[發(fā)明專利]PBS復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201880054133.3
• 申請(qǐng)日: 2018-06-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110997806B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳東瞱;諸葛鐘健;黃成淵;樸帝映;金泰昊;全賢烈
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 韓國(guó)化學(xué)研究院
• 主分類號(hào): C08L67/02
• 分類號(hào): C08L67/02;C08L1/02;C08G63/16;C08J5/04
• 代理公司: 北京市中倫律師事務(wù)所 11410
• 代理人: 楊黎峰;石寶忠

本發(fā)明涉及一種PBS納米復(fù)合材料及其制備方法，更具體地，涉及一種具有改善的物理性能的PBS納米復(fù)合材料以及一種用于制備具有改善的物理性能的PBS納米復(fù)合材料的方法，該方法不需要纖維素的表面疏水化預(yù)處理工序、熔融混煉或溶液混合工序等。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種PBS復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著化石原料的枯竭以及消費(fèi)者對(duì)生態(tài)友好型材料的需求增加，正在積極探索生物質(zhì)的更大利用。生物質(zhì)包括各種生物基聚合物，其中，纖維素在可再生性方面引起了公眾的關(guān)注。葡萄糖單元聚合而成的纖維素是自然界中常見(jiàn)的有機(jī)化合物，屬于多糖材料中具有大分子量的聚合物。

纖維素由天然生物質(zhì)上的結(jié)晶納米纖維組成(圖1)。特別地，已知纖維素納米纖維具有范圍為幾十GPa至數(shù)百GPa的一股的機(jī)械強(qiáng)度。雖然纖維素納米纖維具有高機(jī)械強(qiáng)度，但是它是生態(tài)友好型生物材料。由于納米纖維通過(guò)氫鍵強(qiáng)烈地結(jié)晶，因此難以以納米纖維的形式提取。

為了通過(guò)從纖維素脫纖維化成納米纖維的狀態(tài)進(jìn)行提取，需要其中納米纖維彼此分離的自上而下的脫纖維方法，即，精細(xì)切片或切出塊狀材料的方法。在本領(lǐng)域已知如下方法：在水中在以(2,2,6,6-四甲基哌啶-1-基)氧自由基(TEMPO)為代表的N-氧基化合物催化劑的存在下，用含有次氯酸鈉(NaClO)或硫酸的氧化劑處理纖維素；然后施加分散力。

這樣的方法僅改性納米纖維的表面，而不會(huì)引起納米纖維的晶體結(jié)構(gòu)的破壞。同時(shí)，具有強(qiáng)氫鍵的羥基消失，并且納米纖維帶有負(fù)電荷以產(chǎn)生排斥力。因此，能夠?qū)⒓{米纖維分散在水溶液中。作為另一種方法，當(dāng)將一定濃度的硫酸添加到纖維素中并將其施加于納米纖維的表面時(shí)，幾丁質(zhì)、殼聚糖和纖維素在納米纖維的表面上形成磺酸(R-SO3H)基團(tuán)，從而由負(fù)電荷產(chǎn)生排斥力，使得能夠?qū)⒓{米纖維分散在水溶液中。如上所述制備的纖維狀纖維素材料稱為“納米纖維素”。納米纖維素的代表性示例包括纖維素納米晶體(CNC)和纖維素納米纖維(CNF)。產(chǎn)品中CNC的長(zhǎng)度為150-200nm，直徑約為5-20nm。CNF的長(zhǎng)度為幾微米(1-5μm)，直徑為約10-20nm。另外，納米纖維素在上述化學(xué)處理之后具有酸性。緊接在制備后，納米纖維素處于酸性狀態(tài)，并用堿金屬氫氧化物(例如，NaOH)處理以中和，從而包含少量的堿金屬陽(yáng)離子，例如鈉(Na+)和鉀(K+)。

如上所述，由于一股納米纖維素纖維是高強(qiáng)度的結(jié)晶材料，因此當(dāng)通過(guò)混合納米纖維素來(lái)制造聚合物復(fù)合材料時(shí)，可以增強(qiáng)基體聚合物的不足的機(jī)械和熱性能。

當(dāng)使用可以通過(guò)相對(duì)溫和的過(guò)程而沒(méi)有包括分層和脫纖維化的納米纖維化工序來(lái)制造納米纖維素的納米纖維化的纖維素來(lái)制造聚合物復(fù)合材料時(shí)，由于增強(qiáng)材料的長(zhǎng)徑比低，因此不可能期望機(jī)械增強(qiáng)作用。

因此，僅通過(guò)使用納米纖維素來(lái)制造聚合物復(fù)合材料，就可以制備具有超過(guò)現(xiàn)有復(fù)合材料的物理性能的材料。使用納米纖維素制造聚合物納米復(fù)合材料的困難在于，纖維素通常是具有羥基(-OH)的親水性組分，以致它沒(méi)有與通常疏水性的聚合物和塑料材料充分混合。即使與其混合，纖維素也容易聚集而喪失其作為納米材料的功能。

一種增加納米纖維素與聚合物復(fù)合材料的混溶性的方法是通過(guò)復(fù)合表面疏水化改性工序使納米纖維素具有疏水性。從工業(yè)觀點(diǎn)來(lái)看，該過(guò)程導(dǎo)致成本和制備時(shí)間的延遲。當(dāng)進(jìn)行表面改性時(shí)，納米纖維素的長(zhǎng)徑比降低，從而導(dǎo)致機(jī)械增強(qiáng)作用降低。

主要有兩種方法將具有疏水改性表面的納米纖維素與聚合物混合。第一種方法是將聚合物熔體與處于加熱狀態(tài)的納米纖維素混合，在這種情況下，由于聚合物熔體相的高粘度，與納米纖維素的混溶性顯著劣化。另外，納米纖維素由于長(zhǎng)時(shí)間暴露于熱而熱分解。第二種方法是通過(guò)使用有機(jī)溶劑進(jìn)行增溶來(lái)將聚合物與納米纖維素混合。在這種情況下，使用有機(jī)溶劑可能會(huì)造成環(huán)境污染。

在本發(fā)明中，通過(guò)原位聚合方法制備包含納米纖維素的PBS納米復(fù)合材料，而無(wú)需1)納米纖維素的表面疏水化改性工序和2)加熱混合工序或溶劑混合工序。

發(fā)明內(nèi)容