生物基聚乳酸复合材料
阅读说明：本技术 生物基聚乳酸复合材料 (Bio-based polylactic acid composite material ) 是由 戴玲 于 2021-01-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种生物基聚乳酸复合材料,其按重量份计,由以下组分制备而来：接枝改性聚乳酸81.0－92.0份,生物基填料34.0份－55.0份,改性纳米纤维素12.0－16.0份,碳酸钙2.0－5.0份。本发明的接枝改性聚乳酸由衣康酸酯与聚乳酸按质量比为1－1.5：3－5按如下方法接枝制备而来：将衣康酸酯与聚乳酸分散于2－3倍的去离子水中,加入聚乳酸重量0.05－0.1倍的引发剂,于20－35℃下反应10～20小时。将得到的反应物于35％的乙醇溶液中浸泡处理10－15h后,于50℃鼓风烘箱中干燥24小时,即得到本发明的衣康酸酯与聚乳酸的共聚物。(The invention discloses a bio-based polylactic acid composite material which is prepared from the following components in parts by weight: 81.0-92.0 parts of graft modified polylactic acid, 34.0-55.0 parts of bio-based filler, 12.0-16.0 parts of modified nano-cellulose and 2.0-5.0 parts of calcium carbonate. The graft modified polylactic acid is prepared from itaconic acid ester and polylactic acid according to the mass ratio of 1-1.5: 3-5 is prepared by grafting according to the following method: dispersing itaconate and polylactic acid in deionized water of 2-3 times, adding an initiator of 0.05-0.1 time of the weight of the polylactic acid, and reacting at 20-35 ℃ for 10-20 hours. Soaking the obtained reactant in 35% ethanol solution for 10-15 h, and drying in a forced air oven at 50 ℃ for 24 h to obtain the copolymer of itaconate and polylactic acid.)
技术领域
本发明涉及生物基复合材料技术领域，具体涉及一种生物基聚乳酸复合材料。
背景技术
聚乳酸是一种具有良好生物相容性、生物可降解性以及加工性的热塑性聚酯，因其来源于生物质，且降解产物无毒无害而被大量研究和开发，作为“环境友好型”材料用以替代传统的石油基材料。
但是，现有的聚乳酸基的复合材料的拉伸性能测试和抗冲击性能大多不甚理想，因而，对其使用范围造成了较大的限制。目前大多依靠复配有机高分子聚合物而对聚乳酸基复合材料的力学性能进行改善，然而，这却对材料的降解性能和使用安全性能带来不利影响。
发明内容
为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种生物基聚乳酸复合材料，按重量份计，其由以下组分制备而来：
接枝改性聚乳酸81.0－92.0份，
生物基填料34.0份－55.0份，
改性纳米纤维素12.0－16.0份，
碳酸钙2.0－5.0份。
进一步的，所述改性纳米纤维素按照如下方法制备而来：将微晶纤维素以1：5的重量比分散于5％的NaOH溶液中，于60－80℃保温浸泡3－5h后，以1000－5000rpm均质处理10－30min，离心处理，反复离心洗涤2－3次后，加入去离子水进行分散，以4000－7000rpm均质处理20－40min，即制备得到改性纳米纤维素。
进一步的，所述生物基填料包括木薯粉22.0－35.0份和玉米秸秆粉12.0－20.0份。
更进一步的，所述聚乳酸为衣康酸酯接枝改性的聚乳酸，将衣康酸酯与聚乳酸按质量比为1－1.5：3－5，并按如下方法连接：将衣康酸酯与聚乳酸分散于2－3倍的去离子水中，加入聚乳酸重量0.05－0.1倍的引发剂，于20－35℃，反应10～20小时。
更进一步的，将得到的反应物于35％的乙醇溶液中浸泡处理10－15h后，于50℃鼓风烘箱中干燥24小时，得到衣康酸酯与聚乳酸的共聚物。
更进一步的，按照如下方法制备：
①生物基填料的预处理：将所述木薯粉与所述玉米秸秆粉经蒸煮处理2－4h后，于50％的乙醇溶液中浸提处理1－2d后，过滤，烘干并粉碎后，过40－100目筛得到。
②将步骤①经预处理的生物基填料、衣康酸酯与聚乳酸的共聚物、改性纳米纤维素和碳酸钙混合均匀。
③利用双螺杆挤出机熔融挤出、拉条、风冷、造粒，即制备得到生物基聚乳酸复合材料，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为29：1～35：1，所述的双螺杆挤出机熔融的温度为180℃～230℃。
本发明具有如下有益效果：本发明的生物基聚乳酸复合材料全部采用生物基原材料制备而来，其环境友好，使用安全度高，且其拉伸性能和抗冲击性能良好，其拉伸韧性可高达80MJ/m3以上，缺口冲击强度高达81kJ/m2以上。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明的生物基聚乳酸复合材料，按重量份计，由以下组分制备而来：
接枝改性聚乳酸81.0－92.0份，
生物基填料34.0份－55.0份，
改性纳米纤维素12.0－16.0份，
碳酸钙2.0－5.0份，
本发明的接枝改性聚乳酸由衣康酸酯与聚乳酸按质量比为1－1.5：3－5按如下方法接枝制备而来：将衣康酸酯与聚乳酸分散于2－3倍的去离子水中，加入聚乳酸重量0.05－0.1倍的引发剂，于20－35℃，反应10～20小时。将得到的反应物于35％的乙醇溶液中浸泡处理10－15h后，于50℃鼓风烘箱中干燥24小时，即得到本发明的衣康酸酯与聚乳酸的共聚物。
本发明的改性纳米纤维素按照如下方法制备而来：将微晶纤维素以1：5的重量比分散于5％的NaOH溶液中，于60－80℃保温浸泡3－5h后，以1000－5000rpm均质处理10－30min，离心处理，反复离心洗涤2－3次后，加入去离子水进行分散，以4000－7000rpm均质处理20－40min，即制备得到改性纳米纤维素。
本发明的生物基填料包括木薯粉22.0－35.0份和玉米秸秆粉12.0－20.0份。
本发明的生物基聚乳酸复合材料按照如下方法制备而来：
步骤一、生物基填料的预处理：将木薯粉与玉米秸秆粉经蒸煮处理2－4h后，于50％的乙醇溶液中浸提处理1－2d后，过滤，烘干并粉碎后，过40－100目筛得到。
步骤二、将步骤一经预处理的生物基填料、衣康酸酯与聚乳酸的共聚物、改性纳米纤维素和碳酸钙混合均匀；
步骤三、利用双螺杆挤出机熔融挤出、拉条、风冷、造粒，即制备得到生物基聚乳酸复合材料，双螺杆挤出机的螺杆长径比为29：1～35：1，的双螺杆挤出机熔融的温度为180℃～230℃。
下面结合具体实施例对本发明的生物基聚乳酸复合材料的制备过程进行说明：
实施例一：
①接枝改性聚乳酸的制备：衣康酸酯与聚乳酸按质量比为1：3按照前述方法进行制备。
②改性纳米纤维素的制备：将微晶纤维素以1：5的重量比分散于5％的NaOH溶液中，于60－80℃保温浸泡3－5h后，以1000－5000rpm均质处理10－30min，离心处理，反复离心洗涤2－3次后，加入去离子水进行分散，以4000－7000rpm均质处理20－40min，即制备得到改性纳米纤维素。
③将22.0份木薯粉和12.0份玉米秸秆粉经蒸煮处理2－4h后，于50％的乙醇溶液中浸提处理1－2d后，过滤，烘干并粉碎后，过40－100目筛。
④将步骤①的衣康酸酯与聚乳酸的共聚物81份、步骤②的改性纳米纤维素12份、步骤③的经预处理的生物基填料和碳酸钙2份混合均匀；
⑤利用双螺杆挤出机熔融挤出、拉条、风冷、造粒，即制备得到生物基聚乳酸复合材料，双螺杆挤出机的螺杆长径比为29：1～35：1，的双螺杆挤出机熔融的温度为180℃～230℃。
对本实施例的生物基聚乳酸复合材料进行拉伸性能测试和抗冲击性能测试。
拉伸性能测试：
首先将样品在200℃条件下热压成0.5mm厚的薄片，并裁成特定的形状作为测试样品，按照拉伸速率为5mm/min进行拉伸测试。
抗冲击性能测试：
将本实施例的复合材料热压成5mm×8mm×50mm的样品条，再在样品条的中部加工一个V形缺口作为测试样品。在25℃下，向每个样品条的V形缺口区域施加冲击力，并记录样品被压断时的冲击力大小。
实施例二：
①接枝改性聚乳酸的制备：衣康酸酯与聚乳酸按质量比为1：4按照前述方法进行制备。
②改性纳米纤维素的制备：将微晶纤维素以1：5的重量比分散于5％的NaOH溶液中，于60－80℃保温浸泡3－5h后，以1000－5000rpm均质处理10－30min，离心处理，反复离心洗涤2－3次后，加入去离子水进行分散，以4000－7000rpm均质处理20－40min，即制备得到改性纳米纤维素。
③将28份木薯粉和15份玉米秸秆粉经蒸煮处理2－4h后，于50％的乙醇溶液中浸提处理1－2d后，过滤，烘干并粉碎后，过40－100目筛。
④将步骤①的衣康酸酯与聚乳酸的共聚物88份、步骤②的改性纳米纤维素15份、步骤③的经预处理的生物基填料和碳酸钙5份混合均匀；
⑤利用双螺杆挤出机熔融挤出、拉条、风冷、造粒，即制备得到生物基聚乳酸复合材料，双螺杆挤出机的螺杆长径比为29：1～35：1，的双螺杆挤出机熔融的温度为180℃～230℃。
对本实施例的生物基聚乳酸复合材料进行拉伸性能测试和抗冲击性能测试，测试方法参照实施例一进行。
对实施例一和实施例二的生物基聚乳酸复合材料D性能测试结果如下：
拉伸韧性(MJ/m<sup>3</sup>)
缺口冲击强度(kJ/m<sup>2</sup>)
实施例一
82.3
81.0
实施例二
85.6
86.3
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
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