[00115002]一种全纤维可降解复合材料的制备方法

①课题来源与背景 随着塑料工业的快速发展,白色污染对人们的生产和生活带来了极大的危害,为了解决原料短缺和环境问题,人们逐渐把眼光转移到了可再生资源上。植物纤维材料是一种天然的高分子材料,是一种取之不尽用之不竭的资源。植物纤维用于复合材料的潜在优势越来越引起人们的注意,它价格低廉,密度小,具有较高的弹性模量,与无机纤维接近,而它的生物降解性和可再生性是最突出的优点。 木塑复合材料具有密比性能高,价格低廉,可以解决由于废旧塑料无法回收的对环境造成污染的问题,并使纤维废弃资源得到充分利用等优点。但也存在以下不足：（1）亲水性的纤维与疏水性的塑料基体化学异质,两者之间的界面相容性差,所得复合材料性能不好;（2）由于合成高分子基体自身不能生物降解,WPC不能实现全生物降解,所以还不是真正意义上的“绿色材料”;（3）聚乳酸,聚羟基烷基酸脂等生物塑料与其它高分子材料一样耐热性差,而且材料弹性模量随温度升高明显下降,使用受到一定限制;（4）生物塑料价格高导致复合材料成本高。上述的缺陷构成了木塑复合材料取代传统高聚物的主要障碍,因此目前着力于研究全纤维复合材料,即基体与增强体均为纤维的复合材料。 ②技术原理及性能指标 目前,制备全纤维复合材料主要有两种方法：一种方法是将溶解在离子液体中的纤维素为基体,未溶解的纤维素作为增强体制备全纤维素复合材料,这种方法制备的全纤维素复合材料具有优异的力学和热性能,纤维基体与纤维增强体之间具有良好的相容性,同时具有生物降解性和可再生性的优点。但目前离子液体溶解纤维素的能力较低,且价格昂贵,还难以实现工业化生产。另一种方法是采用化学方法将天然植物纤维改性成热塑性材料,以塑化的植物纤维作为基体树脂,植物纤维作为增强材料制备植物纤维复合材料。目前,对天然植物纤维改性成为热塑性材料的化学方法主要有：醚化方法和酯化方法。酯化是重要的纤维素热塑改性方法,但传统方法大多存在溶剂难回收、污染环境、催化剂残留、工艺复杂、成本较高等缺点。因此本发明提出一种固相改性的全纤维复合材料制备方法。 ③技术的创造性与先进性 （1）本发明采用固相反应具有工艺简单、操作简便、无污染、成本低等优点,解决了多相和均相反应存在大量的溶剂而造成溶剂回收、污染环境、催化剂残留、工艺复杂和成本较高的问题。 （2）本发明采用机械活化强化固相酯化制备热塑性植物纤维材料,该方法具有工艺简单、无污染、操作简便、成本低等特点。 （3）利用轻工业和农业中的纤维质固废物制备复合材料,充分利用废弃物,变废为宝,实现资源的可循环利用,并能降低制备复合材料的成本。采用自制的强化多糖高聚物改性搅拌球磨反应器进行固相反应,反应无搅拌死角,保证所有物料都能充分搅拌,能通过恒温系统控制反应温度,保证球磨过程在恒温中进行,物料受热均匀,抑制物料发生热敏性反应。 （4）用熔盐做催化剂,该催化剂具有活性成分高,可以有效提高反应速率,有良好的重复使用性、 产物更易分离等优点。并选取木纤维、剑麻纤维、棉纤维、甘蔗渣纤维、竹纤维等长纤维做增强体,该长纤维增强体具有性能高、成本低、可完全降解、来源广泛等优点。 ④技术的成熟程度,适用范围和安全性 本发明采用固相反应克服了溶剂法的缺陷,采用的机械活化强化固相酯化制备热塑性复合材料,具有工艺简单,无污染,操作简便,成本低等优点。