本發(fā)明屬于生物基可降解復(fù)合材料，具體涉及一種麻樹粉降解材料，可廣泛應(yīng)用于食品包裝、一次性餐飲具、農(nóng)用地膜、戶外一次性用品等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
1、隨著環(huán)保政策的推進，生物基可降解材料替代傳統(tǒng)石油基塑料已成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。麻樹作為錦葵科木槿屬落葉喬木，具有生長周期短、邊際土地可種植、纖維素含量高的特點，是制備生物基復(fù)合材料的優(yōu)質(zhì)可再生原料，將麻樹粉用于可降解材料制備，既能實現(xiàn)麻樹資源的高值化利用，也能降低可降解材料的生產(chǎn)成本。
2、目前，麻樹粉基生物降解材料的相關(guān)開發(fā)已逐步開展，但現(xiàn)有技術(shù)仍存在諸多技術(shù)瓶頸：其一，麻樹粉表面富含羥基，極性強，與疏水性的降解聚酯基體相容性差，當(dāng)麻樹粉填充量超過50%時，材料的力學(xué)性能、耐水性能會出現(xiàn)斷崖式下降，無法滿足實際使用需求，限制了麻樹粉的高值化、大比例應(yīng)用；其二，現(xiàn)有麻樹粉降解材料多以聚乳酸為單一基體，材料脆性大、低溫韌性差，且降解速率不可控，僅能實現(xiàn)土壤堆肥環(huán)境下的降解，在海洋、淡水等自然水體環(huán)境中降解效率極低，應(yīng)用場景受限；其三，現(xiàn)有材料缺乏完善的耐候防護體系，在戶外光照、高低溫循環(huán)環(huán)境下易快速老化、力學(xué)性能大幅衰減，無法滿足戶外農(nóng)用地膜、戶外一次性制品的使用需求；其四，高麻樹粉填充下，材料的熔融加工流動性差，擠出、注塑成型過程中易出現(xiàn)熔體破裂、制品表面缺陷等問題，規(guī)模化生產(chǎn)穩(wěn)定性不足。
3、基于此，開發(fā)一種麻樹粉高填充占比下，仍兼具優(yōu)異力學(xué)性能、耐候性、加工穩(wěn)定性，且可實現(xiàn)多環(huán)境可控降解的麻樹粉降解材料，具有重要的經(jīng)濟價值與環(huán)保意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有麻樹粉基降解材料存在的高填充下界面相容性差、力學(xué)性能衰減嚴(yán)重、降解速率不可控、耐候性與加工穩(wěn)定性不足的缺陷，本發(fā)明提供一種麻樹粉降解材料及其制備方法，實現(xiàn)麻樹粉的高比例填充，同時全面優(yōu)化材料的綜合性能與加工性能，拓展其應(yīng)用場景。
2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
3、一種麻樹粉降解材料，按質(zhì)量百分比計，由以下原料組成：改性麻樹粉50%~65%、復(fù)配降解基體25%~40%、改性無機填料3%~6%、擴鏈劑1%~3%、復(fù)合助劑1%~3%；所述改性麻樹粉為微纖化-硅烷接枝復(fù)合改性麻樹粉；所述復(fù)配降解基體為聚乳酸（pla）與聚己二酸-對苯二甲酸丁二醇酯（pbat）按質(zhì)量比3:1~1:1復(fù)配而成；所述麻樹粉降解材料通過固相預(yù)交聯(lián)-階梯式熔融擠出工藝制備而成。
4、進一步地，所述改性麻樹粉的制備方法包括以下步驟：（1）麻樹粉預(yù)處理：將麻樹粉置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%~5%的氫氧化鈉溶液中，60℃~70℃浸泡1h~2h，水洗至中性，過濾后于70℃~80℃真空干燥2h~3h，粉碎至200~300目，得到精制麻樹粉；（2）微纖化處理：將精制麻樹粉與去離子水按料液比1g:20ml配制成懸浮液，經(jīng)高壓均質(zhì)機在60mpa~80mpa壓力下循環(huán)處理8~12次，離心、干燥后得到微纖化麻樹粉；（3）硅烷接枝改性：將微纖化麻樹粉加入到無水乙醇與去離子水按體積比9:1配制的混合溶劑中，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%的懸浮液，調(diào)節(jié)ph至4~5，加入占微纖化麻樹粉質(zhì)量2%~4%的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，60℃~70℃攪拌反應(yīng)3h~4h，反應(yīng)結(jié)束后過濾，無水乙醇洗滌3次，75℃真空干燥4h，得到改性麻樹粉。
5、進一步地，所述改性無機填料為有機改性海泡石，其制備方法為：將海泡石粉體加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%~10%的十六烷基三甲基溴化銨水溶液中，70℃~80℃攪拌反應(yīng)4h~6h，離心、水洗至中性，80℃干燥后粉碎至800~1000目，得到改性海泡石。
6、進一步地，所述擴鏈劑為六亞甲基二異氰酸酯（hdi）、甲苯二異氰酸酯（tdi）、多官能度環(huán)氧擴鏈劑adr-4370中的至少一種。
7、進一步地，所述復(fù)合助劑按質(zhì)量份數(shù)計，包括抗氧劑0.3~0.8份、紫外光穩(wěn)定劑0.3~0.8份、潤滑劑0.4~1.4份；所述抗氧劑為受阻酚類抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168按質(zhì)量比1:1復(fù)配；所述紫外光穩(wěn)定劑為受阻胺類光穩(wěn)定劑622與苯并三唑類紫外吸收劑uv-327按質(zhì)量比1:1復(fù)配；所述潤滑劑為硬脂酸鈣、聚乙烯蠟、乙撐雙硬脂酰胺中的至少一種。
8、進一步地，所述麻樹粉降解材料的制備方法，即固相預(yù)交聯(lián)-階梯式熔融擠出工藝，包括以下步驟：s1固相預(yù)交聯(lián)：按配比將改性麻樹粉、改性無機填料、擴鏈劑加入高速混合機，1000~1200r/min、45℃~50℃混合5min~8min，再加入復(fù)配降解基體與復(fù)合助劑，繼續(xù)混合10min~12min，得到預(yù)混料；將預(yù)混料置于反應(yīng)釜中，80℃~90℃、真空度-0.08mpa~-0.1mpa條件下固相預(yù)交聯(lián)反應(yīng)15min~20min，得到預(yù)交聯(lián)物料；s2階梯式熔融擠出：將預(yù)交聯(lián)物料加入同向雙螺桿擠出機，采用階梯式控溫擠出，從加料段到機頭溫度依次設(shè)為140℃、155℃、170℃、180℃、175℃、170℃，螺桿轉(zhuǎn)速280~320r/min，擠出物經(jīng)風(fēng)冷拉條后切粒，40℃~45℃熱風(fēng)干燥1h，得到麻樹粉降解材料顆粒。
9、本發(fā)明的有益效果：
10、本發(fā)明通過微纖化-硅烷接枝復(fù)合改性處理麻樹粉，先通過高壓均質(zhì)微纖化處理打開麻樹粉的纖維束結(jié)構(gòu)，大幅提升其比表面積與反應(yīng)活性，再通過硅烷偶聯(lián)劑接枝在麻樹粉表面引入疏水基團，顯著降低麻樹粉的表面極性，解決了麻樹粉與疏水性聚酯基體界面相容性差的行業(yè)痛點，實現(xiàn)了麻樹粉50%以上高比例填充，同時避免了高填充下材料力學(xué)性能的斷崖式下降。
11、本發(fā)明采用pla與pbat復(fù)配作為降解基體，通過調(diào)控兩者的復(fù)配比例，既保留了pla的高強度與高剛性，又通過pbat賦予材料優(yōu)異的低溫韌性與斷裂伸長率，同時可精準(zhǔn)調(diào)控材料在土壤堆肥、海洋水體等不同環(huán)境中的降解速率，解決了單一pla基體脆性大、降解環(huán)境單一的問題，拓展了材料的應(yīng)用場景。
12、本發(fā)明采用有機改性海泡石作為無機填料，海泡石的一維納米針狀結(jié)構(gòu)可在基體中形成穩(wěn)定的阻隔網(wǎng)絡(luò)，大幅提升材料的氧氣、水蒸氣阻隔性能，同時其多孔結(jié)構(gòu)可吸附降解過程中的小分子產(chǎn)物，協(xié)同調(diào)控降解速率；搭配復(fù)合抗氧-紫外光穩(wěn)定體系，顯著提升了材料的抗熱氧老化與耐紫外老化性能，120℃、168h熱氧老化后拉伸強度保留率≥90%，戶外紫外老化500h后力學(xué)性能保留率≥85%，滿足戶外長期使用需求。
13、本發(fā)明首創(chuàng)固相預(yù)交聯(lián)-階梯式熔融擠出制備工藝，先通過低溫固相預(yù)交聯(lián)反應(yīng)，使擴鏈劑預(yù)先與麻樹粉、降解基體的端基發(fā)生反應(yīng)，初步構(gòu)建界面結(jié)合結(jié)構(gòu)，避免了熔融擠出過程中原料分散不均、界面反應(yīng)不充分的問題；再通過階梯式控溫擠出，匹配各原料的熔融與反應(yīng)特性，大幅提升了高麻樹粉填充下材料的加工流動性，解決了熔體破裂、成型缺陷等問題，規(guī)模化生產(chǎn)穩(wěn)定性優(yōu)異。
14、本發(fā)明的麻樹粉降解材料，生物基含量≥60%，可完全生物降解，同時兼具優(yōu)異的力學(xué)性能（彎曲強度≥28mpa、拉伸強度≥22mpa、缺口沖擊強度≥6.5kj/m2）、阻隔性能與耐候性，可廣泛應(yīng)用于食品包裝、一次性餐飲具、農(nóng)用地膜、戶外一次性用品等領(lǐng)域，實現(xiàn)了麻樹資源的高值化利用，具有顯著的環(huán)保效益與經(jīng)濟效益。