本發(fā)明涉及環(huán)保材料領域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法。
背景技術：
：目前，隨著石油資源的日趨緊張，以及環(huán)境污染越來越嚴重，可降解非石油基高分子材料越來越受到人們的關注，使得人們的研究從面臨枯竭的石化資源不斷向可再生生物質(zhì)資源轉化，尤其是可降解的可再生生物質(zhì)資源。淀粉是多糖類化合物，在微生物作用下最終分解為無毒的二氧化碳和水，是目前應用廣泛的可生物降解的天然高分子原料，其來源廣泛，且價格低廉，但因分子鏈上含有大量羥基，容易在分子鏈和分子間形成氫鍵，成型困難，且發(fā)泡材料容易變脆，回彈性、防腐抗菌性較差，耐水性也差，一遇水或長期在潮濕的空氣中，容易吸收水分，使其穩(wěn)定性降低。聚乳酸材料是目前應用最為廣泛的可降解材料之一，其具有很好的透明度、機械性能和生物相容性，高強度、熱塑性、疏水性、成型加工容易、可完全降解，降解產(chǎn)物對人體無毒無害，屬于可再生資源。但聚乳酸價格昂貴、高脆性、低韌性、耐熱性較差的缺陷影響了其在更多領域的應用。劍麻纖維較長，色澤光白，質(zhì)地堅韌，強力高、耐磨、耐腐蝕、耐低溫，吸濕放濕快，在水濕條件下，纖維強力更高，伸長率低，經(jīng)海水等浸泡不易腐蝕，價格低廉，適合用作纖維樹脂基復合材料的增強材料，但由于其吸水性大，與樹脂基體的界面粘結不理想，導致復合材料的力學性能不高，從而限制了劍麻纖維/樹脂基復合材料的應用。聚乙烯醇是唯一可被細菌作為碳源和能源利用的乙烯基聚合物，在細菌和酶的作用下，46天可降解75％，屬于一種生物可降解高分子材料，其價格低廉，具有獨特的強力粘接性、皮膜柔韌性、平滑性、耐油性、耐溶劑性、保護膠體性、氣體阻絕性、耐磨性。但聚乙烯醇是親水性的，耐水性很差，制作成薄膜后，容易發(fā)生粘連，且因其有吸水溶脹作用，使得產(chǎn)品的尺寸不穩(wěn)定。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法，以得到防水、高強度、成型加工容易、耐磨、耐腐蝕、相容性好，且成本低的復合材料。為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法，包括以下步驟：步驟一、將劍麻原麻粉碎成短纖維后，將短纖維浸泡在質(zhì)量分數(shù)為0.3～1％的纖維素保護劑水溶液中30～50min后，過濾，得到濾液一和濾渣一；步驟二、將濾渣一在-17～-16℃下冷凍1～2h，再在室溫中融化，重復冷凍和融化3～5次后，置于濾液一中，調(diào)節(jié)濾液一的ph值為3～5，溫度為45～50℃后，再加入0.8～1.2g/l的果膠酶，浸泡1～2h后，降至室溫，之后加入質(zhì)量為濾液一質(zhì)量1～2％的氧化劑、0.5～1％的表面活性劑、0.15～0.2％的催化劑和0.5～1％的螯合劑，并調(diào)節(jié)濾液一的ph值為3～13，在溫度為25～90℃下保溫1～2h后，進行離心分離，得到固體物質(zhì)和液體物質(zhì)；步驟三、將固體物質(zhì)放入水或水溶性有機溶劑中浸泡30～50min后，過濾，重復浸泡和過濾2～3次后，烘干，得到劍麻纖維素；步驟四、將60～70重量份的淀粉和30～32重量份的增塑劑(塑化劑)混合后，在混煉機內(nèi)于80～90℃下共混40～50min后，在90～100℃下干燥3～4h，再研磨成粉末，得到熱塑性改性淀粉粉末；步驟五、將60～70重量份的改性淀粉粉末、20～30重量份的劍麻纖維素、30～40重量份的聚乳酸、20～30重量份的聚乙烯醇、10～20重量份的甘油、3～5重量份的防水劑、0.5～1.5重量份的相容劑和1～2重量份的紫外線吸收劑混合后，送入密煉機中，在溫度為110～120℃下，共混1～1.5h，再模壓成型或擠出成型。優(yōu)選的是，所述的高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法中，所述纖維素保護劑水溶液中纖維素保護劑的質(zhì)量分數(shù)為0.8％。優(yōu)選的是，所述的高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法中，所述水溶性有機溶劑為乙醇或丙酮。優(yōu)選的是，所述的高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法中，所述氧化劑為氯酸鈉、亞氯酸鈉、高碘酸鈉、高碘酸鉀和過碳酸鈉中的任何一種或幾種。優(yōu)選的是，所述的高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法中，所述纖維素保護劑為氫氧化鎂、聚乙烯醇、檸檬酸鈉和苯甲酸鈉中的任何一種或幾種。優(yōu)選的是，所述的高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法中，所述表面活性劑為蔗糖酯、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉和十二烷基硫酸鈉中的任何一種或幾種。優(yōu)選的是，所述的高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法中，所述增塑劑為水和/或乙醇。優(yōu)選的是，所述的高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法中，所述防水劑為木材防水劑。優(yōu)選的是，所述的高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法中，所述步驟五中，將65重量份的改性淀粉粉末、25重量份的劍麻纖維素、35重量份的聚乳酸、25重量份的聚乙烯醇、15重量份的甘油、4份的防水劑、1重量份的相容劑和2重量份的紫外線吸收劑混合后，送入密煉機中，在溫度為120℃下，共混1.5h，再模壓成型或擠出成型。本發(fā)明至少包括以下有益效果：本發(fā)明先將短纖維浸泡在纖維素保護劑水溶液中，對纖維素進行保護，并使部分纖維素保護劑殘留在濾渣一中，使得纖維素保護劑在冷凍時繼續(xù)對纖維素進行保護，通過多次冷凍和室溫下融化，能破壞劍麻的細胞壁，由于冷凍，一方面能使細胞膜的疏水鍵結構破裂，從而增加細胞的親水性能，另一方面胞內(nèi)水結晶，形成冰晶粒，引起細胞膨脹，甚至破裂。細胞壁被撐開，纖維素、半纖維素和果膠間的結合強度降低，易于分離，之后再將濾渣一置于濾液一中，在纖維素保護劑的保護下加入果膠酶，其能酶解果膠，使細胞壁受到破壞，再加入氧化劑進行脫膠，能脫除大部分膠質(zhì)，得到純度較高的纖維素。本發(fā)明以改性淀粉粉末、劍麻纖維、聚乙烯醇和聚乳酸為原料，使得制備的復合材料易于降解，且綜合利用了劍麻纖維的耐磨、耐腐蝕性，改性淀粉的低成本，聚乳酸的高強度、疏水性，聚乙烯醇的高粘接性、柔韌性，在共混時加入了防水劑，其能使復合材料具有更強的防水性能，防止復合材料遇水或長期在潮濕的空氣中吸收水分，提高了復合材料的穩(wěn)定性和機械性能。本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。具體實施方式下面結合實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。需要說明的是，下述實施方案中所述實驗方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法，所述試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。實施例1一種高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法，包括以下步驟：步驟一、將劍麻原麻粉碎成短纖維后，將短纖維浸泡在質(zhì)量分數(shù)為0.3％的纖維素保護劑水溶液中30min后，過濾，得到濾液一和濾渣一；濾渣一因未用水或溶劑進行沖洗，上面還殘留有纖維素保護劑。使得纖維素保護劑在冷凍時繼續(xù)對纖維素進行保護。這樣無需對濾液一進行冷凍，節(jié)約了電能。步驟二、將濾渣一在-17℃下冷凍1h，再在室溫中融化，重復冷凍和融化3次，通過多次冷凍和室溫下融化，能破壞劍麻的細胞壁，由于冷凍，一方面能使細胞膜的疏水鍵結構破裂，從而增加細胞的親水性能，另一方面胞內(nèi)水結晶，形成冰晶粒，引起細胞膨脹，甚至破裂。細胞壁被撐開，纖維素、半纖維素和果膠間的結合強度降低，易于分離，之后置于濾液一中，調(diào)節(jié)濾液一的ph值為3，溫度為45℃后，再加入0.8g/l的果膠酶，浸泡1h后，降至室溫，之后加入質(zhì)量為濾液一質(zhì)量1％的氧化劑、0.5％的表面活性劑、0.15％的催化劑和0.5％的螯合劑，并用鹽酸調(diào)節(jié)濾液一的ph值為3，形成脫膠液，使氧化劑在酸性環(huán)境中，具有強氧化性，實際生產(chǎn)時，此處ph值由氧化劑的穩(wěn)定性和氧化強度決定，以使氧化劑處在適宜的ph值下，脫膠液用鹽酸調(diào)至酸性，氫氧化鈉或氫氧化鉀調(diào)至堿性，在溫度為25℃(實際生產(chǎn)時，此處溫度由氧化劑的穩(wěn)定性和氧化強度決定，以使氧化劑處在適宜的溫度下)下保溫1h后，進行離心分離，得到固體物質(zhì)和液體物質(zhì)；纖維素是植物細胞壁的主要結構成分，通常與半纖維素、果膠和木質(zhì)素結合在一起，在利用前，必須把纏繞在纖維素上的膠質(zhì)去掉。步驟三、將固體物質(zhì)放入水溶性有機溶劑(目的是為了除去氧化劑，實際使用時，溶劑根據(jù)氧化劑的種類進行選擇，以使氧化劑和氧化劑被還原后的產(chǎn)物溶于所選的溶劑中)中浸泡30min后，過濾，重復浸泡和過濾2次，除去氧化劑后，可再用水沖洗后烘干，也可不沖洗，直接烘干，得到劍麻纖維素；步驟四、將60重量份的淀粉和30重量份的增塑劑混合后，在混煉機內(nèi)于80℃下共混40min后，在90℃下干燥3h，再研磨成粉末，得到熱塑性改性淀粉粉末；步驟五、將60重量份的改性淀粉粉末、20重量份的劍麻纖維素、30重量份的聚乳酸、20重量份的聚乙烯醇、10重量份的甘油、3重量份的防水劑、0.5重量份的相容劑和1重量份的紫外線吸收劑混合后，送入密煉機中，在溫度為110℃下，共混1h，再模壓成型或擠出成型。以改性淀粉粉末、劍麻纖維、聚乙烯醇和聚乳酸為原料，使得制備的復合材料易于降解，且綜合利用了劍麻纖維的耐磨、耐腐蝕性，改性淀粉的低成本，聚乳酸的高強度、疏水性，聚乙烯醇的高粘接性、柔韌性，在共混時加入了防水劑，其能使復合材料具有更強的防水性能，防止復合材料遇水或長期在潮濕的空氣中吸收水分，提高了復合材料的穩(wěn)定性和機械性能。所述的高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法中，所述水溶性有機溶劑為乙醇。所述的高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法中，所述氧化劑為氯酸鈉。其在酸性溶液中或有誘導氧化劑和催化劑(如硫酸銅)存在時，是強氧化劑。此時的催化劑為硫酸銅。所述的高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法中，所述纖維素保護劑為氫氧化鎂。所述的高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法中，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。所述的高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法中，所述增塑劑為水。所述的高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法中，所述防水劑為木材防水劑。實施例2一種高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法，包括以下步驟：步驟一、將劍麻原麻粉碎成短纖維后，將短纖維浸泡在質(zhì)量分數(shù)為0.8％的纖維素保護劑水溶液中40min后，過濾，得到濾液一和濾渣一；步驟二、將濾渣一在-17℃下冷凍1.5h，再在室溫中融化，重復冷凍和融化4次后，置于濾液一中，調(diào)節(jié)濾液一的ph值為4，溫度為47℃后，再加入1g/l的果膠酶，浸泡1.5h后，降至室溫，之后加入質(zhì)量為濾液一質(zhì)量1.5％的氧化劑、0.7％的表面活性劑、0.17％的催化劑和0.7％的螯合劑，并調(diào)節(jié)濾液一的ph值為8，在溫度為70℃下保溫1.5h后，進行離心分離，得到固體物質(zhì)和液體物質(zhì)；步驟三、將固體物質(zhì)放入水溶性有機溶劑中浸泡40min后，過濾，重復浸泡和過濾3次后，烘干，得到劍麻纖維素；步驟四、將65重量份的淀粉和31重量份的增塑劑混合后，在混煉機內(nèi)于85℃下共混45min后，在95℃下干燥3.5h，再研磨成粉末，得到熱塑性改性淀粉粉末；步驟五、將65重量份的改性淀粉粉末、25重量份的劍麻纖維素、35重量份的聚乳酸、25重量份的聚乙烯醇、15重量份的甘油、4份的防水劑、1重量份的相容劑和2重量份的紫外線吸收劑混合后，送入密煉機中，在溫度為120℃下，共混1.5h，再模壓成型或擠出成型。所述的高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法中，所述水溶性有機溶劑為乙醇。所述的高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法中，所述氧化劑為高碘酸鉀。在中性環(huán)境中有強氧化性，溶于氫氧化鉀溶液，溶于熱水。所述的高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法中，所述纖維素保護劑為苯甲酸鈉。所述的高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法中，所述表面活性劑為十二烷基硫酸鈉。所述的高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法中，所述增塑劑為水。所述的高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法中，所述防水劑為木材防水劑。實施例3一種高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法，包括以下步驟：步驟一、將劍麻原麻粉碎成短纖維后，將短纖維浸泡在質(zhì)量分數(shù)為1％的纖維素保護劑水溶液中50min后，過濾，得到濾液一和濾渣一；步驟二、將濾渣一在-16℃下冷凍2h，再在室溫中融化，重復冷凍和融化5次后，置于濾液一中，調(diào)節(jié)濾液一的ph值為5，溫度為50℃后，再加入1.2g/l的果膠酶，浸泡2h后，降至室溫，之后加入質(zhì)量為濾液一質(zhì)量2％的氧化劑、1％的表面活性劑、0.2％的催化劑和1％的螯合劑，并調(diào)節(jié)濾液一的ph值為7，在溫度為30℃下保溫2h后，進行離心分離，得到固體物質(zhì)和液體物質(zhì)；步驟三、將固體物質(zhì)放入水中浸泡50min后，過濾，重復浸泡和過濾3次后，烘干，得到劍麻纖維素；步驟四、將70重量份的淀粉和32重量份的增塑劑混合后，在混煉機內(nèi)于90℃下共混50min后，在100℃下干燥4h，再研磨成粉末，得到熱塑性改性淀粉粉末；步驟五、將70重量份的改性淀粉粉末、30重量份的劍麻纖維素、40重量份的聚乳酸、30重量份的聚乙烯醇、20重量份的甘油、5重量份的防水劑、1.5重量份的相容劑和2重量份的紫外線吸收劑混合后，送入密煉機中，在溫度為120℃下，共混1.5h，再模壓成型或擠出成型。所述的高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法中，所述氧化劑為亞氯酸鈉。所述的高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法中，所述纖維素保護劑為檸檬酸鈉。所述的高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法中，所述表面活性劑為十二烷基磺酸鈉。所述的高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法中，所述增塑劑為水。所述的高強度劍麻纖維增強木薯淀粉復合材料的制備方法中，所述防水劑為木材防水劑。試驗1測量實施例1-3制備的復合材料的拉伸強度(mpa)、壓縮強度(mpa)、吸水率(％)、土埋后失重(％)、斷裂伸長率(％)和熱變形溫度(℃)，見表1。其中，測試降解性能時，將復合材料埋于濕度為60％的土壤中30d和60d后，分別測土埋后失重(％)，并測試完全降解時間(月)。其他測試方法按國標方法進行測試。表1實施例1-3制備的復合材料的性能由表1可知，實施例1-3制備的復合材料耐水性較好，降解性能也較好，3-4個月即可完全降解。拉伸強度較高，加工性能好，熱變形溫度高。試驗2測量實施例1-3中，脫膠液脫膠(氧化劑處理)之后，劍麻纖維各組分含量(％)，結果見表2。表2脫膠液脫膠后劍麻纖維各組分含量實施例木質(zhì)素含量/％纖維素含量/％其他組分/％實施例10.895.53.7實施例20.696.82.6實施例30.696.13.3由表2可知，采用實施例1-3的方法進行脫膠，可使纖維素含量達到95％以上，純度較高。盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的實施例。當前第1頁12