[发明专利]一种Lyocell纤维/聚乳酸复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子复合材料及其制备领域，特别涉及一种Lyocell纤维/聚乳酸复合材料及其制备方法。

背景技术

聚乳酸（Polylactic acid，简称PLA）的主要生产原料来源于玉米、马铃薯等植物资源。PLA因其具有丰富的原料、优良的生物可降解性和可再生性等特点，是公认的环境友好材料。作为目前研究与应用相对较多的一种可生物降解的高分子材料，PLA具有优良的热、机械性能和光学性能，是现今为数不多的可与聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)等通用塑料性能相媲美的生物大分子。但PLA材料尚存在脆性高、热变形温度低、抗冲击性能差等缺点，因而限制了其作为工程塑料的应用。

为了进一步提高PLA的热机械性能，近年来，以纤维作为增强材料制备PLA复合材料的研究相当活跃，中国专利CN 102532832公开了一种聚乳酸/碳纤维复合材料及其制备方法，所制得的复合材料韧性大幅提高，综合性能较好。此外，日本专利（JP20070185893）公开了一种PET纤维增强的聚乳酸树脂的注塑制品及其制造方法，虽然制得的复合材料强度较高，但其不能完全降解，不符合环境友好型材料的发展方向。

因此，由源于植物的纤维材料与可生物降解的PLA复合制备环境友好的生物质复合材料的研究在近年来受到特别关注，并在国内外产生不少专利。美国专利US 20060147695 A1公开了一种洋麻纤维增强的聚乳酸复合材料，欧洲专利EP 1939253公开了一种天然纤维增强的聚乳酸复合材料，中国专利CN 101235192公开了一种聚乳酸和植物纤维复合材料的制备方法。经这些天然植物纤维增强的PLA复合材料不仅具有较好的力学性能，同时又保持了复合材料的可生物降解性。但这些天然纤维虽然强度较高，但是断裂伸长率一般都较低，因此得到的PLA复合材料的冲击强度较差。此外，天然纤维的均匀性相对较差，且其内部结构复杂。相比之下，再生纤维素纤维来源稳定、质量可控、均匀性好，且再生纤维素纤维增强的PLA复合材料的冲击性能可大幅提高，因此以再生纤维素纤维增强PLA具有较好的潜力。

Lyocell纤维是20世纪90年代开发出来的一种新型的纤维素纤维，同传统的粘胶纤维相比，其纺丝工艺简单、溶剂可回收利用、纤维的强度和模量更高，并能直接采用相对分子质量较高的纤维素原料进行溶解纺丝制备高强高模Lyocell纤维，这是传统的粘胶工艺所无法达到的。因此，制备Lyocell纤维/PLA复合材料具有较好的发展前景。

由于PLA是一种半结晶性高聚物，结晶速率比较慢，热变形温度低，因此采用传统的成型加工方法如注塑或模压加工成型时，得到的PLA制品通常是非晶的，其应用受到玻璃化转变温度（Tg）的限制，热变形温度较低。虽然Lyocell纤维可以增强PLA材料的力学性能，但是其热变形温度仍较低。为了进一步提高Lyocell纤维/PLA复合材料的结晶速率及热变形温度，通过对复合材料进行热处理，将大大改善其耐热性能，提高使用温度，拓展应用领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种Lyocell纤维/聚乳酸复合材料及其制备方法，该发明制备得到的Lyocell纤维/聚乳酸复合材料是一种真正意义上的绿色复合材料；使用废弃后在自然环境中能完全降解，属于环境友好型材料，并在餐饮、汽车等领域具有广泛的应用，具有实际的应用价值。

本发明的一种Lyocell纤维/聚乳酸复合材料，按重量百分比，该复合材料组成为：50～99%聚乳酸和1～50%Lyocell纤维，Lyocell纤维的长度为1～6mm。

本发明的一种Lyocell纤维/聚乳酸复合材料的制备方法，包括：

按重量百分比，将50-99%聚乳酸、1-50%Lyocell纤维进行熔融共混，制备得到Lyocell纤维/聚乳酸复合材料，其中熔融共混温度为170～210℃。

所述熔融共混在高分子加工设备中进行。

所述高分子加工设备为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、密炼机、高速混合机、开炼机中的一种或几种。

所述的复合材料经注塑或模压成型后，优选进行热处理，以提高制品的热变形温度(使用温度)。

所述热处理温度为80-130℃，热处理时间为1-60min。

制备测试标准样条：