技术领域
[0001] 本发明属于生物降解材料技术领域，具体涉及一种仿木完全可生物降解复合材料及其制备方法和应用。
相关背景技术
[0002] 聚丁二酸丁二醇酯(PBS)树脂呈乳白色，无嗅无味，易被自然界的多种微生物或动植物体内的酶分解、代谢，最终分解为二氧化碳和水，是典型的可完全生物降解聚合物材3
料。 PBS具有良好的生物相容性和生物可吸收性，密度1.26g/cm ，熔点114℃，根据分子量的高低和分子量分布的不同，结晶度在30～45％之间。PBS具有良好可生物降解性能的聚合物，与聚乳酸、聚羟基烷酸酯、聚己内酯等可生物降解塑料相比，PBS价格相对较低，力学性能优异，耐热性能好，热变形温度接近100℃，是国内外在生物降解塑料研发方面的重点。
[0003] 近年来，具有良好的综合性能的PBS迅速成为可广泛推广应用的通用型完全生物降解塑料的研究热点。但是，由于PBS生产成本较高，严重制约其发展和广泛应用。在这一背景下，廉价的再生周期短的秸秆纤维进入了研究者的视野，将经过处理的秸秆纤维作为增强材料，制备可生物降解秸秆/PBS复合材料，该复合材料结合了PBS和秸秆纤维的优点，大大降低了产品的成本，而且对于解决能源短缺和环境污染有十分重要的意义。
[0004] 但是，现有技术对秸秆的粉碎处理存在诸多问题，比如机械粉碎不能保证秸秆粉末的均匀性和精细化粉碎，并且粉碎时现场粉尘较大，严重时有爆炸风险。另外，秸秆是天然生物质原料，含有大量的纤维素和木质素，将其直接粉碎后用于制备秸秆/PBS复合材料，因秸秆粉末与PBS之间相容性较差，就很难起到对PBS增加性能的效果。此外，秸秆内还含有水分、脂肪、淀粉、蛋白质及一些小分子物质，这些物质极易挥发或变质腐坏，若不加处理直接将秸秆与PBS直接混合，则会导致复合材料出现性能不稳定的问题。
具体实施方式
[0031] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0032] 图1为本发明的工艺流程图，按照图1的工艺流程，进行以下实验：
[0033] 一、原料配比：
[0034] 以制作200g混合材料为例，其原料配比如下表，表中生物粉碎秸秆粉末为黄粉虫啃食秸秆后得到的黄粉虫粪，天然增强纤维分别为白麻麻丝、剑麻麻丝、拉菲草丝：
[0035] 预制比例 PBS添加量(g) 生物粉碎秸秆粉末添加量(g) 天然增强纤维添加量(g)10％ 180 20
20％ 160 40
30％ 140 60
40％ 120 80
50％ 100 100
10％ 180 20 4
20％ 160 40 4
30％ 140 60 4
40％ 120 80 4
50％ 100 100 4
[0036] 二、将各种配比的原料分别加入双螺杆挤出机造粒。双螺杆挤出机的参数如下表：
[0037]
[0038] 三、待造粒完成，采用注塑机注塑呈哑铃状样条以备测试，如图2所示。注塑机参数：注塑温度：125℃、模具温度：80℃、装料量：10g/样条、保压时间：15s。
[0039] 四、性能测试：
[0040] 1、硬度测试结果如图3所示，从图中可以看出，加入生物粉碎秸秆粉末后的共混材料的硬度均高于纯PBS，且随着生物粉碎秸秆粉末量的增加，材料的硬度还有略微上升的趋势。这是因为生物粉碎秸秆粉末的硬度高于PBS，且高温会使生物粉碎秸秆粉末表面碳化，进一步增加其硬度。复合材料中的生物粉碎秸秆粉末含量越高，在高温处理后，其硬度增加的就越明显。
[0041] 2、冲击强度测试结果如图4所示，从图中可以看出，生物粉碎秸秆粉末添加量在10％～30％之间时，材料整体冲击强度明显优于纯PBS，随着生物粉碎秸秆粉末添加量的上升，材料的冲击强度有先升后降的现象，且在20％～30％时会达到最高点。这是因为生物粉碎秸秆粉末本身为多孔材料，在受到冲击时会吸收部分的冲击能，导致复合材料的冲击强度增加。在加入纤维后，纤维的高韧性使得复合材料的冲击强度变化更为平缓。
[0042] 3、弯曲强度测试结果如图5所示，从图中可以看出，共混材料的弯曲性能在生物粉碎秸秆粉末添加量10％～30％时均优于纯PBS，且在添加量20％时会达到最高点，最优的弯曲性能能达到39.26MPa，相比于纯PBS提升了15.6％。这说明，在生物粉碎秸秆粉末的质量分数小于20％时，PBS能对生物粉碎秸秆粉末形成有效包覆使生物粉碎秸秆粉末在PBS中均匀分布并承受弯曲载荷；当生物粉碎秸秆粉末质量分数大于20％时，复合材料的弯曲强度呈现出下降的趋势，说明当生物粉碎秸秆粉末在材料中占据主导时，就会使复合材料呈现出脆性，从而降低其弯曲应力承受极限。
[0043] 4、室外降解性能测试(土埋法)结果如图6所示，室内降解性能测试(土埋法)结果如图7所示，从图中可以看出，所有共混材料的降解性能均远高于纯PBS。且随着生物粉碎秸秆粉末质量分数的增加，复合材料的降解性能也越来越好。当生物粉碎秸粉末的质量分数为 50％时，四种复合材料的降解率都达到了45％以上，而纯PBS只降解了5％。这是因为生物粉碎秸秆粉末里含有大量粗纤维和空隙，此类物质相比于PBS更易于被微生物分解消化。因此复合材料也能在更短的时间里被分解。同时从图中可以看出，少量天然增强纤维的加入并没有影响到复合材料的降解性能。
[0044] 从对比图6、7可以看出，复合材料的室外降解效率是高于室内降解的，这可能是因为室外充足的光源给了微生物更好的生存条件，或是室内的封闭环境限制了微生物的生存繁衍。
[0045] 上述得到的复合材料可以用于制备仿木产品，比如图8所示的木梳。
[0046] 以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
