CN113292865A - 一种植物纤维基复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种植物纤维基复合材料及其制备方法和应用，所述复合材料包括以下重量份数的组分：植物纤维50‑59份、增塑剂10‑20份、胶黏剂16‑22份、抗氧剂1.8‑3.5份、润滑剂1.2‑1.7份、多元酸类固化剂13‑24份、无机填料26‑40份。本发明的植物纤维基复合材料具有较好的降解性能，并具有优异的力学性能、高韧性、不易脆断，延长了使用寿命，该复合材料无毒、可完全生物降解，能够广泛应用于环保餐具、食品和医疗包装等领域；同时本发明制备方法易于控制，可操作性强，易于工业化生产。

Description

一种植物纤维基复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及生物降解纤维材料领域，尤其涉及一种植物纤维基复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
目前现实生活中塑料的应用已经无处不在，由于它难于降解对环境造成的危害已是有目共睹。随着公众环保意识的提高，开始使用降解塑料以保护人类生存环境。在食品包装领域、医用一次性器具包装材料大都是使用的普通塑料薄膜，包装后还需使用大量的保鲜材料造成很大的材料浪费(大量一次性包装材料的使用)及环境的污染。
在环境和可持续发展作为主题的今天，环境友好型可生物降解高分子材料无疑受到人们的青睐，成为近年来的研究热点，然而聚乳酸被认为是最有前景的传统塑料替代品之一。聚乳酸(PLA)是一种以玉米或薯类淀粉经发酵形成的乳酸为原料经过化学合成制备的生物降解脂肪族聚酯，原料来源充分且可以再生，不仅摆脱了对石油资源的依赖，其生产制造过程的能耗比PP等石油基高分子低，为低环境负荷性的高分子材料。但是聚乳酸降解塑料在自然环境条件下，当缺少相应的微生物时实际上是不会轻易降解的，另外由于该聚乳酸材料在使用过程中质脆易断，使用寿命短，限制了其大范围应用。
植物纤维是另一种广泛存在于自然界且为可再生生物质资源，其具有很高的长径比与比强度，是制备生物基复合材料的非常重要的原材料。较高长径比与比强度的植物纤维在复合材料中可以构造出三维结构，形成支撑骨架，连接连续相基体，形成结构增强材料。
因此，迫切需要一种综合性能较好的植物纤维基复合材料。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种植物纤维基复合材料及其制备方法和应用，该植物纤维基复合材料具有优异的降解性能和力学性能。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
本发明第一方面提供一种植物纤维基复合材料，所述复合材料包括以下重量份数的组分：植物纤维50-59份、增塑剂10-20份、胶黏剂16-22份、抗氧剂1.8-3.5份、润滑剂1.2-1.7份、多元酸类固化剂13-24份、无机填料26-40份。
优选地，所述植物纤维选自稻草秸秆、小麦秸秆、大豆秸秆、玉米秸秆中的一种或几种。
优选地，所述增塑剂选自甘油、硬脂酸、环氧大豆油、白油、聚乙二醇、柠檬酸、邻苯二甲酸二甲酯、乙酰化柠檬酸三乙酯中的一种或几种。
优选地，所述胶黏剂选自聚乙烯醇、淀粉糊、纤维素、单宁、***树胶、海藻酸钠、骨胶、鱼胶、紫胶、白乳胶、硅酸盐、氧化钙中的一种或几种。
优选地，所述抗氧剂选自抗氧剂DSTDP、抗氧剂168、抗氧剂1010中的一种或几种。
优选地，所述润滑剂选自聚乙烯蜡、N,N,-亚乙基双硬脂酰胺、甘油三羟硬脂酸酯、硬脂酸正丁酯中的一种或几种。
优选地，所述多元酸类固化剂选自草酸、柠檬酸、顺丁烯二酸、丁二酸、丁烷四羧酸中的一种或几种。
优选地，所述无机填料选自滑石粉、石英粉、硅灰石粉中的一种或几种。
本发明第二方面提供上述植物纤维基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按上述比例将所述植物纤维、增塑剂、胶黏剂、抗氧剂、润滑剂、多元酸类固化剂和无机填料混合均匀，即得混料；
(2)将步骤(1)制得的所述混料加入双螺杆挤出造粒机料斗，由螺旋输送进入双螺杆挤出造粒机中进行挤出造粒，挤出温度为210-240℃，螺杆转速为160-185r/min，制得植物纤维基复合材料。
本发明第三方面提供采用上述方法制备的植物纤维基复合材料在制备塑料包装材料中的应用。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明的植物纤维基复合材料具有较好的降解性能，并具有优异的力学性能、高韧性、不易脆断，延长了使用寿命，该复合材料无毒、可完全生物降解，能够广泛应用于环保餐具、食品和医疗包装等领域；同时本发明制备方法易于控制，可操作性强，易于工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
一种植物纤维基复合材料，所述复合材料包括以下重量份数的组分：稻草秸秆50份、硬脂酸10份、淀粉糊16份、抗氧剂DSTDP 1.8份、聚乙烯蜡1.2份、草酸13份、滑石粉26份。
上述植物纤维基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按上述比例将所述稻草秸秆、硬脂酸、淀粉糊、抗氧剂DSTDP、聚乙烯蜡、草酸和滑石粉混合均匀，即得混料；
(2)将步骤(1)制得的所述混料加入双螺杆挤出造粒机料斗，由螺旋输送进入双螺杆挤出造粒机中进行挤出造粒，挤出温度为210℃，螺杆转速为160r/min，制得植物纤维基复合材料。
实施例2
一种植物纤维基复合材料，所述复合材料包括以下重量份数的组分：小麦秸秆55份、环氧大豆油15份、***树胶19份、抗氧剂168 2.5份、N,N,-亚乙基双硬脂酰胺1.4份、顺丁烯二酸18份、石英粉32份。
上述植物纤维基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按上述比例将所述小麦秸秆、环氧大豆油、***树胶、抗氧剂168、N,N,-亚乙基双硬脂酰胺、顺丁烯二酸和石英粉混合均匀，即得混料；
(2)将步骤(1)制得的所述混料加入双螺杆挤出造粒机料斗，由螺旋输送进入双螺杆挤出造粒机中进行挤出造粒，挤出温度为225℃，螺杆转速为172r/min，制得植物纤维基复合材料。
实施例3
一种植物纤维基复合材料，所述复合材料包括以下重量份数的组分：大豆秸秆59份、邻苯二甲酸二甲酯20份、骨胶22份、抗氧剂1010 3.5份、甘油三羟硬脂酸酯1.7份、丁烷四羧酸24份、硅灰石粉40份。
上述植物纤维基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按上述比例将所述大豆秸秆、邻苯二甲酸二甲酯、骨胶、抗氧剂1010、甘油三羟硬脂酸酯、丁烷四羧酸和硅灰石粉混合均匀，即得混料；
(2)将步骤(1)制得的所述混料加入双螺杆挤出造粒机料斗，由螺旋输送进入双螺杆挤出造粒机中进行挤出造粒，挤出温度为240℃，螺杆转速为185r/min，制得植物纤维基复合材料。
应用例
1、将实施例1-3制备的植物纤维基复合材料及市售的可生物降解材料吹膜再加工，制成塑料包装袋然后进行降解性能测试。评价方法：采用土埋生物降解实验(本生物降解实验采用比较简单的室外土埋法，所用土壤为普通花池土壤，土埋深度12cm，降解实验开始后每隔10天加一定量的水，保持潮湿；第一批土埋30天后，取出试样，冲洗掉表面泥土并放于55℃烘箱中烘干20小时，然后计算失重率)。测试结果如表1所示：
表1
序号 原始重量(g) 最终重量(g) 失重率(％)
实施例1 23.12 11.55 50.02
实施例2 23.24 11.65 49.85
实施例3 23.45 11.72 50.00
市售产品 23.22 19.47 16.15
由表1中数据可知，在自然环境的土埋降解测试中，降解30天时，相比市售的可生物降解材料，本发明实施例1-3制备的植物纤维基复合材料的降解率明显提高了33.70-33.87倍左右。
2、将实施例1-3制备的植物纤维基复合材料和市售的可生物降解材料进行力学性能测试。测试结果如表2所示：
表2
Figure BDA0003022556680000051
Figure BDA0003022556680000061
由表2中数据可知，本发明的植物纤维基复合材料具有很好的力学性能和韧性
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种植物纤维基复合材料，其特征在于，所述复合材料包括以下重量份数的组分：植物纤维50-59份、增塑剂10-20份、胶黏剂16-22份、抗氧剂1.8-3.5份、润滑剂1.2-1.7份、多元酸类固化剂13-24份、无机填料26-40份。
2.根据权利要求1所述的植物纤维基复合材料，其特征在于，所述植物纤维选自稻草秸秆、小麦秸秆、大豆秸秆、玉米秸秆中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的植物纤维基复合材料，其特征在于，所述增塑剂选自甘油、硬脂酸、环氧大豆油、白油、聚乙二醇、柠檬酸、邻苯二甲酸二甲酯、乙酰化柠檬酸三乙酯中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的植物纤维基复合材料，其特征在于，所述胶黏剂选自聚乙烯醇、淀粉糊、纤维素、单宁、***树胶、海藻酸钠、骨胶、鱼胶、紫胶、白乳胶、硅酸盐、氧化钙中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的植物纤维基复合材料，其特征在于，所述抗氧剂选自抗氧剂DSTDP、抗氧剂168、抗氧剂1010中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的植物纤维基复合材料，其特征在于，所述润滑剂选自聚乙烯蜡、N,N,-亚乙基双硬脂酰胺、甘油三羟硬脂酸酯、硬脂酸正丁酯中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的植物纤维基复合材料，其特征在于，所述多元酸类固化剂选自草酸、柠檬酸、顺丁烯二酸、丁二酸、丁烷四羧酸中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的植物纤维基复合材料，其特征在于，所述无机填料选自滑石粉、石英粉、硅灰石粉中的一种或几种。
9.根据权利要求1-8任一项所述的植物纤维基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按上述比例将所述植物纤维、增塑剂、胶黏剂、抗氧剂、润滑剂、多元酸类固化剂和无机填料混合均匀，即得混料；
(2)将步骤(1)制得的所述混料加入双螺杆挤出造粒机料斗，由螺旋输送进入双螺杆挤出造粒机中进行挤出造粒，挤出温度为210-240℃，螺杆转速为160-185r/min，制得植物纤维基复合材料。
10.根据权利要求9所述的方法制备的植物纤维基复合材料在制备塑料包装材料中的应用。
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