[發明專利]一種全降解天然纖維/聚乳酸復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 200710044506.2
• 申請日: 2007-08-02
• 公開（公告）號: CN101121813A
• 公開（公告）日: 2008-02-13
• 發明（設計）人: 任杰;于濤;楊銘;任天斌;顧書英
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08J5/04;C08K5/54;B29C70/06
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明屬于高分子材料技術領域，具體涉及一種全降解天然纖維/聚乳酸復合材料及其制備方法。

背景技術

目前，生物降解高分子材料在生物醫學和環境方面的應用顯得越來越重要。其中，聚乳酸(PLA)因具有降解性能、較好的生物相容性、良好的機械性能和成型加工性能，成為應用最為廣泛的生物降解高分子材料。聚乳酸塑料、纖維或薄膜應用在工農業及日常生活中，可解決“白色污染”問題，滿足環保方面的要求。然而，PLA質硬、韌性較差，缺乏柔性和彈性，極易彎曲變形；結晶度較高，降解速度不易控制，不含反應功能基團和親水基團，不能通過化學反應實現功能擴展。聚乳酸的這些特點極大地限制了其用途及使用效果，急需通過改性的方法使其性能得到改善。

天然纖維具有密度低、比性能高、價廉、資源豐富、可降解等優點，近年來天然纖維復合材料備受人們關注，成為全球研究的熱點。其中，麻纖維由于纖維素含量高、強度高，屬于高性能天然植物纖維，許多研究機構開展了對麻纖維增強復合材料的研究。天然纖維作為天然纖維的一種，我國是天然的主要產地，產量占世界的90％以上，天然纖維纖維素含量高、強度高，屬于高性能天然植物纖維。可作為增強組分制備復合材料，改善聚乳酸的性能。

采用天然纖維作為增強材料，制備天然纖維增強復合材料的研究國內外的研究做了許多工作，有些已經在工業中有很好的應用。德國BASF公司采用黃麻增強聚丙烯復合材料生產轎車內飾件，吸噪音板備用輪罩，采用劍麻/聚氨酯復合材料生產轎車車門內飾板，吸噪音板。K.Oksman等(Composites?science?and?technology，2003，63：1317～1324)用亞麻作為增強材料，聚乳酸作為基體，在雙螺桿擠出機中制備復合材料。相對與純聚乳酸，復合材料的力學性能都有所增加，他們在實驗中采用三乙酸甘油酯作為增塑劑，研究了增塑劑對材料性能的影響，研究表面，增塑劑的加入明顯改善了材料的抗沖性能。David等(Composites?science?and?technology，2003，63：1287～1296)用黃麻作為增強組分，聚乳酸作為基體，采用熱壓法制備了復合材料，研究了加工溫度對復合材料力學性能的影響，當加工溫度在210℃時，加熱3min，復合材料的拉伸強度提高將近1倍，可達100.5MPa。

在國內，中山大學、國防科技大學等院校也對天然植物纖維與不飽和樹脂以及聚氨酯的復合進行了研究，雖然在材料力學性能、耐熱性能等取得了一些突破，但其最大的缺點在于其不能完全降解。東華大學曾于2005年申請了《一種天然纖維增強聚乳酸復合材料的制備方法》，該專利提到采用聚乳酸和聚己內酯作為基體，天然纖維作為增強組分，采用原位聚合制備復合材料，該專利缺點是無法進行大規模工業化生產。研制出一種性能優異的可用于力學性能和熱性能要求較高的可降解材料，并設計一種工藝簡單，適合工業化生產的制備方法是亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有較好的力學性能和熱性能的全降解天然纖維/聚乳酸復合材料及其制備方法。

本發明提供的全降解天然纖維/聚乳酸復合材料，由天然纖維、聚乳酸和偶聯劑組成，其組分的重量百分比如下：

天然纖維????20～79wt％

聚乳酸??????20～79wt％

偶聯劑??????1～5wt％。

本發明中，所述天然纖維可以采用短切天然纖維或天然長纖維。如苧麻纖維、亞麻纖維、劍麻纖維、黃麻纖維、大麻纖維或竹纖維等中一種或幾種。

本發明中，所述天然纖維的長徑比為5～100。

本發明中，所述聚乳酸的重均分子量為1×10⁵～3×10⁵。

本發明中，所述偶聯劑為硅烷偶聯劑。包括KH-550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、KH-560(γ-(2，3-環氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷)、KH-570(γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷)、KH-590(γ-硫丙基三甲氧基硅烷)、A-143(γ-氯丙基三甲氧基硅烷)、A-150(乙烯基三氯硅烷)、A-151(乙烯基三乙氧基硅烷)、A-171(乙烯基三甲氧基硅烷)或A-172[乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷]等。

本發明還提出全降解天然纖維/聚乳酸復合材料的制備方法，通過對天然纖維的表面改性，提高天然纖維與聚乳酸界面結合程度。先制備改性天然纖維，然后將這種天然纖維與聚乳酸進行復合，得到天然纖維增強聚乳酸復合材料。具體步驟如下：