[發(fā)明專(zhuān)利]一種完全可降解的竹微結(jié)構(gòu)單元和聚乳酸生物質(zhì)復(fù)合材料及其制造方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010218551.7
• 申請(qǐng)日: 2010-06-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101906219A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭文靜;王正;常亮;余雁;任一萍;高黎
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): C08L1/02
• 分類(lèi)號(hào): C08L1/02;C08L67/04;B29C43/58
• 代理公司: 北京北新智誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11100
• 代理人: 朱麗華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高竹材含量且完全可降解的竹微結(jié)構(gòu)單元和聚乳酸生物質(zhì)復(fù)合材料及其制造方法。

背景技術(shù)

隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，目前大量應(yīng)用的不可降解塑料對(duì)環(huán)境造成的污染和負(fù)擔(dān)越來(lái)越受到關(guān)注。用完全可生物(或自然)降解材料替代各種不可降解材料，已成為材料科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢(shì)。

聚乳酸塑料來(lái)源于植物資源，具有良好的生物相容性與可降解性及良好的機(jī)械加工性，是一種低能耗的生態(tài)環(huán)保型高分子量材料。目前已在美國(guó)等地實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。該類(lèi)材料的應(yīng)用，可緩解因石油資源緊缺造成的能源危機(jī)和解決高分子材料對(duì)環(huán)境造成的“白色污染”，是環(huán)境友好的高分子材料。但是，聚乳酸等可生物降解塑料與其它高分子材料一樣，耐熱性差，而且材料彈性模量隨溫度升高還明顯下降，所以高分子材料的使用受到一定限制。

對(duì)于一些短周期用的制品(如展板、苗木托盤(pán)或盆等)，因?yàn)槭褂昧枯^大，如果采用不能降解的普通塑料，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題；為了克服這一缺陷，亟待有替代產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高竹材含量且高強(qiáng)度的竹纖維和聚乳酸復(fù)合材料，其是將竹質(zhì)微結(jié)構(gòu)單元與環(huán)境友好的高分子材料復(fù)合，制造生物質(zhì)基的環(huán)境友好高分子新材料，既可以改善材料性能，擴(kuò)大材料使用范圍，也可以降低完全可生物降解復(fù)合材料的成本，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)天然竹材資源的高效利用。

本發(fā)明的另一目的是提供一種高竹材含量的竹纖維和聚乳酸復(fù)合材料的制造方法，用其可以制成各種完全環(huán)境友好的新材料產(chǎn)品。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計(jì)方案：

一種完全可降解的竹微結(jié)構(gòu)單元和聚乳酸生物質(zhì)復(fù)合材料，其是由竹微結(jié)構(gòu)單元與可生物降解的聚乳酸塑料混合制成的復(fù)合材料；其中，竹微結(jié)構(gòu)單元與聚乳酸塑料重量百分比為：竹微結(jié)構(gòu)單元60~90％；聚乳酸40~10％。

所述的復(fù)合材料是將按比例量稱(chēng)重的竹微結(jié)構(gòu)單元與聚乳酸塑料于高速混合機(jī)中混合，通過(guò)磨擦發(fā)熱(或外部加熱)至聚乳酸粒料完全熔融后與竹微結(jié)構(gòu)單元均勻混合再冷卻后得到的產(chǎn)品。

為了改善竹纖維與聚乳酸塑料的相容性能，抑制聚乳酸在受熱過(guò)程中降解，在竹微結(jié)構(gòu)單元與聚乳酸塑料于高速混合機(jī)中混合時(shí)加入聚乳酸重量的1~2％聚四氟乙烯改性聚乙烯或馬來(lái)酸化聚丙烯等相容劑。

所述的竹微結(jié)構(gòu)單元可以是竹纖維、竹刨花或竹纖維長(zhǎng)絲。

一種完全可降解的竹微結(jié)構(gòu)單元和聚乳酸生物質(zhì)復(fù)合材料制造方法，其方法步驟如下：

(1)將竹材或竹材加工剩余物通過(guò)削片制成長(zhǎng)2cm~6cm、寬1cm~5cm的竹片，竹片經(jīng)加工設(shè)備加工成竹微結(jié)構(gòu)單元，然后干燥；

(2)將步驟1得到的竹微結(jié)構(gòu)單元與聚乳酸塑料按重量百分比為60∶40至90∶10的比例稱(chēng)重后，放入一種高速混合機(jī)中進(jìn)行混合；

(3)啟動(dòng)高速混合機(jī)，使其達(dá)到1200rpm以上，工作溫度升高至160℃以上，至聚乳酸粒料完全熔融后與竹纖維均勻混合；

(4)冷卻至50℃以下，收集待用。

(5)再經(jīng)熱壓或模壓制成預(yù)制材，其中熱壓工藝條件：溫度150℃～200℃，壓力1～6Mpa，時(shí)間5～30min。

本發(fā)明是一種用竹材加工剩余物與可生物降解的聚乳酸塑料復(fù)合制備新型完全可降解的生物質(zhì)復(fù)合材料的工藝技術(shù)。該復(fù)合材料全部采用可降解材料為原料，制備的復(fù)合材料也是完全可降解的。該材料可以用于展板制備、苗木托盤(pán)或盆等短周期用復(fù)合材料制品。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：開(kāi)拓了新的材料領(lǐng)域，新得到的材料產(chǎn)品既有完全可降解的性能，又能具有一定的硬度而秉承了良好的機(jī)械加工性能，適用范圍寬泛，可以通過(guò)加工工藝中的材料配比調(diào)整，而實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足各種硬度的要求，是一種環(huán)保型的換代產(chǎn)品。其與普通木塑復(fù)合材料相比：

(1)用可降解的聚乳酸塑料為原料替代傳統(tǒng)塑料，緩解了傳統(tǒng)塑料廢棄后對(duì)環(huán)境造成的白色污染。

(2)本發(fā)明復(fù)合材料采用高速混合與平壓或模壓相結(jié)合的方法，可以制備高竹材含量且高強(qiáng)度的生物質(zhì)復(fù)合材料，且較擠出法制備高竹含量設(shè)備簡(jiǎn)單、成本較低。

(3)該復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度可以達(dá)到50MPa以上，彈性模量達(dá)6000MPa以上，24h吸水率10％以下，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度1.0MPa以上。產(chǎn)品性能完全達(dá)到并超過(guò)普通木塑復(fù)合材料性能要求，且完全可生物降解，極具產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的主創(chuàng)點(diǎn)在于：新研制一種具有完全可降解性且同時(shí)具有高硬度的復(fù)合材料。