本发明属于聚乳酸复合材料及其制备领域，涉及一种环保的可用于餐具的耐热级聚乳酸复合材料及其制备方法。
背景技术
随着全球经济快速发展，塑料已成为各个领域不可或缺的材料。但是，现有的绝大部分塑料均来源于石油，并且不可降解，从而造成白色污染。另外，石油基塑料的处理手段主要为焚烧，这会大大加剧温室效应及雾霾天气。随着石油资源短缺、白色污染、温室效应和雾霾天气逐渐严峻，生物基可降解材料逐步受到人们的关注。今年以来，中国、欧盟和美国均已颁布了限制使用一次性不可降解塑料制产品措施。因此，符合绿色低碳经济发展需求的环境友好生物基材料在一次性餐具和包装领域具有广阔的发展空间，势必将逐步替代不可降解石油基材料。
聚乳酸来源于可再生资源，作为新型的线性脂肪族聚酯，其具有良好的降解性、热塑加工性能和良好的生物相容性。但其为质硬导致其力学性能而韧性较差，缺乏弹性和柔性，热变形温度低，非常容易完全变形。另外生产成本也比传统塑料高，降解速度不宜控制，这也限制了它在一次性餐具和包装材料领域的应用。
天然植物纤维如甘蔗纤维和竹纤维均具有来源广泛、可再生性、可生物降解和价格低廉的优势。利用甘蔗纤维和竹纤维比强度高、质轻价廉、可再生、环境友好的优点增强聚乳酸的复合材料，不但可以改善聚乳酸的缺点，还可以降低聚乳酸复合材料的价格。但是由于植物纤维与聚合物基体化学异质，使得复合材料的界面性能较差，所得复合材料性能也较差，以至于植物纤维应有的增强效果得不到充分发挥。
技术实现要素：
为克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种耐热级聚乳酸可降解环保餐具复合材料，以期满足对耐热性有较高要求的一次性餐具的需求，同时该材料具有优异的生物降解性，属于环境友好材料，提供的制备方法具有工艺简单，成本低廉，适用于工业化生产的特点。
具体说来，发明人提供如下的技术方案：
一种用于餐具的耐热级聚乳酸复合材料，由以下重量百分比的原料制成：聚乳酸50~60%，植物纤维30~40%，海草10~30%。
作为优选方案，本发明中所用的聚乳酸为透明挤出级或注塑级，熔点为145℃-170℃，熔融指数为2-30g/10min，如浙江海正生物的revode210等。
作为优选方案，本发明中采用的植物纤维为甘蔗纤维和竹纤维处理后的纤维纸浆，其中纤维素含量>99%，木质素及其他含量<1%。其中甘蔗纤维和竹纤维来源广泛，且价格相对低廉。
作为更优选方案，本发明所述的甘蔗纤维和竹纤维处理后使用，按如下操作：
将植物纤维加入乙酸酐溶液中其中乙酸酐相对植物纤维的用量计为60~280%，用磁力搅拌器搅拌，沉淀后过滤，得到的植物纤维用蒸馏水反复洗涤至中性，烘干至恒重，备用。
作为优选方案，本发明中所述的海草在本发明中作为耐热助剂使用，海草含有藻胶酸、多糖、碘等化学成分，另外海草中含有的微量氯化钠和碘元素。把海草混入到复合材料中，可显著提高复合材料的耐热性能，海草来源广泛，价格低廉，如实施例采用的大叶藻或虾形藻。把新鲜的海草拿生理盐水洗净，用匀浆机制备成匀浆，沉淀过滤除去滤渣，使匀浆中无肉眼可见杂质，备用，然后加入到纤维复合材料中，可降低塑化温度，提高制品尺寸稳定，拉断伸长率下降率小，这说明海草可以提高复合材料的耐热性能。海草中少量的藻胶酸和多糖物质可以加强纤维复合物的稳定性。
本发明还提供了上述的一种用于餐具的耐热级聚乳酸复合材料的制备方法，包括：
（1）植物纤维预处理
将植物纤维加入乙酸酐溶液中，乙酸酐相对植物纤维质量计为60~280%，用磁力搅拌器搅拌，沉淀后过滤，得到的植物纤维用蒸馏水反复洗涤至中性，烘干至恒重，备用。
（2）海草预处理
将新鲜海草拿生理盐水洗净，用匀浆机制备成匀浆，沉淀过滤除去滤渣，使匀浆中无肉眼可见杂质，备用。
（3）制备耐热级可降解聚乳酸复合材料
将聚乳酸50~60%、预处理后的植物纤维30~40%、预处理后的耐热助剂海草10~30%按比例混合均匀，再将混合后的物料进行熔融共混，用注塑成型机将已塑化好的熔融状态的聚乳酸注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得耐热级可降解聚乳酸复合材料。
作为优选方案，本发明中所用的聚乳酸为透明挤出级或注塑级，熔点为145℃-170℃，熔融指数为2-30g/10min。
作为优选方案，本发明中所述的植物纤维包括竹纤维和甘蔗纤维。
经检测，本发明所得的用于餐具的耐热级聚乳酸复合材料其性能满足如下标准：
断裂伸长率（%）≥3.41，
拉升模量（mpa）≤2613.43，
拉伸强度（mpa）≤65.27，
缺口冲击强度（kj/m2）≥3.85，
土埋法90d质量损失率（%）≥8.52。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明选用环境友好的植物纤维和聚乳酸等生物材料，制备的材料可降解，在使用后可被土壤中的微生物完全分解快速吸收，材料中的海草无毒无味，在自然界中大量存在，且海藻可被快速降解，对环境无污染，且海草十分低廉，具有很好的环境效益和广阔的应用前景。
（2）本发明的材料来源方便，临近海域可大量获得海草。
（3）本发明的制备方法成型工艺简单，易于控制，可操作性强，成本低廉，生产效率高，适用于工业化生产。
（4）海草中含有的碘元素和氯化钠，可以显著提高复合材料的耐热性能。
具体实施方式
下面结合实施例，更具体地说明本发明的内容。
在本发明中，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
主要原料说明：
聚乳酸为透明挤出级或注塑级，熔点为145℃-170℃，熔融指数为2-30g/10min。如浙江海正生物的revode210。
植物纤维为甘蔗纤维和竹纤维处理后的纤维纸浆，其中纤维素含量>99%，木质素及其他含量<1%。植物纤维预先洗净，烘干至恒重，进行粉碎成颗粒状。
海草为大叶藻或虾形藻，将新鲜海草拿生理盐水洗净，用匀浆机制备成匀浆，沉淀过滤除去滤渣，使匀浆中无肉眼可见杂质，备用。
实施例1
一种用于餐具的耐热级聚乳酸复合材料的制备方法，按下述步骤操作：
（1）植物纤维预处理
将植物纤维加入乙酸酐溶液中，酸酐相对植物纤维质量计为100%，用磁力搅拌器在200℃下搅拌2h，沉淀后过滤，得到的植物纤维用蒸馏水反复洗涤至中性，在恒温干燥箱中60℃烘干，称重至两次质量差小于0.2mg，密封储存备用，
（2）海草预处理
将新鲜海草拿生理盐水洗净，用匀浆机制备成匀浆，沉淀过滤除去滤渣，使匀浆中无肉眼可见杂质，备用。
（3）制备耐热级可降解聚乳酸复合材料
将聚乳酸50%、植物纤维40%、耐热助剂海草10%，在180℃按质量比例混合均匀，得到混合后的物料；再将混合后的物料进行熔融共混，用注塑成型机将已塑化好的熔融状态的聚乳酸注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得用于餐具的耐热级可降解聚乳酸复合材料。
耐热级可降解聚乳酸复合材料的性能检测结果见表1。
实施例2
一种用于餐具的耐热级聚乳酸复合材料的制备方法，按如下操作：
（1）植物纤维预处理
将植物纤维加入乙酸酐溶液中，酸酐相对植物纤维质量计为150%，用磁力搅拌器在200℃下搅拌2h，沉淀后过滤，得到的植物纤维用蒸馏水反复洗涤至中性，在恒温干燥箱中60℃烘干，称重至两次质量差小于0.2mg，密封储存备用，
（3）海草预处理
将新鲜海草拿生理盐水洗净，用匀浆机制备成匀浆，沉淀过滤除去滤渣，使匀浆中无肉眼可见杂质，备用。
（3）制备耐热级可降解聚乳酸复合材料
将聚乳酸55%、植物纤维30%、耐热助剂海草15%，在180℃按质量比例混合均匀，得到混合后的物料；再将混合后的物料进行熔融共混，用注塑成型机将已塑化好的熔融状态的聚乳酸注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得用于餐具的耐热级可降解聚乳酸复合材料。
耐热级可降解聚乳酸复合材料的性能检测结果见表1。
实施例3
一种用于餐具的耐热级聚乳酸复合材料的制备方法，按如下操作：
（1）植物纤维预处理
将植物纤维加入乙酸酐溶液中，酸酐相对植物纤维质量计为200%，用磁力搅拌器在200℃下搅拌2h，沉淀后过滤，得到的植物纤维用蒸馏水反复洗涤至中性，在恒温干燥箱中60℃烘干，称重至两次质量差小于0.2mg，密封储存备用，
（4）海草预处理
将新鲜海草拿生理盐水洗净，用匀浆机制备成匀浆，沉淀过滤除去滤渣，使匀浆中无肉眼可见杂质，备用。
（3）制备耐热级可降解聚乳酸复合材料
将聚乳酸50%、植物纤维30%、耐热助剂海草20%，在180℃按质量比例混合均匀，得到混合后的物料；再将混合后的物料进行熔融共混，用注塑成型机将已塑化好的熔融状态的聚乳酸注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得用于餐具的耐热级可降解聚乳酸复合材料。
耐热级可降解聚乳酸复合材料的性能检测结果见表1。
本发明所得的耐热级可降解聚乳酸复合材料的性能检测结果见如下表1。
表1
由表1可以看出，本发明的聚乳酸复合材料，与耐热级不可降解材料相比，热变形温度低，但是降解速度要优于耐热级不可降解材料，其余方面性能均略低；与不添加海草的聚乳酸复合材料相比，热变形温度明显提高，其余性能不相上下。