[發(fā)明專利]一種基于無熔點(diǎn)天然聚合物的納米微粒工業(yè)加工方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910079089.8
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109866371B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王云明;張?jiān)?/a>;周華民;孫艷玲;黃志高;李德群;符岳
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: B29C43/02
• 分類號: B29C43/02;B29C43/32
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 梁鵬;曹葆青

本發(fā)明屬于高分子材料成形加工領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于無熔點(diǎn)天然聚合物的納米微粒工業(yè)加工方法。該方法包括下列步驟：(a)選取無熔點(diǎn)天然聚合物作為原料，并將其進(jìn)行球磨、冷凍干燥，獲得流動性好的納米球材料，然后獲取其熱分解溫度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和粘流轉(zhuǎn)變溫度；(b)將流動性好的納米球材料加入模具中，經(jīng)升溫、保溫升壓和冷卻卸壓后即獲得所需的產(chǎn)品。通過本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)無熔點(diǎn)天然聚合物的無溶劑直接成形，解決其難于加工和獲得的產(chǎn)品強(qiáng)度低、光吸收性和化學(xué)活性低的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子材料成形加工領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于無熔點(diǎn)天然聚合物的納米微粒工業(yè)加工方法。

背景技術(shù)

天然聚合物是自然界或礦物中由生化作用或光合作用而形成的高分子化合物，廣泛存在于動物、植物或礦物內(nèi)，而且，它具有生物相容性、可降解性、無毒、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。人們目前使用的化石燃料不可再生、污染嚴(yán)重，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)、綠色制造，天然聚合物有望替代其成為一種新型材料和新型能源。

高分子成形加工通常是使固體狀態(tài)、糊狀或溶液狀的高分子化合物熔融或變形，經(jīng)過模具形成所需的形狀，并保持已經(jīng)取得的形狀，最終得到制品的工藝過程。但是，有些天然聚合物由于其自身的性質(zhì)，粘流轉(zhuǎn)變溫度高于熱分解溫度，故難以直接采用常規(guī)方法進(jìn)行熱塑性加工成形。目前廣泛采用的方法是用特定的溶劑或昂貴的離子液體對聚合物材料進(jìn)行處理，改變材料自身的性質(zhì)，使其符合加工需求，但是這并不能發(fā)揮高分子材料的全部優(yōu)勢。

纖維素、木質(zhì)素和半纖維素是自然界中來源很廣泛的天然聚合物，具有生物可降解性、生物相容性及安全性等優(yōu)點(diǎn)，但是由于它們的普通晶粒的粘流轉(zhuǎn)變溫度高于熱分解溫度，故難以成形加工。目前廣泛采用的方法是用離子液體將其增塑，破壞分子間氫鍵，降低它的粘流轉(zhuǎn)變溫度，使其滿足熱塑性加工條件后進(jìn)行加工，但利用該方法獲得的制件并不能完全體現(xiàn)天然聚合物的優(yōu)異性能，強(qiáng)度低、光吸收性和化學(xué)活性低，且加工過程復(fù)雜，因此，急需一種破壞性低，安全簡便的可以降低無熔點(diǎn)天然聚合物的加工溫度的方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于無熔點(diǎn)天然聚合物的納米微粒工業(yè)加工方法，該方法通過將無熔點(diǎn)天然聚合物納米化，使其粒徑減小，從而具備納米材料的小尺寸效應(yīng)，以此降低無熔點(diǎn)天然聚合物的粘流轉(zhuǎn)變溫度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，易于加工，另外，基于納米材料的表面效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)可以解決無熔點(diǎn)天然聚合物難于加工和獲得的產(chǎn)品強(qiáng)度低、光吸收性和化學(xué)活性低的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種基于無熔點(diǎn)天然聚合物的納米微粒工業(yè)加工方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：

(a)選取無熔點(diǎn)天然聚合物作為原料，并將其進(jìn)行球磨使其粒徑減小至納米級，以此獲得粒徑在1nm～1000nm之間的納米球材料，將該納米球材料冷凍干燥，減少彼此之間的團(tuán)聚，然后獲取其熱分解溫度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和粘流轉(zhuǎn)變溫度；

(b)將所述納米球材料加入模具中，根據(jù)其熱分解溫度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和粘流轉(zhuǎn)變溫度設(shè)定模具溫度，升高所述模具的溫度，使得加入的所述納米球材料處于高彈態(tài)，保溫升壓，使得納米球的各個分子之間彼此連接成形，冷卻卸壓后即獲得所需的產(chǎn)品。

進(jìn)一步優(yōu)選地，在步驟(a)中，所述球磨的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為1500rpm～1700rpm，球磨時間優(yōu)選為10h～48h，冷凍干燥的溫度優(yōu)選為-60℃～-80℃。

進(jìn)一步優(yōu)選地，在步驟(a)中，所述納米球材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和粘流轉(zhuǎn)變溫度優(yōu)選采用差式掃描量熱法獲取。

進(jìn)一步優(yōu)選地，在步驟(a)中，所述納米球材料的熱分解溫度優(yōu)選采用熱重分析法獲取。

進(jìn)一步優(yōu)選地，在步驟(b)中，所述模具型腔的表面粗糙度不超過Ra0.08。

進(jìn)一步優(yōu)選地，在步驟(a)中，所述設(shè)定模具的溫度，該溫度優(yōu)選為高于所述納米球材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的5℃～50℃。