[發明專利]一種高長徑比竹纖維素納米纖維增強的聚乳酸復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 202110362497.1
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113072802A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 鄧臘云;王勇;康地;范友華
• 申請（專利權）人: 湖南省林業科學院
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08L1/04;C08J5/06
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;林毓俊

本發明公開了一種高長徑比竹纖維素納米纖維增強的聚乳酸復合材料的制備方法，包括以下步驟：(1)制備竹纖維素；(2)酶解竹纖維素；(3)氧化處理；(4)改性處理；(5)制備聚乳酸復合材料。本發明針對聚乳酸材料的缺陷，采用了竹纖維進行增強，竹纖維是天然的物質，不會改變材料的可降解性，竹纖維的加入可以明顯的增強聚乳酸的力學性能和熱穩定性能。為了實現聚乳酸與竹纖維更好的融合，起到增強作用，本發明的方法對竹纖維素進行了酶解、氧化和改性處理，經過處理后的竹纖維素與聚乳酸的界面相容性進一步提高，從而可以實現很好的復合。

技術領域

本發明屬于納米復合材料技術領域，具體涉及一種高長徑比竹纖維素納米纖維增強的聚乳酸復合材料的制備方法。

背景技術

纖維素納米纖維具有原料來源豐富、超精細尺度、高表面積、可生物降解等優點，還具有高長徑比、易相互交織成網狀纏結結構等優點，是一種極具發展潛力的納米增強材料。纖維素納米纖維不僅纖細，而且纖維素分子鏈可以拉伸和結晶，所以其質量僅為鋼鐵的1/5，強度卻是鋼鐵的5倍以上。另外，其線性熱膨脹系數極小，是玻璃的1/50，而且其彈性模量在-200～200℃范圍內基本保持不變。彈性模量約140GPa，強度2～3GPa，不同于石油基材料，作為生物基材料，更環保。

聚乳酸是一種可降解材料，具有原料可再生、加工性能好、可降解的優點，在推行“禁塑令”的形勢下，聚乳酸的應用越來越受到重視。但聚乳酸還在存熱穩定性差、抗沖擊韌性較低等問題，這些問題限制了聚乳酸在一些特定環境的應用。

利用竹加工剩余物制備高長徑比竹纖維素納米纖維，作為聚乳酸的增強材料，充分發揮生物質資源的綜合利用效益，利用纖維素納米纖維的熱穩定性、高強度等優良特性，為聚乳酸的更廣泛應用提供基礎技術支撐。

發明內容

本發明的目的是提供一種高長徑比竹纖維素納米纖維增強的聚乳酸復合材料的制備方法，改善單一聚乳酸材料的缺陷，拓展其應用領域。

本發明這種高長徑比竹纖維素納米纖維增強的聚乳酸復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備竹纖維素

將竹材剩余物料進行粉碎，得到竹粉；將竹粉在組合有機溶劑中進行抽提，抽提完畢后，得到抽提后產物；將產物利用化學法去除木質素，然后用堿性浸泡發去除半纖維素，最后分離、烘干后，得到竹纖維素；

(2)酶解竹纖維素

向步驟(1)制備得到的竹纖維素中加入纖維素水解酶，進行酶解；酶解完畢后，用去離子水沖洗、過濾后，得到酶解竹纖維素納米纖維；

(3)氧化處理

將步驟(2)中的酶解竹纖維素納米纖維、TEMPO氧化劑和NaBr放入到蒸餾水中，在磁力攪拌下混勻，接著在攪拌條件下滴加NaClO溶液，并滴加NaOH溶液調節溶液的pH，然后繼續進行反應，反應結束后，加入乙醇，得到高長徑比的竹纖維素納米纖維水懸浮液；

(4)改性處理

向步驟(3)中的高長徑比的竹纖維素納米纖維水懸浮液加入含有馬來酸酐、和甲基丙烯酸縮水甘油酯，進行改性處理，提高其與非極性聚合物的界面相容性，得到改性后的竹纖維素納米纖維水懸浮液；

(5)制備聚乳酸復合材料

將聚乳酸粉末加入到步驟(4)中改性后的竹纖維素納米纖維水懸浮液，加熱攪拌后，過濾，并將過濾所得固體冷凍干燥；物料粉碎后，經過熔融擠出成型，得到竹纖維素納米纖維增強聚乳酸復合材料。

所述步驟(1)中，竹粉的粒度為100～200目；組合有機溶劑由體積比為1～3:1苯與乙醇組成；竹粉與有機溶劑的液固比為0.3～1.5g/mL，抽提方法為索氏抽提法；抽提時間為3～5h；化學法去除木質素是采用苯磺酸鹽溶液浸泡法去除木質素。