一种可完全生物降解的竹粉/聚乳酸复合材料的制备方法

本发明属于可生物降解塑料领域，具体涉及一种可完全生物降解的竹粉/聚乳酸复合材料的制备方法。

背景技术：

0、技术背景

1、传统的天然植物纤维/塑料复合高分子材料通常是以石油基塑料如聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等作为基体，有着不可完全生物降解的缺点。该类材料被废弃时，其中的天然植物纤维在自然环境下可以被微生物分解，但是残存的石油基塑料很难降解，因此会造成土壤的污染。

2、聚乳酸具备生物相容性和生物降解性，而且有着不亚于传统石油基塑料的机械性能以及加工性能，但是聚乳酸性脆且生产成本高，限制了其应用范围。我国竹资源丰富，竹产业发达，竹粉来源广泛，廉价易得。使用竹粉填充改性聚乳酸制备可完全生物降解的竹塑复合材料，不仅可以充分利用竹资源，而且可以起到降低聚乳酸成本的作用，具有极高的社会经济价值。但是竹粉表面极性较强，而聚乳酸极性弱，两者的界面结合度差，竹粉的加入会造成聚乳酸的力学性能下降。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可完全生物降解的竹粉/聚乳酸复合材料的制备方法。本发明首先从填充材料竹粉出发，通过用氢氧化钠溶液处理使竹粉中的半纤维素、木质素等部分溶解，同时纤维素的结晶度有所降低，使基团的可及性增强，竹粉的表面粗糙度提高。之后用马来酸酐与低分子量聚乳酸（spla）和高分子量聚乳酸（pla）混合接枝共聚，接枝物中极性部分的马来酸酐基团可以和竹粉中的大量羟基反应形成共价键，而接枝物非极性部分的分子链可以和聚乳酸基体进行物理缠绕，其中spla的接枝共聚物尺寸小，可以填补整个体系中的空隙，同时与空隙中的聚乳酸形成缠绕，增加整个体系的力学性能。最后，环氧大豆油可以有效渗入到聚乳酸基体内部，并且高活性环氧基团可以与聚乳酸端羟基和端羧基反应，从而使整个材料的韧性得到提升。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种可完全生物降解的竹粉/聚乳酸复合材料的制备方法，其制备步骤如下：

4、（1）采用氢氧化钠对竹粉进行碱处理，得到碱处理竹粉；

5、（2）将马来酸酐与高低分子量聚乳酸混合物进行接枝共聚，得到马来酸酐接枝聚乳酸；

6、（3）将碱处理竹粉、聚乳酸、环氧大豆油和马来酸酐接枝聚乳酸在密炼机中密炼共混，制备得到可完全生物降解的竹粉/聚乳酸复合材料。

7、上述步骤（1）具体是：往600ml水中加入6-60g氢氧化钠，搅拌溶解后再加入40g竹粉，然后在60℃的温度条件下搅拌2h，之后取出竹粉用蒸馏水洗涤至中性，干燥研磨过60目筛网后得到碱处理竹粉。

8、上述步骤（2）具体是：将51g高低分子量聚乳酸混合物、3-12g马来酸酐和0.01-0.2g过氧化二异丙苯一次性加入密炼机内，在175℃下熔融反应4min，然后取出熔融反应产物粉碎研磨即得马来酸酐接枝聚乳酸。

9、上述步骤（2）中高低分子量聚乳酸混合物由低分子量聚乳酸（spla）和高分子量聚乳酸（pla）组成，spla的分子量优选为5000，pla的分子量优选为100000，spla和pla的质量比为75:25-25:75，spla和pla的质量比优选为50:50。

10、上述步骤（3）具体是：将碱处理竹粉和聚乳酸、3.6g环氧大豆油、0.3-2.4g马来酸酐接枝聚乳酸一次性加入密炼机内密炼共混，保持密炼机温度为175℃，密炼共混6min之后取出共混物料，即得可完全生物降解的竹粉/聚乳酸复合材料。

11、上述步骤（3）中碱处理竹粉和聚乳酸的总质量为60g，其中碱处理竹粉占10-40%。

12、本发明采用以上技术方案，通过氢氧化钠处理竹粉，使竹粉的粗糙度提高，表面裸露出更多的基团，增强了竹粉和聚乳酸直接的相互作用；以高低两种分子量的聚乳酸和马来酸酐接枝聚合，使接枝聚合物同时存在不同尺寸结构，便于减小竹粉和聚乳酸界面之间的空隙，增强复合材料的整体力学性能。本发明以聚乳酸为基体，碱处理竹粉为增强材料，环氧大豆油为增塑剂，马来酸酐接枝聚乳酸为相容剂，制备的复合材料韧性高、冲击强度大、可完全生物降解，而且制备工艺简单，成本低廉，具有广阔的应用前景。

13、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

14、（1）竹粉是来源丰富的可再生资源，具有成本低、绿色无毒、可完全降解的特点。本发明中竹粉的用量占竹粉与聚乳酸总质量的10-40%，高竹粉含量可以更大程度上降低成本，同时避免因竹粉在聚乳酸基体中分布不均匀而导致局部应力增加的问题。

15、（2）对竹粉进行碱处理，使竹粉中的半纤维素、木质素等部分溶解，同时破坏纤维素的结晶性，可使竹粉结构变得疏松，基团的可及性增强，竹粉表面更加粗糙，有利于改善竹粉与聚乳酸之间的相互作用，增强竹粉/聚乳酸复合材料的力学性能。

16、（3）将马来酸酐和高低分子量聚乳酸混合物的接枝共聚物作为相容剂，在竹粉和聚乳酸之间充当桥梁的作用，其中低分子量聚乳酸的接枝共聚物尺寸小，可以填补整个体系中的空隙，同时与空隙中的聚乳酸形成缠绕，从而极大的改善竹粉/聚乳酸复合材料的力学性能。

17、（4）将环氧大豆油作为聚乳酸的增塑剂，不但可使整个材料的韧性得到提升，而且具有廉价易得、无毒环保的优点。

技术特征：

1.一种可完全生物降解的竹粉/聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种可完全生物降解的竹粉/聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）具体是：配制600ml浓度为1-10wt%的氢氧化钠水溶液，然后加入40g竹粉，在60℃条件下搅拌处理2h，之后取出竹粉用蒸馏水洗涤至中性，干燥研磨过60目筛后得到碱处理竹粉。

3.根据权利要求1所述的一种可完全生物降解的竹粉/聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）具体是：将51g高低分子量聚乳酸混合物、3-12g马来酸酐和0.01-0.2g过氧化二异丙苯一次性加入密炼机内，在175℃条件下熔融反应4min，然后取出熔融反应产物粉碎研磨即得马来酸酐接枝聚乳酸。

4.根据权利要求3所述的一种可完全生物降解的竹粉/聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：所述高低分子量聚乳酸混合物由低分子量聚乳酸和高分子量聚乳酸组成，所述低分子量聚乳酸的分子量为5000，所述高分子量聚乳酸的分子量为100000，所述低分子量聚乳酸和高分子量聚乳酸的质量比为75:25-25:75。

5.根据权利要求1所述的一种可完全生物降解的竹粉/聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）具体是：将碱处理竹粉和聚乳酸、3.6g环氧大豆油、0.3-2.4g马来酸酐接枝聚乳酸一次性加入密炼机内密炼共混，保持密炼机温度为175℃，密炼共混6min之后取出共混物料，即得可完全生物降解的竹粉/聚乳酸复合材料。

6.根据权利要求5所述的一种可完全生物降解的竹粉/聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：所述碱处理竹粉和聚乳酸的总质量为60g，其中碱处理竹粉的质量为6-24g。

7.如权利要求1-6任一项所述的制备方法制得的可完全生物降解的竹粉/聚乳酸复合材料。

技术总结本发明公开了一种可完全生物降解的竹粉/聚乳酸复合材料的制备方法，属于可降解材料领域。首先采用氢氧化钠对竹粉进行碱处理得到碱处理竹粉，同时将马来酸酐与两种高低分子量聚乳酸的混合物进行熔融反应得到马来酸酐接枝聚乳酸，然后将碱处理竹粉、聚乳酸、环氧大豆油、马来酸酐接枝聚乳酸加入密炼机中进行共混，即得到可完全生物降解的竹粉/聚乳酸复合材料。本发明制备的竹粉/聚乳酸复合材料韧性高、冲击强度大、可完全生物降解，且制备工艺简单，成本低廉，具有广阔的应用前景。技术研发人员：张卫英,朱涛,李晓受保护的技术使用者：福州大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18