[發(fā)明專利]一種全纖維素復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810833251.6
• 申請(qǐng)日: 2018-07-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109054103B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳超;趙健偉;陳峰;劉連梅;程娜;賀園園
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 嘉興學(xué)院
• 主分類號(hào): C08L1/12
• 分類號(hào): C08L1/12;C08B3/06
• 代理公司: 上海統(tǒng)攝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31303
• 代理人: 杜亞

一種全纖維素復(fù)合材料及其制備方法，采用碘催化制備表層乙酰化纖維素并以此作為力學(xué)增強(qiáng)型填料纖維，纖維素纖維的表面在碘催下逐步乙酰化。纖維素纖維的乙酰化處理增強(qiáng)了與醋酸纖維素的相容性，但也降低了纖維素本身的結(jié)晶度，削弱了纖維的拉伸強(qiáng)度，因此，乙酰基在纖維上的取代度應(yīng)受反應(yīng)時(shí)間的控制，以保持這兩種相反作用的平衡，從而達(dá)到最優(yōu)化，本發(fā)明將作為力學(xué)增強(qiáng)填料的纖維素將部分乙酰化改性，與塑化的CDA通過(guò)熱混方式，制備出全醋酸纖維素復(fù)合材料，由于母體和填料在表面均具有乙酰基，且具有相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)，因而加入部分乙酰化纖維素可以促進(jìn)CDA母體和乙酰化纖維素纖維之間的界面相容性提高，最終提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種全纖維素復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

近十年來(lái)，由于生物材料的降解性、可再生性和取之不盡等優(yōu)點(diǎn)，生物復(fù)合材料取代傳統(tǒng)塑料的相關(guān)研究受到了廣泛的關(guān)注。纖維素及其衍生物作為地球上最豐富、最取之不盡的原料，被認(rèn)為是理想的生物基高分子材料，未來(lái)能夠滿足產(chǎn)業(yè)界日益增長(zhǎng)的對(duì)生態(tài)友好型環(huán)保生物材料的需求。在工業(yè)上，醋酸纖維素(CDA)作為主要的纖維素衍生物，已廣泛應(yīng)用于紡織、包裝、卷煙濾嘴等產(chǎn)業(yè)。然而，作為一種生物可降解的塑料材料，還需要進(jìn)一步提高其力學(xué)性能以滿足工業(yè)需求。

目前，傳統(tǒng)的提高力學(xué)性能的思路是加入各種力學(xué)增強(qiáng)填料，如玻璃纖維、碳纖維和無(wú)機(jī)顆粒填料，然而這些填充物大多是不可降解材料，削弱了CDA作為一種完全可生物降解塑料的應(yīng)用價(jià)值。

此外，文獻(xiàn)報(bào)道了可通過(guò)部分溶解的方法制備一種全纖維素復(fù)合材料，該復(fù)合材料的母體為溶解后析出的纖維素，增強(qiáng)纖維為部分溶解或非溶解的纖維素。由于母體和填料均由纖維素組成，所以全纖維素復(fù)合材料具有良好的界面相容性、較高的力學(xué)性能和生物降解性。然而，此方法只限于纖維素，并且限制于通過(guò)部分溶解方法制備全纖維素薄膜，不具備熱塑性，不適合在工業(yè)中通過(guò)熱加工制備生物塑料產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷與不足，本發(fā)明提供一種全纖維素復(fù)合材料及其制備方法，作為力學(xué)增強(qiáng)填料的纖維素將部分乙酰化改性，然后與塑化的醋酸纖維素通過(guò)熱混方式，制備出全醋酸纖維素復(fù)合材料。由于母體和填料在表面均具有乙酰基，且具有相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)，因而加入部分乙酰化纖維素可以促進(jìn)醋酸纖維素母體和乙酰化纖維素纖維之間的界面相容性提高，最終提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。

本發(fā)明采用的技術(shù)解決方案是：一種全纖維素復(fù)合材料，所述的全纖維素復(fù)合材料由母體材料和力學(xué)增強(qiáng)填料熱混而成，所述的母體材料為呈現(xiàn)完全的無(wú)定形態(tài)的商用醋酸纖維素，所述的力學(xué)增強(qiáng)填料為碘催化改性得到的半結(jié)晶乙酰化衍生物纖維素，所述的半結(jié)晶乙酰化衍生物纖維素的乙酰化程度低于1.0, 且結(jié)晶度高于50。

所述的半結(jié)晶乙酰化衍生物纖維素的最高結(jié)晶度CrI=68.5%。

一種全纖維素復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）半結(jié)晶乙酰化衍生物纖維素的制備：將原料纖維素、乙酸酐，碘作為催化劑分別加入圓底燒瓶，100℃條件下反應(yīng)，攪拌反應(yīng)5-20 min，反應(yīng)后，分別用乙醇和水清洗混合物,在60℃烘箱內(nèi)干燥24 h得到半結(jié)晶乙酰化衍生物纖維素；

（2）全醋酸纖維素復(fù)合材料的制備: 將70wt % 無(wú)定形態(tài)的商用醋酸纖維素和30wt %增塑劑在高速攪拌2min，然后在70℃烘箱中干燥12 h,最后,將增塑過(guò)的商用醋酸纖維素和半結(jié)晶乙酰化衍生物纖維素按照4:1的質(zhì)量分?jǐn)?shù)熱混后在80℃烘干24 h,然后通過(guò)注塑得到所述的全醋酸纖維素復(fù)合材料。

所述的步驟（2）中熱混的溫度、螺桿速度和混合時(shí)間分別設(shè)定為200℃、60 rpm、和10min。

所述的步驟（1）中原料攪拌反應(yīng)時(shí)間為5-10min。

所述的步驟（1）中原料攪拌反應(yīng)時(shí)間為5min。