一种聚乳酸与植物复合材料的制备方法
【专利说明】一种聚乳酸与植物复合材料的制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种复合材料的制备方法，属于环境友好材料及植物复合材料领域，特别涉及一种聚乳酸与植物复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0003]植物资源种类繁多，产量巨大，具有可再生性，充分利用植物资源是实现人类社会可持续发展的重要途径。制造环境相容性复合材料是利用植物资源的重要途径。在古代，用植物资源制造的复合材料满足了人们衣食住行等多方面的需要。现代科学技术的发展为制造植物复合材料提供了新的机遇。以植物为原料制造复合材料在文献中已有一些报道，但在复合材料制造时往往使用不可降解高分子材料，例如使用聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯，这些材料来源于石油等不可再生资源，一方面不利于解决资源及能源短缺问题，另外废弃后丢在环境中加剧了白色污染。在植物复合材料制造时还往往使用脲醛树脂等热固性高分子材料，这类高分子材料在加工过程中为热塑性树脂原料或其溶液，加工过程中释放有毒有害物质，而且在加工成产品后会缓慢释放有毒有害物质，不利于使用者的身体健康。聚乳酸与植物制成的复合材料克服了上述复合材料的缺点。
[0004]聚乳酸是一种可降解高分子材料，在环境及人体中可降解为乳酸，乳酸可以进一步降解为二氧化碳和水，对环境及人体无毒。聚乳酸降解的产物乳酸同时是合成聚乳酸的原料，乳酸又可以通过淀粉发酵制备，因此聚乳酸是一种来源于可再生资源的高分子材料。聚乳酸与植物构成的复合材料具有完全的环境相容性，不依赖于不可再生资源，安全性高。当前制造聚乳酸与植物复合材料的方法一般是使用现成的聚乳酸，所使用的聚乳酸一般通过开环聚合制备，工艺步骤多，生产效率低，成本高，乳酸到聚乳酸产品的产率低，限制了聚乳酸与植物复合材料的应用。开发制备聚乳酸与植物复合材料的新工艺，开发改性聚乳酸与植物复合材料是促进这类复合材料应用拓宽的必要途径。
【发明内容】
[0005]植物复合材料具有资源节约、绿色环保的特点，有利于实现人类社会可持续发展，因而具有广阔的发展空间。聚乳酸是一种环境相容性高分子，十分适合制造具有完全环境相容的植物复合材料。本发明的目的在于提供一种制备聚乳酸与植物复合材料的新方法，简化制造工艺，将聚乳酸的合成与复合材料的制备融为一体，提高生产效率，并改进聚乳酸的结构及复合材料的组成，优化复合材料的性能，增加植物复合材料的类型，拓宽植物复合材料的应用领域，增强植物复合材料的综合竞争优势。
[0006]本发明通过以下技术方案实现:
一种聚乳酸与植物复合材料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤:
S1、称量乳酸、己二醇、催化剂I加入到反应器中，搅匀，然后用高纯氮气或高纯氩气置换反应器中的空气；
52、反应体系减压至2000Pa，然后保持反应体系压强并升温至110°C反应3h;
53、反应体系减压至500Pa，然后保持反应体系压强并升温至140°C反应3h;
54、用高纯氮气或高纯氩气使反应体系恢复至常压，搅拌条件下加入催化剂2;
55、反应体系减压至10Pa -lOOPa，然后保持反应体系压强并升温至180°C反应lh_5h ；
56、用高纯氮气或高纯氩气使反应体系恢复至常压，将体系温度降为100°C_140°C，搅拌条件下加入癸二酰氯，搅匀后加入预处理后的植物原料，继续搅拌均匀，在120°C -140°C反应 5 h -1Oh ；
57、冷却至室温，进行撕裂处理，使S6的产物变为松散物料，然后装入模具；
58、在130°C -170°C、100MPa-500MPar 的条件下热压 10s_5min ；
59、冷却脱模，将产品表面清理干净后喷涂聚氨酯，然后在50°C-90°C干燥至恒重。
[0007]进一步的，在步骤SI中，所述的乳酸是纯乳酸，或是乳酸质量含量在80%以上的乳酸水溶液，己二醇的质量与乳酸的质量之比为0.0026:1-0.013:1，所述的催化剂I为氯化锌、氯化亚锡中的1-2种，催化剂I的质量与乳酸的质量之比为0.001:1-0.01:1，在步骤S4中，所述的催化剂2为软脂酸锌、软脂酸亚锡中的1-2种，催化剂2的质量与步骤SI中的乳酸的质量之比为0.01:1-0.02:1ο
[0008]进一步的，在步骤S6中，所述植物原料为小麦壳、大米壳、瓜子壳、锯末、刨花、树枝、马唐、狗尾草、稻草、麦秸中的1-10种，所述树技直径不超过3cm。
[0009]进一步的，还包括植物原料的预处理过程，所述植物原料预处理指将植物原料剪切为不超过1cm的段，当植物原料本身不超过1cm则不需要剪切，然后在40°C _70°C干燥至恒重，接着进行搅拌剪切，时间为2min-30min，步骤SI中乳酸的质量与步骤S6中植物原料的质量之比为0.2:1-1.3:1。
[0010]进一步的，在步骤S6中，所述癸二酰氯的质量与步骤SI中乳酸的质量比为0.004:1-0.04:1。
[0011]采用本发明方法制备的一种聚乳酸与植物复合材料在家具、办公用品、广告及宣传用品、玩具、装饰材料、包装材料、鞋底等生活用品的制造方面的具有广泛的应用。
[0012]本发明的一种聚乳酸与植物复合材料的制备方法，将聚乳酸的合成、聚乳酸与植物原料的混合及热压融合成了一个整体，具有较高的生产效率，减少了过程分立时物料转移、运输、储存而消耗的额外时间及费用。在聚乳酸的合成阶段，采用了直接缩聚法，无需先合成中间体，简化了生产工艺，提高了生产效率。在直接缩聚过程中采用了分步减压策略，节省了能量，保证了反应过程的平稳，提高了产率，结合合适的气氛控制及催化剂策略，保证了产物具有纯净的颜色，防止了氧化等副反应的发生。采用了新型催化剂，实施了催化剂的复合使用及分阶段添加不同催化剂的策略，既保证了催化效率，又防止了副反应，提高了聚合效率和产物收率。聚合过程中采用了特殊的分子量控制策略，既保证了直接缩聚聚乳酸与植物的均匀混合，又使得复合材料具有良好的机械性能。
[0013]本发明的聚乳酸的合成、聚乳酸与植物原料的混合及热压过程无需使用有机溶剂，减轻了生产过程中的污染，有利于保护现场操作工人的身体健康，植物原料在特定阶段加入，既保证了聚乳酸与植物原料的均匀混合，又节省了反应器空间，同时保证了聚合过程正常进行；植物原料进行了特殊的预处理，消除了植物内部的固有力学缺陷，增加了植物与聚乳酸的易混性，防止了植物原料对聚合过程的破坏。
[0014]资源短缺和环境污染是当前经济社会发展过程中的两大姅脚石。资源短缺提高了发展的成本，环境污染损害了空气资源、水资源、土壤资源，并进而损害了人们的健康，损害了发展的成果。开发植物资源利用的新途径，使植物资源得到充分高效利用是解决资源短缺和环境污染的一种重要途径。本发明在制备聚乳酸与植物复合材料时使用了具有广泛来源的植物原料:小麦壳、大米壳、瓜子壳、锯末、刨花、树枝、马唐、狗尾草、稻草、麦稻，这些植物原料或是我国种植规模最大的农作物的副产物，或是分布广泛的草类，或是林业及木材加工行业的副产物，原料来源充分，既有利于解决农业生产主要的资源浪费问题，同时又有利于解决植物复合材料生产过程中的原料供应问题。
[0015]本发明所述的复合材料的制备过程中采用了热压法，与挤出法相比，生产效率更高，操作更简便。本发明所述的复合材料可代替部分塑料使用，减轻白色污染，减轻石油资源的消耗；可以代替部分木材使用，减轻滥砍滥伐造成的水土流失。所制备的复合材料可以是板材，用于家具、容器、内包装箱、复合式食品包装盒的支撑部分、室内装修及装饰材料、建筑物内广告材料等