本發(fā)明屬于包裝材料領(lǐng)域，涉及一種聚乳酸包裝材料，具體為一種納米纖維素改性聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：聚乳酸是一種新型的生物可降解材料，在自然界中微生物特定條件下可完全降解為二氧化碳和水，可替代傳統(tǒng)石油基材料，有效的保護(hù)環(huán)境。聚乳酸可廣泛應(yīng)用于包裝、醫(yī)藥等領(lǐng)域，然而聚乳酸的脆性、結(jié)晶性能弱、熱穩(wěn)定性差以及力學(xué)性能有待提高限制了聚乳酸的應(yīng)用范圍，納米纖維素可以通過(guò)對(duì)天然纖維進(jìn)行一系列的物理化學(xué)處理得到，納米纖維素具有很高的機(jī)械強(qiáng)度、高的結(jié)晶度、可生物降解以及可進(jìn)行物理化學(xué)改性等優(yōu)點(diǎn)，是一種天然的增強(qiáng)材料，可利用納米纖維素改善聚乳酸自身的缺陷，從而最大化的發(fā)揮出納米纖維素和聚乳酸的應(yīng)用價(jià)值。與普通的纖維素相比，納米纖維素主要特點(diǎn)是具有很高的長(zhǎng)徑比和比表面積。大量的研究表明，納米纖維素表現(xiàn)出許多優(yōu)異的性能，主要體現(xiàn)在質(zhì)量輕、模量高、強(qiáng)度高、透明性好、生物相容性好、超精細(xì)的結(jié)構(gòu)等，可被廣泛用于聚合物增強(qiáng)劑、生物醫(yī)藥、食品中的添加劑、造紙、催化、電子工業(yè)等領(lǐng)域。然而，納米纖維素由于其內(nèi)在的物理特性主要表現(xiàn)出兩個(gè)主要的弊端，首先是所包含的大量的羥基基團(tuán)，導(dǎo)致纖維素分子間存在強(qiáng)烈的氫鍵作用，一經(jīng)制備便呈現(xiàn)出凝膠結(jié)構(gòu)，另一個(gè)是納米纖維素強(qiáng)親水性，限制了它在復(fù)合材料中的應(yīng)用。因此，要想納米纖維素在聚合物基體材料中分散均勻，制備出性能優(yōu)良的復(fù)合材料，對(duì)納米纖維素表面進(jìn)行化學(xué)改性是一種最為有效的方式來(lái)降低相互作用的羥基數(shù)量，同時(shí)可以提高納米纖維素與聚合物基體之間的相容性。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，獲得一種具有高強(qiáng)度、低密度和高彈性模量的聚乳酸，本發(fā)明提供了一種納米纖維素改性聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法。技術(shù)方案：一種納米纖維素改性聚乳酸復(fù)合材料，按重量份計(jì)，所述復(fù)合材料包含以下組分：納米纖維素19～30份、木質(zhì)素3～11份、棕櫚纖維1～9份、竹纖維3～15份、椰殼纖維4～9份、n,n-二甲基乙酰胺3～12份、氮化硅1～5份、二氧化硅3～14份、聚乳酸22～45份。優(yōu)選的，按重量份計(jì)，所述復(fù)合材料包含以下組分：納米纖維素23份、木質(zhì)素7份、棕櫚纖維6份、竹纖維11份、椰殼纖維6份、n,n-二甲基乙酰胺9份、氮化硅3份、二氧化硅9份、聚乳酸42份。所述的一種納米纖維素改性聚乳酸復(fù)合材料的制備方法，包含以下步驟：(1)采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12％～35％的硫酸溶液處理棕櫚纖維、竹纖維和椰殼纖維，反應(yīng)2～4.5小時(shí)；(2)將步驟(1)處理后的纖維置于烘箱中烘干，并將纖維粉碎，然后置于真空干燥箱內(nèi)干燥1～3小時(shí)，得纖維粉末，其中真空度為-0.2pa～-0.1pa，溫度為70～85℃；(3)采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25％～40％的氫氧化鈉溶液處理纖維粉末，反應(yīng)溫度為35～55℃，時(shí)間為1.5～4小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后用去離子水漂洗至中性，風(fēng)干、備用；(4)將納米纖維素和木質(zhì)素分散在n,n-二甲基乙酰胺中，乳化1～3分鐘，在100mpa條件下通過(guò)高壓均質(zhì)機(jī)循環(huán)5～8次；(5)將步驟(3)和步驟(4)的產(chǎn)物，及氮化硅、二氧化硅和聚乳酸混合，置于開(kāi)煉機(jī)中，開(kāi)煉機(jī)雙輥內(nèi)溫度為180℃～190℃，至完全熔融后，轉(zhuǎn)移至平板硫化機(jī)上熱壓成型。優(yōu)選的，步驟(1)中采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28％的硫酸溶液處理棕櫚纖維、竹纖維和椰殼纖維，反應(yīng)3.5小時(shí)。優(yōu)選的，步驟(2)中將步驟(1)處理后的纖維置于烘箱中烘干，并將纖維粉碎，然后置于真空干燥箱內(nèi)干燥2小時(shí)，得纖維粉末，其中真空度為-0.1pa，溫度為80℃。優(yōu)選的，步驟(3)中采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36％的氫氧化鈉溶液處理纖維粉末，反應(yīng)溫度為50℃，時(shí)間為3小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后用去離子水漂洗至中性，風(fēng)干、備用。優(yōu)選的，步驟(4)中將納米纖維素和木質(zhì)素分散在n,n-二甲基乙酰胺中，乳化2分鐘，在100mpa條件下通過(guò)高壓均質(zhì)機(jī)循環(huán)8次。優(yōu)選的，步驟(5)中將步驟(3)和步驟(4)的產(chǎn)物，及氮化硅、二氧化硅和聚乳酸混合，置于開(kāi)煉機(jī)中，開(kāi)煉機(jī)雙輥內(nèi)溫度為186℃，至完全熔融后，轉(zhuǎn)移至平板硫化機(jī)上熱壓成型。有益效果：(1)本發(fā)明所述納米纖維素改性聚乳酸復(fù)合材料中的納米纖維素能夠均勻分散在聚乳酸中，克服了納米纖維素分子內(nèi)和分子間的氫鍵導(dǎo)致的團(tuán)聚現(xiàn)象；(2)本發(fā)明所述復(fù)合材料的納米纖維素與聚乳酸之間相容性好；(3)本發(fā)明所述復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、低密度和高彈性模量的優(yōu)點(diǎn)。具體實(shí)施方式實(shí)施例1一種納米纖維素改性聚乳酸復(fù)合材料，按重量份計(jì)，所述復(fù)合材料包含以下組分：納米纖維素19份、木質(zhì)素3份、棕櫚纖維1份、竹纖維3份、椰殼纖維4份、n,n-二甲基乙酰胺3份、氮化硅1份、二氧化硅3份、聚乳酸22份。所述的一種納米纖維素改性聚乳酸復(fù)合材料的制備方法，包含以下步驟：(1)采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12％的硫酸溶液處理棕櫚纖維、竹纖維和椰殼纖維，反應(yīng)2小時(shí)；(2)將步驟(1)處理后的纖維置于烘箱中烘干，并將纖維粉碎，然后置于真空干燥箱內(nèi)干燥1小時(shí)，得纖維粉末，其中真空度為-0.2pa，溫度為70℃；(3)采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25％的氫氧化鈉溶液處理纖維粉末，反應(yīng)溫度為35℃，時(shí)間為1.5小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后用去離子水漂洗至中性，風(fēng)干、備用；(4)將納米纖維素和木質(zhì)素分散在n,n-二甲基乙酰胺中，乳化1分鐘，在100mpa條件下通過(guò)高壓均質(zhì)機(jī)循環(huán)5次；(5)將步驟(3)和步驟(4)的產(chǎn)物，及氮化硅、二氧化硅和聚乳酸混合，置于開(kāi)煉機(jī)中，開(kāi)煉機(jī)雙輥內(nèi)溫度為180℃，至完全熔融后，轉(zhuǎn)移至平板硫化機(jī)上熱壓成型。實(shí)施例2一種納米纖維素改性聚乳酸復(fù)合材料，按重量份計(jì)，所述復(fù)合材料包含以下組分：納米纖維素23份、木質(zhì)素7份、棕櫚纖維6份、竹纖維11份、椰殼纖維6份、n,n-二甲基乙酰胺9份、氮化硅3份、二氧化硅9份、聚乳酸42份。所述的一種納米纖維素改性聚乳酸復(fù)合材料的制備方法，包含以下步驟：(1)采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28％的硫酸溶液處理棕櫚纖維、竹纖維和椰殼纖維，反應(yīng)3.5小時(shí)；(2)將步驟(1)處理后的纖維置于烘箱中烘干，并將纖維粉碎，然后置于真空干燥箱內(nèi)干燥2小時(shí)，得纖維粉末，其中真空度為-0.1pa，溫度為80℃；(3)采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36％的氫氧化鈉溶液處理纖維粉末，反應(yīng)溫度為50℃，時(shí)間為3小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后用去離子水漂洗至中性，風(fēng)干、備用；(4)將納米纖維素和木質(zhì)素分散在n,n-二甲基乙酰胺中，乳化2分鐘，在100mpa條件下通過(guò)高壓均質(zhì)機(jī)循環(huán)8次；(5)將步驟(3)和步驟(4)的產(chǎn)物，及氮化硅、二氧化硅和聚乳酸混合，置于開(kāi)煉機(jī)中，開(kāi)煉機(jī)雙輥內(nèi)溫度為186℃，至完全熔融后，轉(zhuǎn)移至平板硫化機(jī)上熱壓成型。實(shí)施例3一種納米纖維素改性聚乳酸復(fù)合材料，按重量份計(jì)，所述復(fù)合材料包含以下組分：納米纖維素30份、木質(zhì)素11份、棕櫚纖維9份、竹纖維15份、椰殼纖維9份、n,n-二甲基乙酰胺12份、氮化硅5份、二氧化硅14份、聚乳酸45份。所述的一種納米纖維素改性聚乳酸復(fù)合材料的制備方法，包含以下步驟：(1)采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35％的硫酸溶液處理棕櫚纖維、竹纖維和椰殼纖維，反應(yīng)4.5小時(shí)；(2)將步驟(1)處理后的纖維置于烘箱中烘干，并將纖維粉碎，然后置于真空干燥箱內(nèi)干燥3小時(shí)，得纖維粉末，其中真空度為-0.1pa，溫度為85℃；(3)采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％的氫氧化鈉溶液處理纖維粉末，反應(yīng)溫度為55℃，時(shí)間為4小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后用去離子水漂洗至中性，風(fēng)干、備用；(4)將納米纖維素和木質(zhì)素分散在n,n-二甲基乙酰胺中，乳化3分鐘，在100mpa條件下通過(guò)高壓均質(zhì)機(jī)循環(huán)8次；(5)將步驟(3)和步驟(4)的產(chǎn)物，及氮化硅、二氧化硅和聚乳酸混合，置于開(kāi)煉機(jī)中，開(kāi)煉機(jī)雙輥內(nèi)溫度為190℃，至完全熔融后，轉(zhuǎn)移至平板硫化機(jī)上熱壓成型。實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3抗張強(qiáng)度/mpa43.556.751.2儲(chǔ)能模量/mpa358538903780拉伸模量/gpa1.92.42.1斷裂伸長(zhǎng)率/％2.94.53.9當(dāng)前第1頁(yè)12