專利名稱：一種苧麻纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高分子聚合物及纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料的制備方法，特別是涉及一種苧麻纖維的表面處理及苧麻纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂的制備方法。
背景技術(shù)：
乳酸聚合物(又稱聚乳酸，Polylactic acid；簡稱PLA)的主要生產(chǎn)原料來源于玉米、馬鈴薯等植物資源。該聚合物及其后加工產(chǎn)品具有良好的生物降解性和可再生性。苧麻纖維也是生物降解材料，同時還具有比強(qiáng)度高和資源豐富的優(yōu)點(diǎn)，苧麻纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料是符合人類環(huán)境保護(hù)及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，因此有著非常美好的應(yīng)用前景。目前世界各國對天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的研究越來越多，但是主要集中增強(qiáng)不可降解的熱塑性樹脂和熱固性樹脂。
國內(nèi)研究天然纖維復(fù)合材料主要由中山大學(xué)、國防科技大學(xué)和天津工業(yè)大學(xué)，其中中山大學(xué)主要是研究劍麻纖維復(fù)合材料，增強(qiáng)的基體樹脂主要由聚氯乙烯、聚丙烯、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和不飽和聚酯并在2003年6月申請了《劍麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料片層狀壓制備方法》專利。國防科技大學(xué)和天津工業(yè)大學(xué)主要研究是苧麻和亞麻纖維復(fù)合材料，其中天津工業(yè)大學(xué)2004年4月申請了《一種亞麻非織造物及其復(fù)合材料的制造方法》專利。但是他們增強(qiáng)的基體樹脂和中山大學(xué)的差不多，都為不能生物降解樹脂，并且他們都沒有很好的解決麻纖維與基體樹脂之間的界面問題。
國外研究天然纖維復(fù)合材料起步較早，但增強(qiáng)的基體也主要為不能生物降解的樹脂，也同樣是沒有很好解決天然纖維與樹脂之間的界面問題。其中研究亞麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的最多，而且已經(jīng)應(yīng)用于汽車的內(nèi)裝飾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種苧麻纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料的制備方法，以彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，滿足生產(chǎn)和生活的需要。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種苧麻纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟(1)將粘均分子量為1000-80000的聚乳酸預(yù)聚物和粘均分子量為400-2000的聚己內(nèi)酯分別溶于有機(jī)溶劑中，所述的聚乳酸預(yù)聚物和聚己內(nèi)酯重量比為1～9∶1；(2)將苧麻纖維浸泡在聚己內(nèi)酯溶液中，再將兩種溶液混合并密封好；(3)在60～100℃的溫度條件下原位聚合0.5～4小時制得所述的復(fù)合材料。
作為優(yōu)選的技術(shù)方案所述的有機(jī)溶劑為氯仿、四氫呋喃、丙酮中的一種；所述的聚己內(nèi)酯為兩端帶異氰酸酯基團(tuán)的聚己內(nèi)酯；苧麻纖維經(jīng)過(KH550)r-氨基丙基三乙基硅烷處理或(KH560)r-(2.3環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷進(jìn)行表面處理；苧麻纖維的長度為1～30毫米；苧麻纖維的含量為5％-80％；苧麻纖維和聚乳酸都為生物全降解材料。
本發(fā)明的基本原理是通過選用KH550(r-氨基丙基三乙基硅烷)或KH560(r-(2.3環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷)偶聯(lián)劑對苧麻纖維進(jìn)行表面處理，再通過原位法制備全生物降解苧麻纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料，在原位聚合的過程中，基體樹脂上的異氰酸酯基團(tuán)與纖維表面的硅烷偶聯(lián)劑反應(yīng)形成化學(xué)鍵粘結(jié)，從而制得所述的苧麻纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料。即將粘均分子量為1000-80000的聚乳酸預(yù)聚物和粘均分子量為400-2000兩端帶異氰酸酯基團(tuán)的聚己內(nèi)酯分別溶于有機(jī)溶劑，同時將處理好的苧麻纖維浸泡在聚己內(nèi)酯的有機(jī)溶劑中。再將聚乳酸預(yù)聚物溶液和浸泡苧麻纖維的聚己內(nèi)酯溶液倒入玻璃反應(yīng)器中，在恒溫水槽中反應(yīng)，之后再將有機(jī)溶劑蒸餾回收，反應(yīng)機(jī)理如下1、聚乳酸聚己內(nèi)酯共聚反應(yīng)
2、纖維與樹脂的反應(yīng) 本發(fā)明的有益效果是利用本發(fā)明的方法制得的復(fù)合材料具有全生物降解性而且還具有優(yōu)異的界面性能和力學(xué)性能，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。


圖1用未處理過的苧麻纖維制得的復(fù)合材料的沖擊斷面電鏡照片圖2用KH550處理過的苧麻纖維制得的復(fù)合材料沖擊斷面的電鏡照片圖3用KH560處理過的苧麻纖維制得的復(fù)合材料沖擊斷面的電鏡照片具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一不詳細(xì)闡述。參照附圖1-3實(shí)施例1分別稱取42.0g粘均分子量為25000的聚乳酸預(yù)聚物(PLA)和18.0g粘均分子量為1000的聚己內(nèi)酯(PCL)(PLA/PCL＝7∶3)，再分別將它們配成0.1g/ml的氯仿溶液，之后將干燥好的KH550處理過的苧麻纖維浸泡在PCL的氯仿溶液中，然后將它們倒入1000ml的玻璃反應(yīng)器中密封好。在80℃的恒溫水浴中并同時勻速攪拌反應(yīng)2小時，再減壓將氯仿蒸餾出來。這樣將產(chǎn)物中少量的氯仿?lián)]發(fā)掉即得到苧麻纖維增強(qiáng)PLA-PCL共聚物復(fù)合材料。再按照上面同樣步驟用未經(jīng)處理的苧麻制備增強(qiáng)PLA-PCL和用經(jīng)KH560處理的苧麻纖維制備增強(qiáng)PLA-PCL復(fù)合材料。
將上面制得的產(chǎn)物放入模具中在150℃條件下壓制成標(biāo)準(zhǔn)沖擊樣條和拉伸樣條，測得力學(xué)性能如表1。
表1偶聯(lián)劑處理對苧麻纖維增強(qiáng)PLA-PCL復(fù)合材料力學(xué)性能的影響

實(shí)施例2分別稱取42.0g粘均分子量為80000的PLA和42.0g粘均分子量為400的gPCL(PLA/PCL＝7∶3)，再分別將它們配成0.1g/ml的四氫呋喃溶液，之后將干燥好的長為1mm的苧麻纖維浸泡在PCL的氯仿溶液中，然后將它們倒入1000ml的玻璃反應(yīng)器中密封好。在80℃的恒溫水浴中并同時勻速攪拌反應(yīng)2小時，再減壓將四氫呋喃蒸餾出來。這樣將產(chǎn)物中少量的氯仿?lián)]發(fā)掉即得到苧麻纖維增強(qiáng)PLA-PCL共聚物復(fù)合材料。再按照上面同樣步驟制備纖維長度為5mm和30mm的苧麻纖維增強(qiáng)PLA-PCL復(fù)合材料，將制得的產(chǎn)物在150℃條件下模壓制成標(biāo)準(zhǔn)樣條，測得力學(xué)性能如表2。
表2不同纖維長度對苧麻纖維增強(qiáng)PLA-PCL復(fù)合材料力學(xué)性能的影響

實(shí)施例3分別稱取162.0g粘均分子量為1000的PLA和18.0g粘均分子量為2000的gPCL(PLA/PCL＝7∶3)，再分別將它們配成0.1g/ml的丙酮溶液，之后將占總重量比15％的苧麻纖維浸泡在PCL的氯仿溶液中，然后將它們倒入1000ml的玻璃反應(yīng)器中密封好。在80℃的恒溫水浴中并同時勻速攪拌反應(yīng)2小時，再減壓將丙酮蒸餾出來。這樣將產(chǎn)物中少量的氯仿?lián)]發(fā)掉即得到苧麻纖維增強(qiáng)PLA-PCL共聚物復(fù)合材料。再按照上面同樣步驟制備纖維含量分別為5％、20％、25％、80％的苧麻纖維增強(qiáng)PLA-PCL復(fù)合材料，再將產(chǎn)物在150℃條件下模壓制成標(biāo)準(zhǔn)樣條，測得力學(xué)性能如表3。
表3纖維含量對苧麻纖維增強(qiáng)PLA-PCL復(fù)合材料力學(xué)性能的影響

權(quán)利要求
1.一種苧麻纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將粘均分子量為1000-80000的聚乳酸預(yù)聚物和粘均分子量為400-2000的聚己內(nèi)酯分別溶于有機(jī)溶劑中，所述的聚乳酸預(yù)聚物和聚己內(nèi)酯重量比為1～9∶1；(2)將苧麻纖維浸泡在聚己內(nèi)酯溶液中，再將兩種溶液混合并密封好；(3)在60～100℃的溫度條件下原位聚合0.5～4小時制得所述的復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的有機(jī)溶劑為氯仿、四氫呋喃、丙酮中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的聚己內(nèi)酯為兩端帶異氰酸酯基團(tuán)的聚己內(nèi)酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于苧麻纖維經(jīng)過r-氨基丙基三乙基硅烷處理或r-(2.3環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷進(jìn)行表面處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于苧麻纖維的長度為1～30毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于苧麻纖維的含量為5％-80％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于苧麻纖維和聚乳酸都為生物全降解材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生物全降解復(fù)合材料苧麻纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟(1)將粘均分子量為1000－80000的聚乳酸預(yù)聚物和粘均分子量為400－2000的聚己內(nèi)酯分別溶于有機(jī)溶劑中，所述的聚乳酸預(yù)聚物和聚己內(nèi)酯重量比為1～9∶1；(2)將苧麻纖維浸泡在聚己內(nèi)酯溶液中，再將兩種溶液混合并密封好；(3)在60～100℃的溫度條件下原位聚合0.5～4小時制得所述的復(fù)合材料。利用本發(fā)明的方法制得的苧麻纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料具有優(yōu)異的界面性能和力學(xué)性能，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號D06M101/04GK1760266SQ20051011018
公開日2006年4月19日 申請日期2005年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月10日
發(fā)明者余木火, 王龍海, 藤翠青 申請人:東華大學(xué)