[发明专利]一种可生物降解的聚乳酸‑纤维复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可生物降解的聚乳酸-纤维复合材料的制备方法，属于复合材料技术领域。

背景技术

传统塑料包装使用以后，由于没有被回收利用或者因为不易回收而被大量地随意丢弃在自然环境中， 对环境造成了污染，因此可生物降解材料及其包装制品逐渐成为当前研发的热点。我国国家标准GB/T 20197中规定一种单一材料如果按照GB/T 19277.1试验，其生物分解率在60％时为可生物降解材料。至今为止，已规模或中试化的生物降解塑料种类有聚乳酸(PLA)、聚羟基烷酸酯(PHA，包括PHB、PHBV、P(3HB，4HB) 和PHBH等)、聚丁二酸丁二酯(PBS)、对苯二甲酸己二酸丁二醇共聚物(PBAT)、聚丁二酸-己二酸-丁二 酯(PBSA)、聚碳酸亚丙酯(PPC)、聚己内酯(PCL)等。

其中，聚乳酸(PLA)是一种具有优良的生物相容性和可生物降解性的合成高分子材料。PLA这种线型热塑性生物可降解脂肪族聚酯是以玉米、小麦、木薯等一些植物中提取的淀粉为最初原料,经过酶分解得到葡萄糖,再经过乳酸菌发酵后变成乳酸,然后经过化学合成得到高纯度聚乳酸。聚乳酸中的酯键易水解，能在体内或土壤中经微生物的作用降解生成乳酸，代谢最终产物是水和二氧化碳，所以对人体不会产生毒副作用，使用非常安全。因此聚乳酸已经被应用于医学、药学等许多方面，如用作外科手术缝合线、药物控制释放系统等等。

CN104693427A公开一种聚乳酸生物降解材料及其制备方法和应用。其步骤为:1)除水:采用分馏柱回流蒸发或采用共沸溶剂脱水的方法除去乳酸原料中的水分；2)预缩聚:采用纯度较高的乳酸原料,在催化剂的存在下,进行预缩聚；3)缩聚合;在催化剂的存在下,以预缩聚工艺得到的乳酸聚合物为原料进行减压真空缩聚。CN104559101A公开了一种高强高韧全降解聚乳酸复合材料及其制备方法，其拉伸强度52.0～60.4MPa、伸长率57～210%、缺口冲击强度4.2～8.3KJ/m²；采用熔融共混法制备而成。制备原料按质量份数为：聚乳酸树脂70～90份；聚碳酸酯弹性体10-30份；抗氧剂1份；氧化石墨烯为聚乳酸树脂和聚碳酸酯弹性体总质量的0.1～1%；将各原料放入烘箱中，在60～80℃温度下，干燥4～6小时，后加入高速混料机内混合至均匀，再将均匀混合的物料加入螺杆挤出机中，于160～180℃下挤出即得。

如果使用完全的聚乳酸作为主包装材料，会导致成本过高的问题，因此需要提供一种基于聚乳酸可降解性的，同时具有较低成本的复合降解包装材料。作为烟草生产大国，我国每年烟叶产量450～500万t，其中约有近25％的烟叶、烟末等下脚料被废弃，不能用于卷烟生产，如云南作为烟草大省，每年烤烟产量中约有30％～35％属于无法进行卷烟加工的低等或等外级烟叶，未能得到合理利用。

发明内容

本发明的目的是：提供一种机械性能好、成本低、降解速度快的聚乳酸-纤维复合材料，其中采用了废旧烟叶作为纤维填充材料。

技术方案如下：

一种可生物降解的聚乳酸-纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤：

第1步，按重量份计，将烟梗10～20份、烟末30～40份粉碎成细粉，加入至水300～400份中，再加入β-麦芽碳水化合物水解酶5～10份、氨基肽酶2～4份、1,5-D-脱水果糖4～8份，在45～50℃下进行酶解反应，得到酶解液；

第2步，对第1步所得的酶解液加热至70～80℃浸提并灭酶，将浸提液送入超滤膜进行过滤，得到超滤浓缩液，将超滤浓缩液喷雾干燥之后，得到处理后的烟叶纤维；

第3步，按重量份计，称取魔芋精粉30～50份，溶于蒸馏水300～400份中，搅拌均匀成溶胶；再加入无机碱水溶液搅拌均匀，使溶胶pH值为9～13；升温65～80℃下反应，结束后冷却静置，然后用蒸馏水浸泡洗涤，将凝胶置于冷冻槽中冷冻，再室温融化，冻干后得到大孔魔芋葡甘聚糖水凝胶；

第4步，按重量份计，将植物纤维1～2份粉碎后，与无机酸溶液5～20份混合，加热75～95℃下进行水解反应，反应结束后，过滤出残渣，将残渣用水清洗至pH中性，再将残渣、聚乙二醇0.2～0.4份、水5～8份混合均匀，升温至80～90℃进行反应，得到白色浆液，喷雾干燥后得到改性微晶纤维素；