【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高分子材料，尤其涉及一种改性菠萝叶纤维增强淀粉基复合材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、纤维增强复合材料以其优异的高比强度、高比模量、耐疲劳等良好的机械性能，在运输、包装、汽车等领域得到了广泛的应用。玻璃纤维、碳纤维和凯夫拉尔等合成纤维已被用作增强材料，借助不同的石油基聚合物基体开发复合材料，用于各种工程中。但是，合成聚合物因不可再生、不可生物降解等自身特性所造成的资源和环境问题不容忽视。
2、近年来，随着世界范围内的能源及资源危机的不断加剧和人们环保意识的不断增强，对环境友好、可持续发展的复合材料需求也日益迫切。因此，具有生产成本低、生物利用度高、降解产物无毒等特点的淀粉和纤维素等天然聚合物必将成为制备生物可降解材料和减少合成聚合物产生的环境污染问题的良好替代品。纤维素是陆生生物质中含量最丰富的多糖，存在于植物细胞壁中，如菠萝叶纤维(palf)，palf是菠萝植物中大量存在的一种天然纤维，但菠萝的利用仅限于其果实，其他部分被浪费或不被利用。纤维素大分子链之间及其内部强烈的氢键作用，使菠萝叶纤维表现出较强的极性和吸水性，与部分基体材料的相容性差，从而导致复合材料的力学性能下降。另外，淀粉是自然界中含量第二丰富的多糖，构成了许多植物的能量储备，淀粉也是一种可塑性天然高分子材料，是一种极具潜力的化工聚合物的替代品。但由于淀粉基材料存在质脆、力学性能差、易吸水的问题，限制了淀粉基材料的实际应用。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种改性
2、为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
3、本专利技术的技术方案之一：
4、一种改性菠萝叶纤维增强淀粉基复合材料的制备方法，以菠萝叶纤维为原料，采用化学接枝改性技术在菠萝叶纤维表面接枝氨基官能团得到氨基改性菠萝叶纤维，之后加入双醛淀粉发生席夫碱反应，取反应产物热压成型得到所述改性菠萝叶纤维增强淀粉基复合材料。
5、进一步的，改性菠萝叶纤维增强淀粉基复合材料的制备方法具体包括以下步骤：
6、(1)在乙醇、水、浓氨水和多巴胺盐酸盐水溶液的混合溶液中加入菠萝叶纤维，反应结束后加入多元胺继续反应，抽滤、洗涤并干燥得到氨基改性菠萝叶纤维；
7、(2)向双醛淀粉中加入水和增塑剂，搅拌糊化，得到淀粉糊化液，将步骤(1)得到的所述氨基改性菠萝叶纤维加入到所述淀粉糊化液中，在氮气保护气氛下恒温反应，反应结束后过滤、洗涤和干燥得到混合物，将所述混合物热压成型，得到所述改性菠萝叶纤维增强淀粉基复合材料。
8、更进一步的，步骤(1)中，所述菠萝叶纤维在使用前需要进行预处理，具体方法为：
9、用粉碎机将干燥的菠萝叶打成粉末状态，过筛网分选，取40g菠萝叶纤维粉末浸泡于800ml浓度为3％(w/v)的氢氧化钠水溶液中，在60℃下搅拌1h，然后用超纯水洗涤多次至洗涤液ph为中性，去除木质素和半纤维素，之后用200ml浓度为1％(w/w)的次氯酸钠溶液和2ml乙酸在70℃下进行漂白，搅拌0.5h，将漂白后的菠萝叶原纤维用蒸馏水洗涤至中性，放置在65℃的空气烘箱中干燥24h后备用。
10、更进一步的，步骤(1)中，所述乙醇、水、浓氨水、多巴胺盐酸盐水溶液、菠萝叶纤维和多元胺的用量比为20ml∶50ml∶0.6ml∶50ml∶5g∶(2.5-5)ml。
11、更进一步的，步骤(1)中，所述多元胺包括乙二胺、二亚乙基三胺、1,1-二甲基乙二胺和1,2-二甲基乙二胺中的一种或几种。
12、更进一步的，步骤(1)中，加入菠萝叶纤维后在35-40℃下反应1-2h，加入多元胺后在35-40℃下继续反应9-12h；更具体的，在乙醇和水的混合溶液中加入浓氨水，35-40℃搅拌混合0.5h，然后加入浓度为2mg/ml的多巴胺盐酸盐水溶液，再将预处理后的菠萝叶纤维加入到上述溶液中，35-40℃反应1-2h，然后再加入多元胺，继续反应9-12h。
13、更进一步的，步骤(2)中，所述双醛淀粉的醛基化程度为56％-90％。
14、更进一步的，步骤(2)中，向双醛淀粉中加入4倍质量的水，之后加入增塑剂，在80℃条件下搅拌30min糊化，得到淀粉糊化液；所述增塑剂为占双醛淀粉质量比为20wt％的甘油。
15、更进一步的，步骤(2)中，所述氨基改性菠萝叶纤维与双醛淀粉的质量比为(1∶9)-(4∶6)。
16、更进一步的，步骤(2)中，所述氨基改性菠萝叶纤维加入到淀粉糊化液中，在氮气保护环境下，55-60℃恒温水浴反应6-12h，所述热压成型的热压压力为10-13mpa，热压温度为110-130℃，热压时间为8-25min。
17、本专利技术的技术方案之二：
18、一种改性菠萝叶纤维增强淀粉基复合材料，根据所述制备方法制备得到。
19、本专利技术的技术方案之三：
20、所述的改性菠萝叶纤维增强淀粉基复合材料在制备食品、轻工业包装材料及农用薄膜中的应用。
21、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
22、(1)本专利技术以菠萝叶纤维为原料，采用化学接枝改性技术，在菠萝叶纤维表面接枝氨基官能团，增强菠萝叶纤维与淀粉之间的界面相容性，首先利用聚多巴胺的粘附特性包覆菠萝叶纤维，再利用多元胺与聚多巴胺表面基团发生席夫碱反应，将氨基官能团接枝到菠萝叶纤维表面，不仅可以提高菠萝叶纤维与基体材料的界面相容性，而且使得菠萝叶纤维具有二次反应特性。
23、(2)本专利技术采用氨基改性菠萝叶纤维与双醛淀粉发生席夫碱反应，双醛淀粉的醛基能与菠萝叶纤维表面游离的氨基官能团发生席夫碱反应，从而在植物纤维与双醛淀粉间形成牢固的共价键和氢键，提升淀粉基复合材料的机械性能和热稳定性。本专利技术制备的复合材料具有优良的力学性能，同时兼具耐水性，且可降解，成本低廉，应用范围广。
24、(3)本专利技术采用资源丰富价格低廉的天然植物纤维、淀粉为原料，一方面可以降低生产成本，另一方面，实现了复合材料的可降解，减少了对环境的二次污染。
25、(4)本专利技术提供的可降解的菠萝叶纤维增强淀粉基复合材料的制备工艺简单、操作性强，得到的复合材料具有优良的力学性能，应用范围广，可应用于食品、轻工业包装材料及农用薄膜等领域。
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1.一种改性菠萝叶纤维增强淀粉基复合材料的制备方法，其特征在于，以菠萝叶纤维为原料，采用化学接枝改性技术在菠萝叶纤维表面接枝氨基官能团得到氨基改性菠萝叶纤维，之后加入双醛淀粉发生席夫碱反应，将反应产物热压成型得到所述改性菠萝叶纤维增强淀粉基复合材料。
2.根据权利要求1所述的改性菠萝叶纤维增强淀粉基复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的改性菠萝叶纤维增强淀粉基复合材料的制备方法，其特征在于，所述乙醇、水、浓氨水、多巴胺盐酸盐水溶液、菠萝叶纤维和多元胺的用量比为20mL∶50mL∶0.6mL∶50mL∶5g∶(2.5-5)mL。
4.根据权利要求2所述的改性菠萝叶纤维增强淀粉基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述多元胺包括乙二胺、二亚乙基三胺、1,1-二甲基乙二胺和1,2-二甲基乙二胺中的一种或几种。
5.根据权利要求2所述的改性菠萝叶纤维增强淀粉基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，加入菠萝叶纤维后在35-40℃下反应1-2h，加入多元胺后在35-40℃下继续反应9-12
6.根据权利要求2所述的改性菠萝叶纤维增强淀粉基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述双醛淀粉的醛基化程度为56％-90％。
7.根据权利要求2所述的改性菠萝叶纤维增强淀粉基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述氨基改性菠萝叶纤维与双醛淀粉的质量比为(1∶9)-(4∶6)。
8.根据权利要求2所述的改性菠萝叶纤维增强淀粉基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述氨基改性菠萝叶纤维加入到淀粉糊化液中，在氮气保护环境下，55-60℃恒温水浴反应6-12h；所述热压成型的热压压力为10-13MPa，热压温度为110-130℃，热压时间为8-25min。
9.一种改性菠萝叶纤维增强淀粉基复合材料，其特征在于，根据权利要求1-8任一项所述制备方法制备得到。
10.如权利要求9所述的改性菠萝叶纤维增强淀粉基复合材料在制备食品、轻工业包装材料及农用薄膜中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种改性菠萝叶纤维增强淀粉基复合材料的制备方法，其特征在于，以菠萝叶纤维为原料，采用化学接枝改性技术在菠萝叶纤维表面接枝氨基官能团得到氨基改性菠萝叶纤维，之后加入双醛淀粉发生席夫碱反应，将反应产物热压成型得到所述改性菠萝叶纤维增强淀粉基复合材料。
2.根据权利要求1所述的改性菠萝叶纤维增强淀粉基复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的改性菠萝叶纤维增强淀粉基复合材料的制备方法，其特征在于，所述乙醇、水、浓氨水、多巴胺盐酸盐水溶液、菠萝叶纤维和多元胺的用量比为20ml∶50ml∶0.6ml∶50ml∶5g∶(2.5-5)ml。
4.根据权利要求2所述的改性菠萝叶纤维增强淀粉基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述多元胺包括乙二胺、二亚乙基三胺、1,1-二甲基乙二胺和1,2-二甲基乙二胺中的一种或几种。
5.根据权利要求2所述的改性菠萝叶纤维增强淀粉基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，加入菠萝叶纤维后在35...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘运浩，王超，杨子明，李普旺，周闯，何祖宇，陈少华，
申请(专利权)人：中国热带农业科学院南亚热带作物研究所，
类型：发明
国别省市：
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