一种全生物质聚乳酸竹纤维复合材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及生物降解注塑餐具材料领域，尤其涉及种全生物质聚乳酸竹纤维复合材料及其制备方法


背景技术：

2.现在全降解的一次性刀叉勺等注塑餐具的使用量越来越大，但是目前这些产品基本采用聚乳酸添加滑石粉注塑而成，添加滑石粉一方面可以降低成本，同时起到pla成核作用，加快pla的结晶速度并降低pla的结晶温度，而且添加滑石粉还可以提高pla的刚性模量，降低pla结晶时的收缩率。采用聚乳酸参杂滑石粉注塑存在以下缺点，一则是滑石粉本身也是矿物原料，是不可再生资源，而且目前用于pla改性的滑石粉都是高端滑石粉，对于刀叉勺这种一次性消费品，是一种资源的浪费，二则滑石粉中含有氟元素，在使用是对人体健康具有一定的危害性，目前欧美已经在重点监控餐具中有机氟含量的问题。


技术实现要素：

3.本发明针对上述问题，提出了一种应用于注塑餐具的一种全生物质聚乳酸竹纤维复合材料及其制备方法。
4.本发明采取的技术方案如下：
5.一种全生物质聚乳酸竹纤维复合材料及其制备方法，包括如下步骤，将聚乳酸与竹纤维混合后熔融混合挤出，制备成母粒。
6.本种母粒中，采用聚乳酸与竹纤维混合在一起熔融制备成母粒，母粒可以用来直接熔融注塑也可以在与聚乳酸混合之后注塑。
7.本种母粒主要用来制备刀叉勺等餐具，对耐温性能以及硬度有着较高的要求。竹纤维与滑石粉所起的作用相同，即赋予注塑后的餐具抗形变能力，但是竹纤维相对于滑石粉，竹纤维完全可降解，且密度更低，所以采用竹纤维与聚乳酸制备得到的餐具，具有更轻的质量。且由于竹纤维相对于滑石粉，竹纤维长径比更高，所以竹纤维与聚乳酸混合熔融注塑得到餐具，具有更高的抗应力能力以及抗热变形能力，不易断裂，也不易热变形。
8.综上所述，在添加量相同的前提下，相对于采用滑石粉，采用竹纤维与聚乳酸熔融注塑得到的餐具，具有更轻的质量，更高的硬度与更强的耐温性。
9.竹纤维中木质素会带来聚乳酸竹纤维复合材料加工过程中颜色加深的问题，木质素含量越高，颜色越深。
10.可选的，竹纤维的木质素含量为0～3％，优选0～0.5％
11.纤维直径较小的竹纤维可以加深聚乳酸成核作用，提高聚乳酸的耐温性
12.可选的，竹纤维的直径为5～10μm，优选5～8μm
13.竹纤维较高的长径比一方面可以提高材料的刚性，降低聚乳酸的成型收缩率，降低聚乳酸复合材料成型产品结晶后的变形情况，同时也可以提高材料的耐温性。
14.可选的，聚乳酸与木纤维混合熔融时，环境的露点温度不高于零下40℃。
15.可选的，竹纤维的长径比为40
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120，优选80
‑
120
16.聚乳酸熔融加工时很容易遇水降解，竹纤维水分含量较高，约在10％左右，所以聚乳酸与竹纤维熔融混合之前需要对竹纤维进行双锥真空干燥。
17.可选的，干燥后竹纤维的水分含量为0
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3％，优选0
‑
0.5％，更优选0
‑
0.3％，
18.经过干燥后的竹纤维与聚乳酸通过搅拌机干混后进入螺杆挤出机进行熔融混合挤出造粒，由于竹纤维吸水能力较强，挤出过程中需要保持在线干燥，确保竹纤维水分含量不会回升，采用在线除湿干燥的方式对聚乳酸和竹纤维混合料干燥，除湿机露点温度可选
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70至
‑
25℃，优选
‑
70至
‑
40℃
19.可选的，所述螺杆挤出机为往复式单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和三螺杆挤出机，优选往复式单螺杆挤出机。
20.可选的，所述聚乳酸与竹纤维混合熔融时的温度为150℃～170℃。，优选150℃
‑
160℃
21.通常聚乳酸与滑石粉熔融需要加温至170℃～180℃，而采用竹纤维与聚乳酸混合熔融需要采取相对较低的加热温度，所得到的产品不易发黄(加热温度低，产品不易发黄)。
22.可选的，所述母粒直接熔融注塑成型。
23.可选的，所述母粒与聚乳酸混合再熔融注塑成型。
24.可选的，所述聚乳酸的质量份数为7份，所述木纤维的质量份数为3份。
25.可选的，所述聚乳酸的质量份数为8份，所述木纤维的质量份数为2份。
26.可选的，所述聚乳酸的质量份数为9份，所述木纤维的质量份数为1份。
27.可选的，所述聚乳酸的质量份数为6份，所述木纤维的质量份数为4份。
28.可选的，所述聚乳酸的质量份数为5份，所述木纤维的质量份数为5份。
29.本发明的有益效果是：在添加量相同的前提下，相对于采用滑石粉，采用竹纤维与聚乳酸熔融混合获得的复合材料，具有更轻的质量，更高的硬度与更强的耐温性，并且由于竹纤维也是植物来源，所以材料也是全生物基和全生物降解的。
具体实施方式：
30.下面结合各实施例，对本发明做详细描述。
31.实施例1
32.将木质素含量为0.4％，纤维平均直径为6μm，长径比为80比1的竹纤维经过双锥真空干燥5小时后获得水分含量为0.5％的干燥竹纤维。
33.以质量份数计，将8份聚乳酸与2份干燥后的竹纤维干混，混合后的物料进入往复式单螺杆挤出机进行熔融混合加工造粒，加工温度为160℃，制备成母粒，混合料在线除湿干燥的露点温度为
‑
55℃。
34.实施例2
35.将木质素含量为0.4％，纤维平均直径为6μm，长径比为120比1的竹纤维经过双锥真空干燥5小时后获得水分含量为0.5％的干燥竹纤维。
36.以质量份数计，将8份聚乳酸与2份干燥后的竹纤维干混，混合后的物料进入往复式单螺杆挤出机进行熔融混合加工造粒，加工温度为160℃，制备成母粒，混合料在线除湿干燥的露点温度为
‑
55℃。
37.实施例3
38.将木质素含量为0.3％，纤维平均直径为5μm，长径比为120比1的竹纤维经过双锥真空干燥5小时后获得水分含量为0.4％的干燥竹纤维。
39.以质量份数计，将7份聚乳酸与3份干燥后的竹纤维干混，混合后的物料进入往复式单螺杆挤出机进行熔融混合加工造粒，加工温度为155℃，制备成母粒，混合料在线除湿干燥的露点温度为
‑
50℃。
40.对比例
41.以质量份数计，将7份聚乳酸与3份滑石粉混合，混合后的物料进入往复式单螺杆挤出机进行熔融混合加工造粒，加工温度为175℃，制备成母粒，混合料在线除湿干燥的露点温度为
‑
55℃。
42.对上述实施例1、实施例2、实施例3以及对比例进行注塑打样检测，分别检测其热变形温度，缺口冲击强度进行测定，检测结果分别如表1所示。
43.表1
[0044] 热变形温度缺口冲击强度实施例190℃5.0kj/m2实施例294℃5.2kj/m2实施例398℃4.8kj/m2对比例80℃4.7kj/m2[0045]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书所作的等效变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。