[發(fā)明專利]一種以木質(zhì)纖維為原料制備生物基塑料的方法

有效

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• 申請日: 2014-01-15
• 公開（公告）號: CN103788418A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設計）人: 洪建國;蘇萌;潘振洪;李小保;陳健強;葉菊娣;高勤衛(wèi);許安騏;李永海
• 申請（專利權）人: 南京林業(yè)大學
• 主分類號: C08L1/10
• 分類號: C08L1/10;C08L5/14;C08L97/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 邱興天

技術領域

本發(fā)明涉及生物基材料技術領域，具體的涉及一種以木質(zhì)纖維為原料制備生物基塑料的方法。

背景技術

塑料是非常重要的有機合成高分子材料，應用十分廣泛。自1907年世界上第一種完全合成的塑料出現(xiàn)開始，塑料工業(yè)迅猛發(fā)展。時至今日，塑料制品從工業(yè)生產(chǎn)到衣食住行，無處不在。龐大的塑料市場推動了多種行業(yè)的快速發(fā)展，卻在為人類帶來效益的同時引起了一系列環(huán)境和資源問題：塑料廢棄物激增，作為塑料來源的石油資源供應緊張。面對嚴峻的現(xiàn)實局面，世界上無論是發(fā)達國家還是發(fā)展中國家都被迫理性地探索和開發(fā)新的發(fā)展模式和發(fā)展戰(zhàn)略，尋求一條經(jīng)濟增長與資源環(huán)境和諧發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展道路。生物基塑料的開發(fā)以及可再生資源的利用，作為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效措施之一，已成為全球矚目的研究熱點。自然界的動植物體內(nèi)存在大量的多糖類物質(zhì)，它們易被生物降解且有可能用來制造熱塑性高分子材料。纖維素、淀粉、甲殼素和蛋白質(zhì)等都是科學家們研究所涉及的天然高分子材料的原料，其中發(fā)展技術較為成熟的是淀粉基塑料。然而在全球糧食危機依然威脅人類生存的今天，以糧食為原料開發(fā)生物基塑料勢必受到阻礙。

在我國眾多的可再生資源中，木質(zhì)纖維類生物質(zhì)以木材、竹材、農(nóng)作物秸稈、玉米芯等形式廣泛存在于自然界中，來源廣泛、價格低廉、環(huán)境友好。然而作為其主要組分的纖維素擁有高達50%-70%的結(jié)晶度，木質(zhì)素亦具有復雜的三維網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)，這就使得木質(zhì)纖維類生物質(zhì)不能高溫塑化，難以通過普通塑料加工方式成型，嚴重地阻礙了其應用和發(fā)展，致使長久以來，木質(zhì)纖維類生物質(zhì)尤其農(nóng)林廢棄物未被充分利用，農(nóng)作物秸稈甚至被焚燒在田頭，不僅浪費了資源，而且造成大氣環(huán)境污染。

1979年，F(xiàn)unakoshi和shiraihi等的關于木材經(jīng)酯化或醚化可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊崛坌圆牧系难芯浚_辟了將木材通過化學改性轉(zhuǎn)化為熱塑性材料的新領域。隨后，該領域引起了科學家們的廣泛關注。余權英等研究了木材的乙酰化及其熱塑性。發(fā)現(xiàn)用常規(guī)乙酰化方法獲得的乙酰化木材不顯示熔融行為，而用三氟乙酸預處理后在相同條件下制得的乙酰化木材可在210℃附近軟化，在290~300℃出現(xiàn)熔融，并可在110~130℃熱壓成半透明的薄片。但改性反應過程復雜，成本較大。盧珣等以杉木屑為原料，用余權英等的乙酰化改性方法制備了乙酰化杉木，可熱壓成型，但力學性能不佳。當省去高氯酸和三氟乙酸，而只用二甲苯為溶劑得到的產(chǎn)品，乙酰化程度降低，力學性能僅略有提高。房新等在微波作用下，以濃硫酸為催化劑，乙酸酐為改性劑，將堿處理后的天然稻草乙酰化，得到最高增重為25.07%的乙酰化稻草。然后以乙酰化稻草為增強體，聚乙烯為基體，研制PE/乙酰化稻草纖維增強復合材料。但得到的共混材料力學性能較差。

雖然目前已經(jīng)存在一些關于木質(zhì)纖維類生物質(zhì)熱塑性研究的報導，但從實質(zhì)上來說并未取得突破性進展。木塑復合材料的研究仍是主流，大多數(shù)木材的化學改性研究也是以達到改善與塑料的界面相容性為目的。即使有一些木質(zhì)纖維類生物質(zhì)改性增塑的研究，也未見改性產(chǎn)物可注塑成型的報道，即至今未能成功制備出木質(zhì)纖維類生物基塑料。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種以木質(zhì)纖維為原料制備生物基塑料的方法，為木質(zhì)纖維的高附加值利用提供新的途徑。

技術方案：為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

一種以木質(zhì)纖維為原料制備生物基塑料的方法，包括以下步驟：

（1）取木質(zhì)纖維類生物質(zhì)，粉碎，備用；

（2）用球磨機對原料進行球磨，得粉料，球磨時間為1~15h；

（3）用N-甲基咪唑溶解鄰苯二甲酸酐，加入粉料，攪拌反應，反應時間為0.5~10h；

（4）用工業(yè)乙醇或丙酮反復洗滌產(chǎn)物，干燥，即得到生物基塑料。

其中，鄰苯二甲酸酐為粉料重量的1～5倍，N-甲基咪唑為鄰苯二甲酸酐重量的3~8倍。

在步驟（3）的反應中加入催化劑，所述的催化劑為酸性催化劑或吡啶、咪唑類催化劑，所述的催化劑用量為不超過粉料重量的20%。

所述木質(zhì)纖維類生物質(zhì)包括木材、木屑、扶桑枝條、秸稈、蘆葦、稻殼、玉米芯、花生殼和甘蔗渣。

有益效果：與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的以木質(zhì)纖維為原料制備生物基塑料的方法，先粉碎木質(zhì)纖維類生物質(zhì)，然后進行球磨得粉料；用溶劑溶解改性試劑，加入粉料進行改性反應；結(jié)束后，將產(chǎn)物洗滌，干燥，即得。具備的主要優(yōu)點包括：

（1）原料來源廣泛、成本低廉。