一种废纸纤维/聚乳酸复合材料的制备方法与流程

1.本发明涉及废纸纸利用技术领域，具体说是涉及一种废纸纤维/ 聚乳酸复合材料的制备方法。


背景技术：

2.天然纤维是自然界最为丰富的天然高分子材料，以其良好的柔韧 性、环保性、低成本、可再生等优点成为复合材料的潜在替代品，是 一种理想的环保型绿色材料，含有天然纤维的高分子复合材料逐渐成 为生物质复合材料的重要研究方向。
3.目前，市面上的瓦楞纸箱在经过一次印刷、包装后成为废品，难 以二次使用，废瓦楞纸箱回收处理后主要用于制造纸浆、模塑和加工 新纸板，回收率较低，且被二次利用的价值不高。制作瓦楞纸箱的原 料来源于稻草、木材、秸秆、蔗渣等，通过打浆压制后模切成需要的 规格尺寸，原料来源广泛且可再生，是一种环境友好型植物纤维材料。
4.聚乳酸(pla)作为一种无毒、无刺激性、可降解、具有良好生 物相容性的合成高分子材料，被广泛应用于包装、医疗和纺织品等多 个领域，是具有良好发展前景的生物高分子材料，但其价格高昂，结 晶速度慢、脆性大等缺点也极大地限制了它的发展，在与其它聚合物 共混时界面相容性较差，需要通过共聚、共混、填充填料等改性方法 来改善自身性能，以扩大其应用范围。已有大量研究使用环保的天然 植物纤维作为聚乳酸的增强改性剂。因此，以废瓦楞纸箱为原料，经 打浆处理后制成的絮状废纸纤维可作为增强剂与聚乳酸共混，制备性 能优良的可降解复合材料。因此，以废瓦楞纸纤维为增强剂，制备聚 乳酸基复合材料具有广泛的应用前景。


技术实现要素：

5.(一)解决的技术问题
6.针对现有技术的不足，本发明提供了一种废纸纤维/聚乳酸复合 材料的制备方法。以废瓦楞纸为原料，改善了废瓦楞纸箱回收率低、 利用价值不高的问题，同时提高聚乳酸材料的拉伸和弯曲强度，由于 废纸来源广泛，价格低廉，可在一定程度上降低聚乳酸材料的使用成 本。
7.(二)技术方案
8.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种废纸 纤维/聚乳酸复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
9.步骤1，按质量百分比分别称取：废瓦楞纸箱10～30wt％、聚乳 酸粉末68.5～89.1wt％、kh
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550硅烷偶联剂0.9～1.5wt％，上述组分 质量百分比之和为100wt％；
10.步骤2，将废瓦楞纸箱经过剪切、清洗、浸泡后在打浆机中进行 打浆碎解，控干水分后，鼓风干燥得到废纸纤维团；
11.步骤3，将步骤2得到的废纸纤维团在多功能粉碎机中进行机械 磨粉，制成分散均匀的絮状废纸纤维；
12.步骤4，配置好水与乙醇质量比为1:19的溶液，加入硅烷偶联剂 kh
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550，搅拌均匀后，将步骤3所制备的絮状废纸纤维与配置好的 溶液混合均匀，密封静置24h，鼓风干燥后得到改性废纸纤维；
13.步骤5，将步骤3和4制备好的絮状废纸纤维分别与聚乳酸粉末 均匀共混，在机头为145℃下进行熔融共挤，剪切后得到3～5mm长 的废纸纤维/聚乳酸复合材料。
14.优选的，所述步骤2中剪切成2
×
2cm的纸块，浸泡时间24h， 加入2倍去离子水在打浆机中碎解60～80min，干燥温度为80℃。
15.优选的，所述步骤3中机械研磨时间为10～30min，转速为500 r/min。
16.优选的，所述步骤4中搅拌为磁力搅拌，时间为10～30min，干 燥温度为80℃。
17.优选的，所述步骤5中熔融共挤过程中双螺杆挤出机螺杆转速为 200r/min，双螺杆挤出机1～6区温度分别为130℃、140℃、160℃、 165℃、150℃、150℃。
18.(三)有益效果
19.本发明提供了一种废纸纤维/聚乳酸复合材料的制备方法。具备 以下有益效果：
20.以废瓦楞纸箱为植物纤维来源，经过打浆、干燥、疏解、研磨后 得到分散均匀的废纸纤维，并使用kh
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550硅烷偶联剂对废纸纤维进 行表面改性处理，用双螺杆挤出机共挤后得到废纸纤维/聚乳酸复合 材料，为废瓦楞纸箱的再利用提供了有效的途径，提高了废瓦楞纸的 使用价值，同时增强了聚乳酸的拉伸和弯曲强度，降低了聚乳酸的使 用成本。
附图说明
21.图1是本发明的实施例1机械研磨后制备的纸纤维扫描电镜 (sem)图；
22.图2是本发明的实施例2中制备的废纸纤维/聚乳酸复合材料断 裂面扫描电镜(sem)图；
23.图3是本发明的废纸纤维/聚乳酸复合材料颗粒经过模压成型后 的哑铃状试样；
24.图4是本发明的聚乳酸以及添加不同含量废纸纤维的废纸纤维/ 聚乳酸复合材料的拉伸强度和弯曲强度对比图。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图1
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4，对本发明实施例中的技 术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明 一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领 域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本发明保护的范围。
26.本发明提供了废纸纤维作为增强剂制备聚乳酸基复合材料的方 法，具体按照以下步骤实施：
27.步骤1，按质量百分比分别称取：废瓦楞纸箱10～30wt％、聚乳 酸粉末68.5～89.1wt％、kh
‑
550硅烷偶联剂0.9～1.5wt％，上述组分 质量百分比之和为100wt％；
28.步骤2，将废弃瓦楞纸箱剪切成2
×
2cm的纸块、清洗干净后加 水浸泡24h，加入2倍去离子水在打浆机中碎解60～80min，在80℃ 鼓风干燥后得到废纸纤维团；
29.步骤3，将步骤2得到的废纸纤维团在多功能粉碎机中进行机械 磨粉，研磨时间为10～30min，转速为500r/min，制成分散均匀的絮 状废纸纤维；
30.步骤4，配置好水与乙醇质量比为1:19的溶液，加入硅烷偶联剂kh
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550，使用磁力搅拌机搅拌均匀，将步骤3所制备的絮状废纸纤 维与配置好的溶液混合均匀，密封静置24h，在80℃鼓风干燥后得 到改性废纸纤维；
31.步骤5，将步骤3和4制备好的絮状废纸纤维分别与聚乳酸粉末 均匀共混，双螺杆挤出机的螺杆转速200r/min，1～6区温度分别为 130℃、140℃、160℃、165℃、150℃、150℃，在机头为145℃ 下进行熔融共挤，剪切后得到3～5mm长的废纸纤维/聚乳酸复合材 料颗粒。
32.本实验中选取的是普通b瓦楞纸箱，聚乳酸粉末、kh
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550硅烷 偶联剂质量均符合规定要求，用于制备纸纤维的去离子水和乙醇均为 分析纯，其质量应符合规定的技术要求。
33.各组分及处理方式作用：
34.瓦楞纸箱处理后得到废纸纤维作为增强剂，不同比例的废纸纤维 与聚乳酸熔融共混后制备复合材料。kh
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550硅烷偶联剂作为改性剂， 通过化学接枝方法将硅烷嫁接沉积在纸纤维表面，改善了纤维基质， 具有良好的附着力和稳定性，其一端的极性基团与纸纤维的羟基结 合，另一端的非极性官能团与聚乳酸相容，熔融共混后得到界面相容 性较好、性能更加优质的复合材料。
35.实施例1
36.将10wt％的废瓦楞纸箱剪切成2
×
2cm的纸块，清洗干净后加 水浸泡24h，加入2倍去离子水在打浆机中碎解60min，在80℃鼓 风干燥后得到废纸纤维团，废纸纤维团在多功能粉碎机中机械研磨 10min，转速为500r/min，制备分散均匀的絮状废纸纤维；配置好水 与乙醇质量比为1:19的溶液，加入0.9wt％的硅烷偶联剂kh
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550， 使用磁力搅拌机搅拌10min，将步骤3所制备的絮状废纸纤维与配置 好的溶液混合均匀，密封静置24h，在80℃鼓风干燥后得到改性废 纸纤维；加入89.1wt％聚乳酸粉末均匀共混，双螺杆挤出机的螺杆转 速200r/min，1～6区温度分别为130℃、140℃、160℃、165℃、 150℃、150℃，在机头为145℃下进行熔融共挤，剪切后得到3～5 mm长的废纸纤维/聚乳酸复合材料颗粒。
37.实施例2
38.将20wt％的废瓦楞纸箱剪切成2
×
2cm的纸块，清洗干净后加 水浸泡24h，加入2倍去离子水在打浆机中碎解70min，在80℃鼓 风干燥后得到废纸纤维团，废纸纤维团在多功能粉碎机中机械研磨 20min，转速为500r/min，制备分散均匀的絮状废纸纤维；配置好水 与乙醇质量比为1:19的溶液，加入1.2wt％的硅烷偶联剂kh
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550， 使用磁力搅拌机搅拌20min，将步骤3所制备的絮状废纸纤维与配置 好的溶液混合均匀，密封静置24h，在80℃鼓风干燥后得到改性废 纸纤维；加入83.8wt％聚乳酸粉末均匀共混，双螺杆挤出机的螺杆转 速200r/min，1～6区温度分别为130℃、140℃、160℃、165℃、 150℃、150℃，在机头为145℃下进行熔融共挤，剪切后得到3～5 mm长的废纸纤维/聚乳酸复合材料颗粒。
39.实施例3
40.将30wt％的废瓦楞纸箱剪切成2
×
2cm的纸块，清洗干净后加 水浸泡24h，加入2倍去离子水在打浆机中碎解80min，在80℃鼓 风干燥后得到废纸纤维团，废纸纤维团在多功能粉碎机中机械研磨 30min，转速为500r/min，制备分散均匀的絮状废纸纤维；配置好水 与乙醇质量比为1:19的溶液，加入1.5wt％的硅烷偶联剂kh
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550， 使用磁力搅拌机搅拌
30min，将步骤3所制备的絮状废纸纤维与配置 好的溶液混合均匀，密封静置24h，在80℃鼓风干燥后得到改性废 纸纤维；加入68.5wt％聚乳酸粉末均匀共混，双螺杆挤出机的螺杆转 速200r/min，1～6区温度分别为130℃、140℃、160℃、165℃、 150℃、150℃，在机头为145℃下进行熔融共挤，剪切后得到3～5 mm长的废纸纤维/聚乳酸复合材料颗粒。
41.图1是实施例1机械研磨后制备的纸纤维sem图，可以看出， 纸纤维内部呈现粗条状结构，分散均匀，表面平整无多余毛刺，纤维 相互交织缠绕在一起，且纤维直径较大，孔隙疏松。图2是实施例2 制备的废纸纤维/聚乳酸复合材料断裂面sem图，可以看出，断裂面 处复合材料断面结构致密，纸纤维均匀分散在聚乳酸基体中，没有出 现团聚，通过kh
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550改性复合材料界面相容性较好。图3是废纸纤 维/聚乳酸复合材料颗粒经过模压成型后的哑铃状试样，可以看出， 试样表面平整光滑且紧密分布。图4是聚乳酸以及添加不同含量废纸 纤维的废纸纤维/聚乳酸复合材料的拉伸强度和弯曲强度对比图，可 以看出，加入10wt％和20wt％改性废纸纤维制成的复合材料的拉伸 强度和弯曲强度有明显提高，添加量达到30wt％时拉伸强度增幅减 小，弯曲强度有所下降。
42.总结为：利用本发明技术制备聚乳酸基复合材料，以废瓦楞纸提 取的纸纤维作为增强剂，硅烷偶联剂kh
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550为改性剂，采用熔融共 挤的方法，在纸纤维和偶联剂kh
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550的不同含量下、控制机械研磨 和磁力搅拌时间，制备出了分散均匀、具有良好性能的聚乳酸基复合 材料。
43.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅 仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定 要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺 序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非 排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设 备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是 还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多 限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包 括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
44.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术 人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这 些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权 利要求及其等同物限定。