【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高分子复合材料领域，具体涉及一种双纤维网络增强可生物降解pbat基复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、高分子泡沫材料以其质轻、比强度高、隔热、减震等优点被广泛应用于汽车、建筑、包装、快消品等领域。常见的传统高分子泡沫材料主要有聚苯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、酚醛树脂泡沫等，这些材料难以降解处理，使用后被丢弃造成“白色污染”。同时，制备上述材料的过程中常用到对环境有害、易燃易爆的烷烃类发泡剂，严重影响我国生态文明和高质量发展建设大计。绿色低碳、环保和可持续发展理念已成为高分子泡沫新的发展方向。开发可生物降解的高分子泡沫材料是解决该材料带来的环境问题的良好方案之一。
2、聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯（pbat）是目前市场应用前景最好的生物可降解材料之一。作为一种脂肪族-芳香族共聚物，pbat分子主链结构单元之间含多个酯键，易被自然中的微生物降解，同时分子链中柔性脂肪链段和苯环的存在使其兼具良好的延展性和热稳定性。与无定型聚合物相比，pbat是一种分子链呈线形结构的半结晶聚合物，分子量和分子链缠结程度较低，导致其熔体强度较低，发泡性能差；此外，pbat的凝聚态结构及其演化规律复杂，通过微观结构调控性能难度大，这些原因致使其应用受到很大限制。
3、为解决上述pbat应用时存在的技术问题，现有技术中常通过聚合反应、化学改性、物理共混改性、纤维增强改性和无机纳米填料改性等方式实现对pbat材料性能的改善，但现有改性方法普遍存在工艺复杂程度与改性效果矛盾、第三项分散不均、恶化pbat的可回收和可降
技术实现思路
1、为解决现有技术中的不足，本专利技术基于“熔融共混-滚筒高速热拉伸”原位成纤工艺，制备了一种以pbat为基体相，以聚乳酸（pla）为分散相并以羧基化改性纤维素纳米纤维（cnf）为增强填料的基于pbat的复合材料，该材料内部具有由pla和羧基化改性cnf形成的纤维网络结构和羧基化改性cnf自身形成的纤维网络结构共同构建成的双纤维网络结构，可协同增强pbat基复合材料的力学性能。本专利技术的目的在于提供一种双纤维网络增强可生物降解pbat基复合材料及其制备方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
3、本专利技术第一方面提供了一种双纤维网络增强可生物降解pbat基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
4、s1：将pbat、pla和羧基化改性cnf熔融共混，制得pbat/pla/改性cnf混合物；
5、s2：对pbat/pla/改性cnf混合物进行热拉伸，成型处理后，即得pbat/pla/改性cnf复合材料，即双纤维网络增强可生物降解pbat基复合材料。
6、优选地，所述双纤维网络增强可生物降解pbat基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
7、s1：以pla和羧基化改性cnf为原料，先通过溶液浇筑法或熔融共混的方法制备pla/改性cnf复合材料；再将pbat与pla/改性cnf复合材料熔融共混，制得pbat/pla/改性cnf混合物；
8、s2：对pbat/pla/改性cnf混合物进行热拉伸，成型处理后，即得双纤维网络增强可生物降解pbat基复合材料。
9、更加优选地，所述溶液浇筑法制备pla/改性cnf复合材料的步骤包括：将pla均匀分散于n,n-二甲基甲酰胺溶液中，制得pla溶液；将pla溶液与悬浮液形式的羧基化改性cnf混合，制得pla/改性cnf混合溶液；将pla/改性cnf混合溶液倒入模具中，干燥后制得pla/改性cnf复合材料。
10、更加优选地，所述pla溶液中pla的质量分数为8%～12%。
11、更加优选地，所述干燥温度为60℃，干燥时间为24 h。
12、更加优选地，所述熔融共混的方法制备pla/改性cnf复合材料的步骤包括：将pla颗粒与粉末状的羧基化改性cnf熔融共混，制得pla/改性cnf复合材料。
13、更加优选地，所述熔融共混在双螺杆挤出机中进行；所述双螺杆挤出机的挤出温度为180℃～200℃，螺杆转速为40 r/min～80 r/min。
14、优选地，所述羧基化改性cnf的直径为4～10 nm，长度为0.2 μm～3 μm。
15、本专利技术第二方面提供了根据上述第一方面所述的制备方法制备的一种双纤维网络增强可生物降解pbat基复合材料。
16、优选地，所述双纤维网络增强可生物降解pbat基复合材料的内部具有双纤维网络结构；所述双纤维网络结构由羧基化改性cnf与微纤化的pla形成的纤维网络结构以及羧基化改性cnf自身形成的纤维网络结构构建而成。
17、优选地，所述双纤维网络增强可生物降解pbat基复合材料中pla的质量分数为10%～30%，改性cnf的质量分数为1%～3%。
18、优选地，所述双纤维网络结构中纤维的直径为500 nm～900 nm。
19、本专利技术的有益效果如下：
20、（1）在传统原位成纤过程中，基体相和分散相之间的不相容性降低了组分之间的相互作用力，减少了相界面的相互渗透与分子链缠结，有利于分散相在基体相中滑移、取向和成纤，但不相容性带来的较弱的界面作用会使微纤与基体在界面处产生应力集中而剥离，严重影响复合材料自身的力学性能。由此可见，微纤化和界面结合两方面对组分相容性的要求相互矛盾，要寻求二者之间的平衡，需要添加第三组分来调控相界面。cnf是一种安全无毒、来源广泛的天然高分子材料，具有较大的长径比和比表面积、较高的杨氏模量和拉应力。cnf表面大量羟基的存在使其具有较高的表面活性，通过化学改性可增强其表面疏水性，提高其在聚合物基体中的分散性，均匀化分散的cnf会形成网络结构增强基体。
21、本专利技术中，在制备pbat基复合材料时加入一定量的羧基化改性cnf，一方面，改性后的cnf会均匀附着在pbat基体相和pla分散相的界面处，有利于原位成纤过程中pla微纤化；另一方面，在pbat集体相中，改性后的cnf自身通过氢键相互作用会形成三维纤维网络。改性后的cnf自身形成的三维纤维网络连同微纤化的pla在pbat基体相中形成双纤维网络结构，起到力学增强效果。同时，双纤维网络结构还可充当pbat结晶过程中的异相成核点，加快结晶成核速率，通过加工过程中诱导pbat分子链沿着纤维取向方向结晶而形成横晶，协同提高力学强度。
22、（2）本专利技术提供的双纤维网络增强可生物降解pbat基复合材料的弹性模量与屈服强度显著提高，分别是纯pbat材料的3～4倍、3～4倍，且分别是pbat/pla复合材料的3～4倍、1.5～2倍。同时，由于应变硬化的作用，本专利技术提供的双纤维网络增强可生物降解pbat基复合材料仍具有较高的拉伸强度和较高的断裂伸长率。羧基化改性cnf的加入显著提高了本专利技术pbat基复合材料的拉伸性能。
23、（3）本专利技术提供的双纤维网络增强可生物降解pbat基复合材料的制备工本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种双纤维网络增强可生物降解PBAT基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚乳酸/改性纤维素纳米纤维复合材料由聚乳酸和羧基化改性纤维素纳米纤维通过溶液浇筑法或熔融共混法制成。
3. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述改性纤维素纳米纤维的直径为4～10 nm，长度为0.2 μm～3 μm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔融共混温度为180℃～200℃；所述热压成型温度为130℃～150℃。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述熔融共混法为：将聚乳酸颗粒与粉末状改性纤维素纳米纤维进行熔融共混制备聚乳酸/改性纤维素纳米纤维复合材料；所述熔融共混温度为180℃～200℃。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述溶液浇筑法为：将聚乳酸溶液与改性纤维素纳米纤维悬浮液混合，使改性纤维素纳米纤维分散于聚乳酸溶液中，得到聚乳酸/改性纤维素纳米纤维混合溶液；将聚乳酸/改性纤维素纳米纤维混合溶液倒入模具中，干燥后获得聚
7.根据权利要求1-6任一所述的制备方法制备的双纤维网络增强可生物降解PBAT基复合材料。
8.根据权利要求7所述的PBAT基复合材料，其特征在于，所述双纤维网络增强可生物降解PBAT基复合材料的内部具有双纤维网络结构。
9.根据权利要求7所述的PBAT基复合材料，其特征在于，所述双纤维网络增强可生物降解PBAT基复合材料中聚乳酸的质量分数为10%～30%，改性纤维素纳米纤维的质量分数为1%～3%。
10. 根据权利要求8所述的PBAT基复合材料，其特征在于，所述双纤维网络结构中纤维直径为500 nm～900 nm。
...【技术特征摘要】
1.一种双纤维网络增强可生物降解pbat基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚乳酸/改性纤维素纳米纤维复合材料由聚乳酸和羧基化改性纤维素纳米纤维通过溶液浇筑法或熔融共混法制成。
3. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述改性纤维素纳米纤维的直径为4～10 nm，长度为0.2 μm～3 μm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔融共混温度为180℃～200℃；所述热压成型温度为130℃～150℃。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述熔融共混法为：将聚乳酸颗粒与粉末状改性纤维素纳米纤维进行熔融共混制备聚乳酸/改性纤维素纳米纤维复合材料；所述熔融共混温度为180℃～200℃。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述溶液...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋晶，乔珉，乔玉辉，张涛，贾彩宜，李忠兴，杨苏昱，李倩，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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