醇酯 100份 椰殼纖維 20-90份
[0015] 偶聯(lián)劑 1-5份 相容劑 5-30份 潤滑劑 1-4份。
[0016] 所述的椰殼纖維的長度為2-10mm;椰殼纖維先經(jīng)堿液預(yù)處理，洗至中性，置于真空 干燥箱中烘干、備用。
[0017] 所述的偶聯(lián)劑為γ -氨丙基三乙氧基硅烷、γ -縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷 或異丙基二（甲基丙烯酰基)異硬脂?；佀狨ブ械囊环N。
[0018] 所述的相容劑為聚丁二酸丁二醇酯接枝馬來酸酐。
[0019] 所述的聚丁二酸丁二醇酯接枝馬來酸酐是將混合均勻的聚丁二酸丁二醇酯100 份、引發(fā)劑過氧化二異丙苯0.5-5份和馬來酸酐2-10份在密煉機(jī)中混合均勻后經(jīng)開煉機(jī)開 片、切粒制得。
[0020] 所述的潤滑劑為硬脂酸或石蠟。
[0021] 本發(fā)明所述的椰殼纖維/聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料的制備方法是將聚丁二酸丁 二醇酯、相容劑、椰殼纖維、偶聯(lián)劑和潤滑劑先在密煉機(jī)中密煉，然后在開煉機(jī)中熔融混合， 最后造粒、注塑成型。
[0022] 所述的密煉溫度為120-185°C，密煉的轉(zhuǎn)速為20-80r/min。
[0023]所述的密煉是先將聚丁二酸丁二醇酯加入密煉機(jī)中密煉，待聚丁二酸丁二醇酯完 全熔融后加入椰殼纖維混合，最后加入聚丁二酸丁二醇酯接枝馬來酸酐、偶聯(lián)劑和潤滑劑， 在密煉機(jī)中密煉5-25min后取出。
[0024] 所述的熔融混合溫度為120-185°C，熔融混合時(shí)間為5-25min。
[0025] 復(fù)合材料中聚丁二酸丁二醇酯和椰殼纖維均屬完全生物降解材料，與其他植物纖 維相比，椰殼纖維的密度最小，有極為優(yōu)越的斷裂伸長率，并且其成本很低。纖維的低密度， 可以有效降低其增強(qiáng)的復(fù)合材料的比重。此外，椰殼纖維韌性很強(qiáng)，可以替代或部分替代合 成纖維用于結(jié)構(gòu)材料中。
[0026] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：
[0027] 本發(fā)明的椰殼纖維/聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料具有植物纖維和可降解高分子材 料兩者的諸多優(yōu)點(diǎn)。椰殼纖維是一種具有多細(xì)胞附聚結(jié)構(gòu)的長天然纖維，除具有優(yōu)良的力 學(xué)性能外，還具有較優(yōu)異的耐濕、耐熱和隔音性能。并且具有較低的密度和極為優(yōu)越的斷裂 伸長率、韌性等，可以有效降低其增強(qiáng)的復(fù)合材料的比重，提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。
[0028] 椰殼纖維/聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料的制備過程中先經(jīng)轉(zhuǎn)矩流變儀密煉，再在 開煉機(jī)中熔融共混，使椰殼纖維均勻的分散在聚丁二酸丁二醇酯基體中，有效的發(fā)揮了其 增強(qiáng)體作用，顯著提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。
[0029] 相容劑聚丁二酸丁二醇酯接枝馬來酸酐采用在開煉機(jī)中熔融共混的方法制備，使 接枝物具有較高的接枝率，從而有效的改善了椰殼纖維/聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料的界 面粘結(jié)強(qiáng)度。
[0030] 因此，本發(fā)明的椰殼纖維/聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料是一種極具發(fā)展前途的綠 色環(huán)保材料，研究開發(fā)椰殼纖維/聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料對(duì)環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源具有 重要意義。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0032] 實(shí)施例1 [0033]原料配方：
[0034] 堿液濃度，8wt%;
[0035] 處理時(shí)