本发明涉及高分子材料制备，具体涉及一种基于毛竹纤维粉的生物基可降解复合材料及其制备方法。
背景技术：
1、聚丙烯（pp）是一种具有高度结晶结构的热塑性树脂，其无味、无毒且质轻的特性使其在多个领域中备受青睐。作为一种重要的工程塑料，pp凭借良好的物理力学性能、低成本和优异的加工性，在汽车工业、家用电器、包装、建筑材料以及家具制造等行业中得到了广泛应用。
2、然而，现有的聚丙烯材料在某些性能上仍存在明显缺陷，亟需改进和提升。首先，pp的韧性相对较差，特别是在低温条件下，其脆性增强，容易发生开裂变形；其次，pp的耐热氧老化性能较弱，长期使用过程中受到氧气和热的影响，容易产生材料劣化、变色和机械性能下降；此外，pp材料的透明度较低，限制了其在某些视觉效果要求较高的领域中的应用，而材料的易燃性也增加了其在某些环境下使用的风险；此外，由于pp的尺寸稳定性不足，特别是在户外环境下，受紫外线照射的影响，其制品容易出现粉化、表面龟裂、光泽损失以及力学性能显著下降的现象，这使得pp产品的使用寿命和稳定性受到严重制约。
3、毛竹是一种生长迅速的植物，具有非常高的生物量和纤维素含量，尤其在东南亚和中国的许多地区被广泛种植，毛竹纤维具备良好的拉伸强度和刚性，使其能够在复合材料中起到增强作用，其高模量和低密度特性使得其在各种工程应用中具有实际价值，与传统的塑料材料相比，基于毛竹纤维的复合材料在环境中更容易降解，能够有效减少塑料污染，将毛竹纤维与聚丙烯材料进行复合，有望解决传统聚丙烯材料的不足。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于毛竹纤维粉的生物基可降解复合材料及其制备方法，所制备得到的复合材料具有优异的力学性能、耐热性能以及耐紫外老化性能。
2、为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
3、一种基于毛竹纤维粉的生物基可降解复合材料的制备方法，包括如下步骤：
4、s1、将毛竹纤维粉分散在乙醇水溶液中，然后向其中加入正硅酸乙酯、氨水和十二烷基苯磺酸钠，水热反应，待反应结束后，经过滤、洗涤、干燥，得到预处理毛竹纤维粉；
5、s2、将预处理毛竹纤维粉分散在乙醇水溶液中，然后向其中加入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，在40-60℃下搅拌1-4h，待反应完成后，经过滤、洗涤、干燥，得到改性毛竹纤维粉；
6、s3、将短切碳纤维分散在乙醇水溶液中，然后向其中加入乙烯基硅烷偶联剂，在40-60℃下搅拌1-3h，待反应完成后，经过滤、洗涤、干燥，得到预处理碳纤维；
7、s4、将预处理碳纤维分散在有机溶剂中，然后向其中加入苯乙烯、肉桂酰胺和过氧化苯甲酰，加热反应，待反应完成后，经过滤、洗涤、干燥，得到改性碳纤维；
8、s5、将改性毛竹纤维粉、改性碳纤维、聚丙烯、pp接枝马来酸酐、增塑剂、抗氧化剂和阻燃剂加入高速混合机内常温混合，得到预混料，随后将预混料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，热风干燥，即得到生物基可降解复合材料。
9、具体的，步骤s1中，毛竹纤维粉、正硅酸乙酯、氨水和十二烷基苯磺酸钠的质量比为10-15:8-12:30-50:1-1.5，其中氨水的质量分数为20-30%。
10、具体的，步骤s1中，水热反应的温度为120-150℃，水热反应的时间为12-18h。
11、具体的，步骤s2中，预处理毛竹纤维粉和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的质量比为10-15:1-3。
12、具体的，步骤s3中，短切碳纤维和乙烯基硅烷偶联剂的质量比为8-12:1-3，其中，所述乙烯基硅烷偶联剂选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三氯硅烷。
13、具体的，步骤s4中，预处理碳纤维、苯乙烯、肉桂酰胺和过氧化苯甲酰的质量比为10-15:4-8:3-6:0.5-1。
14、具体的，步骤s4中，加热反应的温度为80-90℃，加热反应的时间为3-5h。
15、具体的，步骤s5中，改性毛竹纤维粉、改性碳纤维、聚丙烯、pp接枝马来酸酐、增塑剂、抗氧化剂和阻燃剂的质量比为40-50:4-8:60-80:5-10:2-4:1-2:1-1.5。
16、具体的，步骤s5中，所述增塑剂选自柠檬酸三丁酯、聚乙二醇或聚丙二醇，所述抗氧化剂选自抗氧剂1010或抗氧剂1076，所述阻燃剂选自三氧化二锑或氢氧化铝。
17、本发明还提供由上述制备方法所制备得到的生物基可降解复合材料。
18、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
19、（1）本发明提供的毛竹纤维粉的表面是由纤维素、半纤维素、木质素通过氢键连接而成，纤维分子之间空隙较大，热稳定性不够理想，本发明通过水热合成法，在毛竹纤维粉的表面和孔隙结构中原位生成纳米二氧化硅，纳米二氧化硅具有较大的比表面积，在高温下，纳米二氧化硅能够有效地吸收和散发热量，降低毛竹纤维受热的局部温度，从而减缓毛竹纤维的热降解速度，同时还提高了复合材料的抗紫外老化性能；此外，纳米二氧化硅还能够增强毛竹纤维的力学性能，进而提高复合材料整体的结构稳定性，尤其是提高复合材料的抗冲击强度。
20、（2）本发明通过采用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷对预处理毛竹纤维粉进行处理，改善了预处理毛竹纤维粉与其它原料之间的相容性，同时通过引入环氧基团，增强了预处理毛竹纤维粉与其它原料之间的结合力，进而增强了复合材料的力学性能。
21、（3）本发明采用乙烯基硅烷偶联剂对短切碳纤维进行预处理，在短切碳纤维的表面引入碳碳双键，随后通过苯乙烯、肉桂酰胺双键之间的加成反应，将聚合物引入到短切碳纤维的表面，聚合物分子链之间存在芳香结构单元，表现出比线性聚丙烯更强的共轭性，由于共轭作用使电子离域，分子键能趋于平均化，能量降低，在高温下也能维持稳定，有效提高了复合材料的耐紫外老化性能；同时，通过在短切碳纤维的表面接枝高分子聚合物，提高了短切碳纤维与其它原料的相容性，进一步提高了复合材料的力学性能。
1.一种基于毛竹纤维粉的生物基可降解复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，毛竹纤维粉、正硅酸乙酯、氨水和十二烷基苯磺酸钠的质量比为10-15:8-12:30-50:1-1.5，其中氨水的质量分数为20-30%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，水热反应的温度为120-150℃，水热反应的时间为12-18h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，预处理毛竹纤维粉和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的质量比为10-15:1-3。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，短切碳纤维和乙烯基硅烷偶联剂的质量比为8-12:1-3，其中，所述乙烯基硅烷偶联剂选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三氯硅烷。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s4中，预处理碳纤维、苯乙烯、肉桂酰胺和过氧化苯甲酰的质量比为10-15:4-8:3-6:0.5-1。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s4中，加热反应的温度为80-90℃，加热反应的时间为3-5h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s5中，改性毛竹纤维粉、改性碳纤维、聚丙烯、pp接枝马来酸酐、增塑剂、抗氧化剂和阻燃剂的质量比为40-50:4-8:60-80:5-10:2-4:1-2:1-1.5。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s5中，所述增塑剂选自柠檬酸三丁酯、聚乙二醇或聚丙二醇，所述抗氧化剂选自抗氧剂1010或抗氧剂1076，所述阻燃剂选自三氧化二锑或氢氧化铝。
10.如权利要求1-9任一项所述制备方法所制备得到的生物基可降解复合材料。