一种纳米纤维素增强可降解PBAT发泡材料及制备方法与流程

本发明涉及材料科学，具体为一种纳米纤维素增强可降解pbat发泡材料及制备方法。

背景技术：

1、pbat作为一种生物降解材料，具有优良的力学性能和加工性能，纳米纤维素作为一种新型的增强材料，具有高强度、高模量、低密度、易分散等优点，纳米纤维素具有较高的比表面积和活性，可以显著提高材料的力学性能和降解性能，将纳米纤维素引入到pbat发泡材料中，有望提高其力学性能和降解性能。

2、现有技术的缺陷是：

3、1、专利文件：us10730845b2，公开了一种耐热聚乳酸连续挤出发泡材料及其制备方法，上述公开文献主要考虑如何实现pp、ps等石油基塑料一次性发泡制品的大规模替代的问题，没有考虑到如何提高材料的力学性能和降解性能的问题。

4、2、专利文件：cn116836526a，公开了一种可降解高性能防滑pbat发泡材料及其制备方法，上述公开文献主要考虑如何改善基体的相容性，增强产品的力学性能，没有考虑到如何防止材料的不均匀收缩或变形的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种纳米纤维素增强可降解pbat发泡材料的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种纳米纤维素增强可降解pbat发泡材料，包括pbat和纳米纤维素，pbat作为发泡材料的主要成分，而纳米纤维素作为增强剂；

3、纳米纤维素需要进行分散处理、杂质去除和表面改性，再将纳米纤维素处理后与pbat混合制备，并在混合制备后注射成型，最后进行发泡处理并冷却成型为pbat发泡材料。

4、优选的，所述pbat发泡材料的制备方法的步骤如下：

5、步骤s1、材料准备：一、纳米纤维素；

6、二、发泡剂；

7、三、pbat；

8、四、稳定剂；

9、五、抗氧化剂；

10、六、h2o。

11、优选的，所述pbat发泡材料的制备方法的步骤还包括：

12、步骤s2、处理：对纳米纤维素进行预处理，预处理时需要先将纳米纤维素进行分散处理，再将分散处理后的纳米纤维放入离心分离机中去除杂质，最后利用二甲基甲酰胺溶剂、聚合物溶液和真空烘箱对纳米纤维素进行表面改性。

13、优选的，所述pbat发泡材料的制备方法的步骤还包括：

14、步骤s3、混合制备：将准备的纳米纤维素、发泡剂、pbat、稳定剂、抗氧化剂和h2o加入混合容器中加热并搅拌形成混合物；

15、步骤s4、将混合制备好的混合物加入注射成型机中成型为片材并取出；

16、步骤s5、将取出的片材进行发泡处理，再将发泡后的片材和定型模具放置到烘箱中固化成型为pbat发泡材料；

17、s6、最后对成型的pbat发泡材料进行密度、弯曲和压缩性能测试。

18、优选的，在步骤s1中，还包括如下步骤：

19、步骤s11、准备占材料总比70％的pbat、4％的发泡剂、3％的稳定剂、2％的抗氧化剂、5％的纳米纤维素和16％的水。

20、优选的，在步骤s2中，还包括如下步骤：

21、步骤s21、分散处理：向纳米纤维素中加入1.5％的分散剂，并搅拌6.5h；

22、去除杂质：将分散处理后的纳米纤维素放入离心分离机中，并设置离心分离机的分离时间为10min，同时设定离心分离机的转速为1500rpm，随后将离心分离机的加热温度设置到75℃；

23、表面改性：取出去除杂质后的纳米纤维素，并将纳米纤维素悬浮在二甲基甲酰胺溶剂中，然后将8％浓度的聚合物溶液均匀浇铸到纳米纤维素的表面，再将含有浇铸的纳米纤维素放入真空烘箱中干燥8h。

24、优选的，在步骤s3中，还包括如下步骤：

25、步骤s31、首先将预先处理好的5％占比的纳米纤维素和16％占比的水加入混合容器中，并设定混合容器的加热温度到165℃，并搅拌45min，接着加入70％占比的pbat，并搅拌60min，然后，添加4％占比的发泡剂继续搅拌25min，加入3％稳定剂搅拌40min，最后加入抗氧化剂搅拌25min，形成混合物。

26、优选的，在步骤s4中，还包括如下步骤：

27、步骤s41、将混合物加入注射成型机的料斗中，启动注射成型机，并设定温度到200℃加热混合物，设定注射压力在1000psi，并将加热后的混合物注射到模具中，随后冷却1h使混合物在模具中成型，再打开模具取出成型的片材。

28、优选的，在步骤s5和s6中，还包括如下步骤：

29、步骤s51、将成型的片材施压0.5mpa的压力，并加热到160℃进行发泡，在发泡过程中以0.1mpa/min的速度逐渐降低压力，再将模具放置到烘箱中，再将发泡后的片材放入模具中，以125℃的温度进行固化90min，最后打开烘箱箱门将玻璃纤维包裹在片材的外侧，并以每10min3℃的速度逐步降低温度，直到达到室温；

30、步骤s61、密度性能测试：将一个封闭的容器充满空气，将pbat发泡材料完全浸入容器中，使气体被排除，记录气体的体积变化，量取气体的体积变化，根据气体的体积变化计算出样品的体积，理想气体定律表述为：

31、pv＝nrt；

32、pbat发泡材料浸入容器后，容器中的气体被排除，导致压力和体积的变化，这个变化可以表示为：

33、p1v1＝p2v2；

34、由于气体的摩尔数和气体常数在实验中保持不变，可以将理想气体定律与体积变化的关系结合起来：

35、通过测量p1和p2的值，计算出体积的变化，从而得到样品的体积；

36、步骤s62、将样品放在弯曲试验机的支点上，调整试验机的加载速率在0.5mm/s，并设置试验温度设置到25℃，

37、启动弯曲试验机，施加弯曲负载到样品上，负载逐渐增加，记录弯曲过程中的负载和变形，计算弯曲强度、弹性模量和变形；

38、步骤s63、将样品放在压缩试验机的测试平台上，调整压缩试验机的加载速率在1mm/s，启动压缩试验机，施加垂直压力到样品上，压力逐渐增加，记录压缩过程中的负载和变形数据，根据记录的数据计算压缩强度和压缩模量。

39、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

40、1、本发明通过准备占材料总比例70％的pbat、4％的发泡剂、3％的稳定剂、2％的抗氧化剂以及经过处理的5％的纳米纤维素和16％的水，使用1.5％的分散剂加入纳米纤维素中搅拌6h30min，以防止纳米纤维素聚集，将纳米纤维素放置到离心分离机中，并设置离心分离时间为10分钟，并设定转速为1500rpm，随后将离心分离后的纳米纤维素加热到75℃促使杂质挥发或分解，再将纳米纤维素悬浮在二甲基甲酰胺溶剂中，以促使聚合物更好地与纳米纤维素相互作用，然后将8％浓度的聚合物溶液均匀浇铸到纳米纤维素的表面，将含有浇铸的纳米纤维素样品置于真空烘箱中干燥8h，使得聚合物形成覆盖在纳米纤维素表面的薄层，随后将70％的pbat、4％的发泡剂、3％的稳定剂、2％的抗氧化剂以及经过处理的5％的纳米纤维素和16％的水进行混合制备、成型和发泡处理，从而提高制成的pbat发泡材料的力学性能和降解性能。

41、2、本发明通过将预先处理好的纳米纤维素和水加入混合容器中，并设定混合容器的加热温度到165℃，并搅拌45min，接着，加入pbat作为主要基础聚合物，并搅拌60min，然后，添加发泡剂继续搅拌25min，确保发泡剂均匀分布，加入稳定剂搅拌40min，以提高材料的热稳定性，再加入抗氧化剂搅拌25min形成混合物，将混合物通过注射成型设备形成片材并发泡处理，将模具放置到烘箱中，再将发泡后的片材放入模具中，以125℃的温度进行固化90min，使其保持与模具相同的形状，确保在固化过程中进行适当的支撑或定位，最后打开烘箱箱门将玻璃纤维包裹在片材的外侧，维持较稳定的温度环境，避免过快的温度下降，并逐步降低温度，每隔10min降低3℃，直到达到室温，延长整个冷却过程的持续时间，使温度变化更加缓慢让片材逐渐冷却到室温，确保其保持稳定的形状和结构，防止材料的不均匀收缩或变形。