[发明专利]一种生物基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，特别涉及一种生物基复合材料的制备方法。

背景技术

目前大量的塑料垃圾是非降解废弃物，对生态环境造成严重公害，并且危害人们健康，我国每年的塑料废弃物约为906.8 万吨（2005 年数据），一次性塑料制品废弃物占5%约45万吨。

多数合成高分子的原料是石油和煤，但目前全世界石油总储量才800 多亿立方米，而每年要消耗掉30 多亿立方米，预计用不了几十年，地球上的石油资源将消耗殆尽，煤的贮存虽然多一些但也用不到百年。全世界每年有2 亿多吨塑料是由石油合成的，我国产量约为4 千多万吨（2005 年数据），只要1%的制品用植物纤维环保材料代替就可以形成一个巨大的产业。

近年来由于农村经济的发展和生活水平的提高，人们的消费观念、消费方式发生了巨大变化，秸秆不再是农民能源消费的唯一选择，大量的剩余秸秆被遗弃在田间地头，有些地区将剩余的秸秆在田间地头焚烧，既浪费资源，又严重污染了环境。农作物秸秆随地焚烧、污染环境，己经成为社会普遍关注的问题。据统计，全世界农村每年生物质的产量约为300亿吨，生物质能源消耗量仅为13 亿吨，还有287 亿吨的生物质有待于开发利用。我国是农业大国，每年至少有7 亿吨的农作物废弃物。

目前生物基合成高分子如聚乳酸等材料性能如强度、耐温性能较低，直接应用受到局限。

生物基复合材料是近年来兴起的一种新型材料，它的主要原料取材于农作物秸秆短纤维、竹子短纤维、麻短纤维等，与生物基树脂如改性淀粉、大豆蛋白胶、聚乳酸等复合，通过模塑、注塑制成容器、工艺品、日用品，包装材料等。产品具有强度高、表面纹理天然、质朴，颜色鲜艳，质感新颖等特点，可以替代部分塑料、玻璃、陶、瓷等制品，废弃后可生物降解，是一种新型环境友好材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物基复合材料的制备方法，以克服传统石化材料能耗高、非降解、环境不友好等缺陷。

本发明的思路：将传统合成树脂基（酚醛树脂、环氧树脂等）及合成纤维（玻纤、碳纤等）材料，替换成天然高分子胶黏剂和植物纤维，经模压或注塑成型，制得天然成份可达60-90%以上的生物基复合材料。

具体步骤为：

(1)将植物纤维粉碎，分选出20~100目的纤维束，经高温热水处理法或蒸汽爆破法处理，制得植物纤维原料，控制其水分含量小于8%。

(2)按以下质量比称取原料，步骤(1)制得的植物纤维原料:天然高分子胶黏剂: 添加剂=30~60:40~80:1~4。

(3)将步骤(2)称取的原料混合均匀，制得反应混合物料，经模压或注塑成型，即制得生物基复合材料。

所述植物纤维为农作物秸秆或其它植物秆茎，包括稻壳、稻草、麦秸、玉米秸秆、棉花秆、木屑和竹屑。

所述天然高分子胶黏剂为淀粉、肝糖、菊粉、甲壳素或琼脂。

所述添加剂为促进剂、交联剂和偶联剂中的一种或几种。

本发明的优点：

(1)本发明方法的制备工艺简单，实现废物利用，原料来源广，成本低廉。

(2)本发明方法所制的生物基复合材料具有强度高，表面纹理天然、质朴，颜色鲜艳，质感新颖，环境友好，适合多次、反复使用等优点。

具体实施方式

实施例1：

(1)将麦秸粉碎，分选出30~60目的纤维束，经高温热水处理法处理，制得植物纤维原料，控制其水分含量为7%。

(2)按以下质量比称取原料，步骤(1)制得的植物纤维原料:淀粉: 硅烷偶联剂KH570=35:50:1.5。

(3)将步骤(2)称取的原料混合均匀，制得反应混合物料，经模压成型，即制得生物基复合材料。

本实施例制得的生物基复合材料具有良好的力学性能，其拉伸强度17~24MPa，断裂伸长率50~70％，弯曲强度15~20MPa，缺口冲击强度14~18kJ/m²。

实施例2：

(1)将棉花秆粉碎，分选出40~80目的纤维束，经蒸汽爆破法处理，制得植物纤维原料，控制其水分含量为7.5%。

(2)按以下质量比称取原料，步骤(1)制得的植物纤维原料: 琼脂: 硅烷偶联剂KH550=50:72:2.5。

(3)将步骤(2)称取的原料混合均匀，制得反应混合物料，经模压成型，即制得生物基复合材料。

本实施例制得的生物基复合材料具有良好的力学性能，其拉伸强度19~27MPa，断裂伸长率40~60％，弯曲强度17~23MPa，缺口冲击强度15~20kJ/m²。