[发明专利]一种基于聚羟基烷酸酯膜的植物纤维粘合技术

说明书

技术领域

本发明涉及高分子胶黏剂领域，特别涉及一种使用聚羟基烷酸酯膜作为胶黏剂的粘合工艺。

背景技术

聚羟基烷酸酯是微生物主要利用玉米淀粉等多糖类有机物，通过各种发酵作用产生的生物质高分子材料，作为微生物细胞内的碳和能量的储存物质而存在。聚羟基烷酸酯具有与传统塑料如聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）相似的力学性能，在自然界又可以完全降解，因此具有良好的应用前景。

将塑料充当胶黏剂从粘合界面分析可分为三段过程：第一阶段是塑料在熔融状态下与被粘接物体表面接触和浸润的过程。由于被粘接物体表面对塑料分子的各种基团和塑料中各组分的吸附能力不同，使得被粘接物总是要吸附那些可降低其表面能的物质，并优先吸附那些可较多降低其表面能的物质。第二阶段是塑料的固化阶段，在此过程中塑料聚合物通过物理或化学过程而固化，形成固定的界面层。固化过程受第一阶段的影响，同时它直接决定所形成的界面层结构。

1963 年Zisma首先提出界面浸润理论，其要点是填充剂被液态树脂良好浸润是极其重要的，因浸润不良在界面上产生空隙，易使应力集中而导致复合材料发生开裂；如果完全浸润，则基体与填充剂之间的黏结强度将大于基体的内聚强度。而由于塑料高分子表面为疏水非极性，在对植物纤维等表面具有大量亲水极性官能团的材料进行胶接时往往容易遇到界面不相容性的问题。

为改善聚羟基烷酸酯与植物纤维之间界面相容性差的问题，相关研究人员主要研究通过不同的界面改性剂来改善胶接界面上二者的相容性，以此达到提升聚羟基烷酸酯对植物纤维胶接强度，增强材料性能的作用，现阶段主要采用的是以硅烷和马来酸酐为主的偶联剂以改善塑料对极性材料表面的胶接性能。

目前，将聚羟基烷酸酯成膜并应用于植物纤维的粘合的技术鲜有报道。现阶段关于聚羟基烷酸酯在植物纤维粘合技术的应用主要集中在以聚羟基烷酸酯母料熔融后为胶黏剂、以生物质纤维或其它无机物颗粒为填料，通过共混挤出的加工方式在高温下实现胶接并经冷却制备复合材料。Wu等研究表明，PHB塑料经过丙烯酸酯接枝后与木纤维制备复合材料时，流动性提升，界面相容性得到了显著改善，与未经丙烯酸酯改性前相比，改性后的复合材料的拉伸强度明显增强;另外，改性后的复合材料的耐水性提髙，PHB自然降解性能下降。Anderson等研究了马来酸酐接枝PHB(PHB-g-MA)、低相对分子质量环氧树脂(DER 662E)、聚二苯基甲烷二异氰酸酯(pMDI)和羧基聚酯(Uralac P5142)4种改性剂对聚羟基烷酸酯对植物纤维胶接性能的影响。结果表明，添加的4种改性剂都能改善聚羟基烷酸酯胶接时的界面相容性，并对复合材料的拉伸强度和模量有显著改善;其中改性剂p-MDI中的异氰酸盐基团的改性效率要高于Uralac P5142和PHB-g-MA中的羧基酸酐基团和DER 662E中的环氧基。当p-MDI的添加量为4%wt时，复合材料的拉伸强度和模量分别提高了57%和21%，复合材料的疏水性能最好。Ahankari等对比研究PHBV和常用的聚丙烯塑料PP胶黏秸秆纤维后的复合材料性能，结果表明，当麦秸秆纤维添加量为30%时，PHBV基复合材料性相较于PP基复合材料有更高的拉伸和弯曲模量，且微观分析表明，PHBV胶黏秸秆纤维后的胶接界面形貌要优于常用的PP塑料。刘美均采用经改性后的P(3，4)HB胶接竹纤维制备复合材料，结果发现，复合材料的弯曲强度和拉伸强度分别较未改性的P(3，4)HB提高了46.22%和58.63%;并且在P(3，4)HB胶黏剂中加入竹纤维或蒙脱土可显著降低其结晶性能，同时改善其热稳定性，力学性能可得到有效加强。

由于目前现有的生产方法存在聚羟基烷酸酯消耗量大，产品环保但成本高昂的缺点，因而急需探寻一种更为经济的利用方式，使得聚羟基烷酸酯这种环保型高分子胶黏剂能够充分发挥其环保价值。而将聚羟基烷酸酯制成膜并用于植物纤维材料的胶接无疑将大大降低胶层的体积与厚度，进而降低胶黏剂用量。

发明内容

基于发明背景技术中所述的问题，本发明提出了以聚羟基烷酸酯膜为胶黏剂，制造基于聚羟基烷酸酯膜为胶黏剂的植物纤维复合材料，在保证产品力学性能的前提下，减少了聚羟基烷酸酯的施胶量，降低了生产成本。