本发明属于高分子材料
技术领域：
，具体地，涉及一种竹纤维环保材料及其制备方法。
背景技术：
：目前，随着石油资源的日趋紧张，环境污染又成为人类生存最主要的几大问题之一，可降解非石油基高分子材料越来越得到人们的重视。植物纤维是自然界最为丰富的天然高分子材料，自然界中每年生长的植物纤维(以天然植物纤维的形式存在)总量多达千亿吨，远远超过了地球上现存石油的总储量。植物纤维来源广泛，可取材于稻壳、谷壳、木屑、竹材、秸秆、棉杆、高粱杆、甘蔗渣、玉米芯、花生壳、咖啡渣、茶叶渣、野草等农作物的废弃物。植物纤维的纤维形态具有长径比大、比强度高、比表面积大等优点，其制成的材料具有强度高，表面纹理天然、质朴，颜色鲜艳，质感新颖，适合制做多次、可反复使用的物品，并且合成混配工艺以食品接触安金级为标准，保证了使用者的身体健康。植物纤维制成的材料可以替代部分木竹质材料、塑料、不锈钢金属、密胺、玻璃、陶、瓷等制品，减少了对石油资源和木、竹等绿色资源的浪费使用，植物纤维的物品废弃后可生物降解，解决回收或白色污染的问题。并可通过增添负离子功能、纳米银功能、测温变色功能和多种不同颜色外观，使天然植物纤维复合材料在健康保健、外观视觉上和功能性使用上增加更多的附加价值，是一种新型绿色环保材料，符合具有广阔市场前景需求。目前，采用植物纤维类技术的产品主要是低端一次性餐饮具和低端园艺产品，虽然能有效的减少对资源的利用，也实现了废物利用的目的，但产品的品质和卫生安全性有待进一步提高，产品特点过于单一，不能充分发挥其使用价值。植物纤维是天然线型高分子，其中的纤维素属于结晶区和非结晶区共存的结构，由于结构以及分子内和分子间氢键的影响，使得纤维素很难溶于普通的溶剂，因此植物纤维具有很强的极性，使其在树脂基体中的分散极差，要达到均匀分散较为困难。另外，基体树脂通常为非极性、不亲水材料，植物纤维和树脂基体间的相容性很差，界面粘结强度低，要充分挖掘植物纤维的价值，并对其进行深层次的加工利用，植物纤维的预处理与改性是限制植物纤维运用的关键，否则其制品的机械性能、耐水性、耐久性都会受到影响。由此可见，上述现有的植物纤维环保材料在制品、制造方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种竹纤维环保材料及其制备方法，以聚乳酸和聚丁二酸丁二醇酯作为材料的基体，二者均为可生物降解的树脂，且聚乳酸具有原料来源丰富、燃烧不产生毒气的优点，通过改性竹纤维的增强，能够提高复合材料的力学性能和耐热性能；同时，增塑剂的加入使得复合材料不仅具有较高的强度，且断裂伸长率和耐水性能均较好；通过抗菌剂的加入，使得复合材料不易霉变，能够有效增加复合材料的使用寿命，本发明制备的复合材料不仅符合现代环保需求，而且具有广泛的应用前景。本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种竹纤维环保材料，由如下重量份的原料制成：聚乳酸30-40份、聚丁二酸丁二醇酯10-18份、改性竹纤维20-30份、增塑剂10-15份、抗菌剂2-3份；所述竹纤维环保材料由如下步骤制成：步骤一、按照重量份数称取各原料，并混合均匀，在常温下密封放置12h；步骤二、用开放式双辊混炼机进行混炼，混炼温度为160℃，时间为10-15min；步骤三、待冷却后通过强力破碎机搅碎至颗粒状，倒入热压的模具中，并使其表面均匀平整，其堆积高度超过模具0.8-1.2mm，在其表面与底面附上一层锡箔纸，防止材料粘附在热压铁板上；步骤四、将模具缓缓放入热压机中进行热压，热压时间20min，热压温度为160℃，压力为10mpa，制得所述竹纤维环保材料。进一步地，所述增塑剂为甘油、柠檬酸酯、乙二醇的复合物，甘油、柠檬酸酯、乙二醇按照质量之比为10:3-4:5-8复配而成。进一步地，所述改性竹纤维由如下方法制备：1)按照固液比1g：25-30ml在质量分数为10％的naoh溶液中加入氯化镧，搅拌溶解，配制成改性液；2)按照料液比1g：8-10ml将竹纤维置于改性液中浸泡处理30min，浸泡期间保持100r/min匀速搅拌，且浸泡温度为45-50℃；3)捞出后用清水反复冲洗残留液至中性，放入鼓风干燥箱干燥至恒重，得到改性竹纤维。进一步地，所述抗菌剂由如下方法制成：1)将埃洛石研磨粉碎、去离子水水洗三次，干燥后过200目筛，再置于马弗炉中300℃预处理3h，得到预处理埃洛石；2)按照料液比1g：10ml将预处理埃洛石加入至3mol/l的盐酸溶液中，搅拌均匀后，先超声60min，再升温至90℃磁力搅拌6h，冷却后，将埃洛石悬浮液离心洗涤至中性，烘干研磨成粉末状，得到酸处理埃洛石；3)将肉桂醇溶于无水乙醇中，配制成浓度为0.6g/ml的肉桂醇乙醇溶液；4)按照料液比1g：18ml将酸处理埃洛石加入到肉桂醇乙醇溶液中，在室温下200r/min搅拌24h后，置于真空干燥器中，抽真空至-0.1mpa，并保持30min，然后放真空，整个抽真空和放真空过程重复3-5次，将混合液体离心，用无水乙醇和去离子水分别离心洗涤3-5次，将所得固体干燥后研磨过200目筛，得到抗菌剂。一种竹纤维环保材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一、按照重量份数称取各原料，并混合均匀，在常温下密封放置12h；步骤二、用开放式双辊混炼机进行混炼，混炼温度为160℃，时间为10-15min；步骤三、待冷却后通过强力破碎机搅碎至颗粒状，倒入热压的模具中，并使其表面均匀平整，其堆积高度超过模具0.8-1.2mm，在其表面与底面附上一层锡箔纸，防止材料粘附在热压铁板上；步骤四、将模具缓缓放入热压机中进行热压，热压时间20min，热压温度为160℃，压力为10mpa，制得所述竹纤维环保材料。本发明的有益效果：本发明在环保材料中加入了改性竹纤维，改性液为碱液(naoh)，且其中包含了微量稀土物质，碱液能够使部分果胶、木质素和半纤维素等杂质物质溶解，增大植物纤维表面的粗糙度，从而增大竹纤维与pla基体的有效接触面积，使得竹纤维与pla基体界面的机械黏接力增强；同时，可降低纤维表面极性，使两相的极性相近，进而提高界面的黏结性能，提高复合材料的力学性能；经稀土物质改性后的竹纤维，其表面吸附着氯化镧，而氯化镧带7个结晶水，随着温度的升高，结晶水逐渐失去，热失重主要为失去结晶水而非竹纤维的热失重，从而提高竹纤维的耐热性；本发明在材料中添加了复合增塑剂，包括甘油、柠檬酸酯、乙二醇，三者复合，能够起到协同作用，各自发挥优点，使得复合材料不仅具有较高的强度，且断裂伸长率和耐水性能均较好；本发明在材料中加入了适量抗菌剂，抗菌剂为埃洛石纳米管负载肉桂醇，埃洛石管腔内层分布着丰富的铝羟基，与酸溶液具有较高的化学活性，可以选择性地对内腔的氧化铝层进行酸刻蚀处理，增大埃洛石管腔内径，使管腔内径由10-25nm增大到20-33nm，且不破坏埃洛石的完整管状结构；低级性的乙醇溶液对肉桂醇分子的极化作用低，使肉桂醇以分子态存在于溶液中，在真空作用下，分子态的肉桂醇更容易以氢键聚集体等方式负载于埃洛石的空腔内；负载有肉桂醇的埃洛石具有典型的小尺寸效应、良好的表面特性和分散性，使肉桂醇均匀分散于复合材料内，起到防霉抗菌效果，同时，埃洛石天然的空心管道结构对负载的肉桂醇起到一定的阻滞作用，达到缓释的效果；本发明以聚乳酸和聚丁二酸丁二醇酯作为材料的基体，二者均为可生物降解的树脂，且聚乳酸具有原料来源丰富、燃烧不产生毒气的优点，通过改性竹纤维的增强，能够提高复合材料的力学性能和耐热性能；同时，增塑剂的加入使得复合材料不仅具有较高的强度，且断裂伸长率和耐水性能均较好；通过抗菌剂的加入，使得复合材料不易霉变，能够有效增加复合材料的使用寿命，本发明制备的复合材料不仅符合现代环保需求，而且具有广泛的应用前景。具体实施方式下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。一种竹纤维环保材料，由如下重量份的原料制成：聚乳酸30-40份、聚丁二酸丁二醇酯10-18份、改性竹纤维20-30份、增塑剂10-15份、抗菌剂2-3份；聚丁二酸丁二醇酯(pbs)熔点相对较低，性能介于聚乙烯与聚丙烯之间，与植物纤维复合后往往可以明显提高材料的拉伸强度；二氧化碳基聚合物具有完全可降解性、高阻隔性和优异的生物相容性，可注塑和挤出制品，废弃后可回收再利用，焚烧时不产生烟雾，只生成水和二氧化碳，填埋时可以在数月内全部降解；聚乳酸具有良好的透气性、阻燃性、生物相容性、易加工性、抗菌性和生物降解性，物理力学性能接近于聚丙烯和聚酯树脂，其复合材料具有较高强度；所述增塑剂为甘油、柠檬酸酯、乙二醇的复合物，甘油、柠檬酸酯、乙二醇按照质量之比为10:3-4:5-8复配而成；甘油含有大量羟基，且为三元结构，能够与竹纤维/pla形成更多的氢键，同时，甘油的碳链较乙二醇长，在分子链间可起到连结和缓冲作用，减少复合材料因受力而产生的裂纹，甘油增塑复合材料的强度较大；酯类能够提高竹纤维/pla体系的界面相容性，另一方面，酯类本身是疏水性物质，因此柠檬酸酯使得复合材料的吸水率最小；乙二醇渗透性好，对竹纤维/pla间氢键的破坏程度越大，对复合材料的结晶结构破坏程度也越大，使复合材料的韧性增大，断裂伸长率提高；甘油、柠檬酸酯、乙二醇三者复合，能够起到协同作用，各自发挥优点，使得复合材料不仅具有较高的强度，且断裂伸长率和耐水性能均较好；改性竹纤维由如下方法制备：1)按照固液比1g：25-30ml在质量分数为10％的naoh溶液中加入氯化镧，搅拌溶解，配制成改性液；2)按照料液比1g：8-10ml将竹纤维置于改性液中浸泡处理30min，浸泡期间保持100r/min匀速搅拌，且浸泡温度为45-50℃；3)捞出后用清水反复冲洗残留液至中性，放入鼓风干燥箱干燥至恒重，得到改性竹纤维；改性液为碱液(naoh)，且其中包含了微量稀土物质，碱液能够使部分果胶、木质素和半纤维素等杂质物质溶解，增大植物纤维表面的粗糙度，从而增大竹纤维与pla基体的有效接触面积，使得竹纤维与pla基体界面的机械黏接力增强；同时，可降低纤维表面极性，使两相的极性相近，进而提高界面的黏结性能，提高复合材料的力学性能；经稀土物质改性后的竹纤维，其表面吸附着氯化镧，而氯化镧带7个结晶水，随着温度的升高，结晶水逐渐失去，热失重主要为失去结晶水而非竹纤维的热失重，从而提高竹纤维的耐热性；所述抗菌剂由如下方法制成：1)将埃洛石研磨粉碎、去离子水水洗三次，干燥后过200目筛，再置于马弗炉中300℃预处理3h，得到预处理埃洛石；2)按照料液比1g：10ml将预处理埃洛石加入至3mol/l的盐酸溶液中，搅拌均匀后，先超声60min，再升温至90℃磁力搅拌6h，冷却后，将埃洛石悬浮液离心洗涤至中性，烘干研磨成粉末状，得到酸处理埃洛石；3)将肉桂醇溶于无水乙醇中，配制成浓度为0.6g/ml的肉桂醇乙醇溶液；4)按照料液比1g：18ml将酸处理埃洛石加入到肉桂醇乙醇溶液中，在室温下200r/min搅拌24h后，置于真空干燥器中，抽真空至-0.1mpa，并保持30min，然后放真空，整个抽真空和放真空过程重复3-5次，将混合液体离心，用无水乙醇和去离子水分别离心洗涤3-5次，将所得固体干燥后研磨过200目筛，得到抗菌剂；埃洛石管腔内层分布着丰富的铝羟基，与酸溶液具有较高的化学活性，可以选择性地对内腔的氧化铝层进行酸刻蚀处理，增大埃洛石管腔内径，使管腔内径由10-25nm增大到20-33nm，且不破坏埃洛石的完整管状结构；低级性的乙醇溶液对肉桂醇分子的极化作用低，使肉桂醇以分子态存在于溶液中，在真空作用下，分子态的肉桂醇更容易以氢键聚集体等方式负载于埃洛石的空腔内；负载有肉桂醇的埃洛石具有典型的小尺寸效应、良好的表面特性和分散性，使肉桂醇均匀分散于复合材料内，起到防霉抗菌效果，同时，埃洛石天然的空心管道结构对负载的肉桂醇起到一定的阻滞作用，达到缓释的效果；所述竹纤维环保材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一、按照重量份数称取各原料，并混合均匀，在常温下密封放置12h；步骤二、用开放式双辊混炼机进行混炼，混炼温度为160℃，时间为10-15min；步骤三、待冷却后通过强力破碎机搅碎至颗粒状，倒入热压的模具中，并使其表面均匀平整，其堆积高度超过模具0.8-1.2mm，在其表面与底面附上一层锡箔纸，防止材料粘附在热压铁板上；步骤四、将模具缓缓放入热压机中进行热压，热压时间20min，热压温度为160℃，压力为10mpa，制得所述竹纤维环保材料。实施例1一种竹纤维环保材料，由如下重量份的原料制成：聚乳酸30份、聚丁二酸丁二醇酯10份、改性竹纤维20份、增塑剂10份、抗菌剂2份；所述增塑剂为甘油、柠檬酸酯、乙二醇的复合物，甘油、柠檬酸酯、乙二醇按照质量之比为10:3:5复配而成；所述竹纤维环保材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一、按照重量份数称取各原料，并混合均匀，在常温下密封放置12h；步骤二、用开放式双辊混炼机进行混炼，混炼温度为160℃，时间为10min；步骤三、待冷却后通过强力破碎机搅碎至颗粒状，倒入热压的模具中，并使其表面均匀平整，其堆积高度超过模具0.8-1.2mm，在其表面与底面附上一层锡箔纸，防止材料粘附在热压铁板上；步骤四、将模具缓缓放入热压机中进行热压，热压时间20min，热压温度为160℃，压力为10mpa，制得所述竹纤维环保材料。实施例2一种竹纤维环保材料，由如下重量份的原料制成：聚乳酸35份、聚丁二酸丁二醇酯14份、改性竹纤维25份、增塑剂13份、抗菌剂2.5份；所述增塑剂为甘油、柠檬酸酯、乙二醇的复合物，甘油、柠檬酸酯、乙二醇按照质量之比为10:3.5:6.5复配而成；所述竹纤维环保材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一、按照重量份数称取各原料，并混合均匀，在常温下密封放置12h；步骤二、用开放式双辊混炼机进行混炼，混炼温度为160℃，时间为13min；步骤三、待冷却后通过强力破碎机搅碎至颗粒状，倒入热压的模具中，并使其表面均匀平整，其堆积高度超过模具0.8-1.2mm，在其表面与底面附上一层锡箔纸，防止材料粘附在热压铁板上；步骤四、将模具缓缓放入热压机中进行热压，热压时间20min，热压温度为160℃，压力为10mpa，制得所述竹纤维环保材料。实施例3一种竹纤维环保材料，由如下重量份的原料制成：聚乳酸40份、聚丁二酸丁二醇酯18份、改性竹纤维30份、增塑剂15份、抗菌剂3份；所述增塑剂为甘油、柠檬酸酯、乙二醇的复合物，甘油、柠檬酸酯、乙二醇按照质量之比为10:4:8复配而成；所述竹纤维环保材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一、按照重量份数称取各原料，并混合均匀，在常温下密封放置12h；步骤二、用开放式双辊混炼机进行混炼，混炼温度为160℃，时间为15min；步骤三、待冷却后通过强力破碎机搅碎至颗粒状，倒入热压的模具中，并使其表面均匀平整，其堆积高度超过模具0.8-1.2mm，在其表面与底面附上一层锡箔纸，防止材料粘附在热压铁板上；步骤四、将模具缓缓放入热压机中进行热压，热压时间20min，热压温度为160℃，压力为10mpa，制得所述竹纤维环保材料。对比例1一种竹纤维材料，由如下重量份的原料制成：聚乳酸40份、竹纤维20份、甘油10份。对比例2一种竹纤维环保材料，由如下重量份的原料制成：聚乳酸49份、竹纤维25份、甘油13份。对比例3一种竹纤维环保材料，由如下重量份的原料制成：聚乳酸58份、竹纤维30份、甘油15份。性能测试：(1)力学性能测试：参照标准gb/t10405-2008(塑料拉伸性能试验)进行测试，试件规格为80mm×10mm×5mm，拉伸速度为5mm/min，测试间距为60mm，测试结果如下表：可知，实施例1-3制备得到的环保材料的拉伸强度为6.4-6.5mpa，抗弯强度为6.8-6.9mpa，说明本发明制备得到的环保材料的力学性能好；(2)吸水率测试：10mm×10mm×5mm的试件测定吸水率，试件在80℃下干燥2h后浸入20℃清水中，之后每隔24h后取出，用滤纸将表面多余的水分擦去，用电子天平称质量，计算复合材料吸水率，测试结果如下表：实施例1对比例1实施例2对比例2实施例3对比例3吸水率/％4.19.54.29.64.09.6可知，本发明制备得到的环保材料的吸水率为4.0-4.2％，说明本发明制备得到的环保材料的防水性能好。以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属
技术领域：
技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。当前第1页12