【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于生物可降解復合材料，涉及一種改性木漿纖維增強的生物可降解復合材料及其制備方法。
技術介紹
1、對以石油為原料制備而成的高分子材料的開發與利用將受到嚴格管控，因此生物可降解材料逐漸凸顯出其優越性，其中聚乳酸（pla）由可再生資源-淀粉制備而成，不僅具備生物可降解性好、生物相容性高等優點，同時其簡單易得且機械性能優異，在通用塑料領域與醫用包裝領域具有廣闊的應用前景。然而，pla在性能上也存在一定缺陷，如抗沖擊性能差、熱變形溫度低、降解速率較快等。此外，聚乳酸的價格比通用塑料的價格高3-5倍，昂貴的價格也成為其市場推廣和工業應用的重大障礙。
2、為了克服聚乳酸的性能缺陷，降低其生產成本，擴展期應用范圍，通常將pla與生物基聚合物共混。其中聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯（pbat）因其具有高柔韌性與低成本的優點，將其與pla混合是代替傳統聚合物的重要方式。但由于二者溶解度的差異，常導致pbat無法均勻分散至pla基體中。
技術實現思路
1、針對現有技術存在的不足，本專利技術的目的在于提供一種改性木漿纖維增強的生物可降解復合材料及其制備方法，本專利技術采用原位聚合包覆工藝將聚吡咯包覆于改性氮化硅晶須表面而制得包覆氮化硅晶須，然后以包覆氮化硅晶須為導電填料，與作為增強填料的包覆木漿纖維、聚乳酸和pbat樹脂共混后熔融擠出，制備得到了具備優異導電性能和力學性能的生物可降解復合材料。
2、為達此目的，本專利技術采用以下技術方案：
3、第一方面，本專利
4、（?。⒌杈ы毞稚⒂趶妷A溶液中并浸泡一段時間，通過強堿對氮化硅晶須進行化學刻蝕，隨后經過濾、洗滌和干燥后得到預處理氮化硅晶須；將預處理氮化硅晶須分散于乙醇水溶液中形成懸浮液，向懸浮液中加入硬脂酸和鈦酸酯偶聯劑，混合攪拌并加熱以發生接枝反應，得到改性氮化硅晶須；
5、（ⅱ）將步驟（ⅰ）得到的改性氮化硅晶須與過硫酸銨水溶液混合、加熱并超聲分散后得到分散液；向分散液中加入鹽酸溶液和吡咯單體，高速攪拌并混合均勻，隨后加入過硫酸銨的鹽酸溶液并在低溫環境下低速攪拌，以使得吡咯單體在改性氮化硅晶須表面聚合形成聚吡咯包覆層，反應結束后經過濾、洗滌和干燥后得到包覆氮化硅晶須；
6、（ⅲ）將木漿纖維浸泡于硅烷偶聯劑溶液中，一段時間后取出干燥，得到改性木漿纖維；將改性木漿纖維與氯化鈣溶液混合加熱并浸泡一段時間，隨后緩慢加入與氯化鈣溶液相同體積的碳酸鈉溶液，攪拌均勻以在改性木漿纖維表面原位生成碳酸鈣粒子，反應結束后經過濾、洗滌和干燥后得到復合木漿纖維；
7、（ⅳ）將乙烯-乙烯醇共聚物加入有機水溶液中混合加熱，直至乙烯-乙烯醇共聚物完全融化，得到包覆溶液；向包覆溶液中加入步驟（ⅲ）得到的復合木漿纖維，混合攪拌使得乙烯-乙烯醇共聚物在復合木漿纖維表面均勻包覆形成有機包覆層，經過濾、洗滌和干燥后得到包覆木漿纖維；
8、（ⅴ）將聚乳酸、pbat樹脂、抗氧劑、潤滑劑、增塑劑、步驟（ⅱ）得到的包覆氮化硅晶須以及步驟（ⅳ）得到的包覆木漿纖維混合后高速攪拌得到混合物料，將混合物料送入雙螺桿擠出機中熔融塑化并擠出造粒，得到所述生物可降解復合材料。
9、本專利技術采用原位聚合包覆工藝將聚吡咯包覆于改性氮化硅晶須表面而制得包覆氮化硅晶須，然后以包覆氮化硅晶須為導電填料，與作為增強填料的包覆木漿纖維、聚乳酸和pbat樹脂共混后熔融擠出，制備得到了具備優異導電性能和力學性能的生物可降解復合材料。
10、由于氮化硅晶須與樹脂基體間的界面相容性較差，使得制備得到的生物可降解復合材料的內部易產生空腔和孔隙等缺陷，從而出現嚴重的應力集中現象，導致生物可降解復合材料的拉伸強度明顯降低。為了提高氮化硅晶須與樹脂基體之間的界面相容性，本專利技術以硬脂酸和鈦酸酯偶聯劑作為復配改性劑對氮化硅晶須進行表面改性，一方面，沉積在氮化硅晶須表面的硬脂酸和鈦酸酯偶聯劑形成了具備一定的塑性變形能力的包覆層，在應力作用下，包覆層能發生形變以緩解應力集中現象，使得應力可以順利地由樹脂基體轉移至氮化硅晶須，并通過氮化硅晶須吸收大部分能量和載荷，從而提高了聚生物可降解復合材料的韌性和抗沖擊性能；另一方面，氮化硅晶須表面的包覆層還可以起到橋接作用，鈦酸酯偶聯劑分子鏈中的烷氧基-(ch3)2cho水解后與堿處理后的預處理氮化硅晶須表面的羥基發生氫鍵作用，鈦酸酯偶聯劑分子鏈中的-oh可以與吡咯單體中的n-h鍵形成氫鍵，從而在吡咯單體的聚合過程中可經由鈦酸酯偶聯劑與預處理氮化硅晶須表面形成較強的氫鍵吸附效果。而硬脂酸則是通過分子鏈上的羧基-cooh與預處理氮化硅晶須表面的羥基發生酯化反應，另外一端的長烴鏈與聚吡咯分子鏈發生物理纏結，通過鈦酸酯偶聯劑和硬脂酸的聯合改性可以實現改性氮化硅晶須與聚吡咯聚合物的分子鍵合連接，加強自身吸附的同時可以提高吡咯單體在改性氮化硅晶須表面的吸附強度，隨著引發劑過硫酸銨的加入，吡咯單體發生自由基聚合最終形成聚吡咯高分子聚合物并吸附在改性氮化硅晶須表面，此外，聚吡咯中存在的c=c雙鍵與改性氮化硅晶須結構中的c=c雙鍵還存在π-π相互作用，這更加強了聚吡咯在改性氮化硅晶須表面的吸附沉積，最終聚吡咯在氮化硅晶須表面形成多層次交聯的網絡結構，并在氮化硅晶須表面形成導電通路，最終提高了制備得到的生物可降解復合材料的導電性能。
11、未改性的木漿纖維表面含有大量極性較高的親水性官能團，與非極性的樹脂基體之間的界面相容性較差，受外力作用時二者之間的結合不緊密，由此導致制備得到的生物可降解復合材料的力學性能較低。本專利技術以氯化鈣和碳酸鈉作為原料，在木漿纖維表面原位生長碳酸鈣粒子，碳酸鈣粒子具有填充凹陷、沿空隙生長的特點，而木漿纖維是一種多孔疏松材料，能為碳酸鈣粒子提供生長吸附點。加入碳酸鈣改性后的木漿纖維，可以明顯提高生物可降解復合材料的力學性能；此外，由于碳酸鈣粒子對乙烯-乙烯醇共聚物具有很強的靜電作用力，對改善木漿纖維和乙烯-乙烯醇共聚物的界面相容性也有較強的促進作用，從而提高了木漿纖維與樹脂基體之間的界面結合力。
12、硅烷改性后的木漿纖維具有較強的極性，同時，由于木漿纖維具備豐富的孔道結構，可以用于負載碳酸鈣粒子等無機材料，所制成的復合材料具有良好的力學性能、生物相容性和生物可降解性。但是，由于微/納米級的碳酸鈣粒子具有較大的比表面積和較強的表面能，在與樹脂基體混合的過程中極易發生團聚，很難在復合材料中均勻分散，為此，本專利技術采用原位合成法在改性木漿纖維表面原位生成了碳酸鈣粒子，借助改性木漿纖維在樹脂基體中的均勻分散，使得碳酸鈣粒子也得以在樹脂基體中均勻分散。
13、本專利技術先將改性木漿纖維與氯化鈣溶液混合并熱浸泡，隨后加入碳酸鈉溶液，相比于先和氯化鈣溶液混合，再加入氯化鈣溶液的添加順序，本專利技術采用的添加順序可以使得原位生成的碳酸鈣粒子的負載量最大，這是因為改性木漿纖維對碳酸鈣的吸附是靠電荷的吸引作用，先添加氯化鈣時，鈣離子為陽離子本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種改性木漿纖維增強的生物可降解復合材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（Ⅰ）中，所述強堿溶液的濃度為3-5mol/L；
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（Ⅱ）中，所述改性氮化硅晶須與所述過硫酸銨水溶液的比例為(5-15)g:1L；
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（Ⅲ）中，所述木漿纖維在所述硅烷偶聯劑溶液中的浸泡時間為1-5h；
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（Ⅳ）中，所述有機水溶液為異丙醇水溶液；
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（Ⅴ）中，所述高速攪拌的時間為10-30min；
7.一種采用權利要求1至6任一項所述的制備方法制備得到的改性木漿纖維增強的生物可降解復合材料，其特征在于，所述生物可降解復合材料包括聚乳酸、PBAT樹脂、包覆氮化硅晶須、包覆木漿纖維、抗氧劑、潤滑劑和增塑劑；
8.根據權利要求7所述的生物可降解復合材料，其特征在于，所述生物可降解復
9.根據權利要求8所述的生物可降解復合材料，其特征在于，所述生物可降解復合材料包括如下重量份的各組分：
10.根據權利要求8所述的生物可降解復合材料，其特征在于，所述潤滑劑包括石蠟、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、聚乙烯蠟、單硬脂酸甘油酯或雙硬脂酸甘油酯中的任意一種或至少兩種的組合；
...【技術特征摘要】
1.一種改性木漿纖維增強的生物可降解復合材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（ⅰ）中，所述強堿溶液的濃度為3-5mol/l；
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（ⅱ）中，所述改性氮化硅晶須與所述過硫酸銨水溶液的比例為(5-15)g:1l；
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（ⅲ）中，所述木漿纖維在所述硅烷偶聯劑溶液中的浸泡時間為1-5h；
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（ⅳ）中，所述有機水溶液為異丙醇水溶液；
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（ⅴ）中，所述高速攪拌的...
【專利技術屬性】
技術研發人員：蘇榮欣，黃仁亮，韓承志，趙一欣，劉朝輝，
申請(專利權)人：天津永續新材料有限公司，
類型：發明
國別省市：
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