[發明專利]一種植物塑料及其制備方法

有效

• 申請號: 201911075389.5
• 申請日: 2019-11-06
• 公開（公告）號: CN112778578B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 祝名偉;吳佳揚;黃大方;陳延峰
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C08L1/02
• 分類號: C08L1/02;D01C1/02
• 代理公司: 江蘇法德東恒律師事務所 32305
• 代理人: 李媛媛

本發明公開了一種植物塑料及其制備方法。該塑料僅由微米級的植物纖維構成，植物纖維彎曲變形并緊密纏繞，形成致密的微結構。植物塑料外觀性質類似普通塑料，光學半透明，質地硬，強度高，密度(約1.2?1.6g/cm³)接近纖維素的理論密度(約1.6g/cm³)；其成分為天然纖維素，無熱塑性，可完全生物降解。本發明的制備方法為：將植物纖維表面用化學溶液處理；然后用酸或水溶液處理；最后用水清洗去除樣品中的化學殘留物、干燥，獲得植物塑料。本發明制備的植物塑料是一種全新的材料，其制備方法具有原料來源廣泛，成本低、制備步驟簡單等特點，具有廣闊的應用范圍。

技術領域

本發明涉及一種植物塑料的新材料及其制備方法，屬于人工微結構材料、生態材料及其制備技術。

背景技術

塑料是石油化工的重要產物，是人類最偉大的發明之一。然而，由于塑料的難降解性，隨著塑料廢棄物的日益增多，近年來引發了所謂的“塑料危機”。不僅在陸地，甚至在海洋的最深處，都發現了塑料顆粒。塑料不僅導致環境污染，甚至以水、水生動物等的形式進入人的體內，影響著人類健康。因此，尋找塑料的替代品，發展完全可生物降解、環境友好的新材料是環境可持續發展的重要保障。天然纖維素是自然界最豐富的天然高分子，具有成本低廉、可再生、環境友好、可生物降解等優點，因而利用纖維素制備新型的材料具有重大的科學價值和社會意義。

傳統上，人們將天然植物中蘊含的植物纖維通過粘結膠等方式粘結起來，形成具有一定強度的塊材，如地板、裝修木板材等。由于加入了膠等物質，大大影響了其環境友好性。采用淀粉等環境友好的膠粘結植物纖維形成的塊材，成本高，容易霉變。還有一種方式是將植物纖維全部溶解成納米纖維素纖維，然后在溶液中重新析出固化獲得再生纖維素，獲得纖維素絲或者纖維素塊材。但將納米纖維從植物中抽取出來形成納米纖維的制備時間和成本非常高，同時納米纖維制備塊材的時間和成本也非常高，導致所得材料很難具有生產和應用價值。

使用植物的微米纖維，即植物的細胞(如造紙纖維)，來構筑具有塑料功能性能的新材料，將極大降低成本，使得所得的植物塑料具有代替難降解塑料實現大規模應用的可能性。然而，由于在不加粘結膠等外來物質輔助的情況下，植物微米纖維間的強相互作用很難實現，純植物微米纖維形成類似塑料的材料目前未見報道。

發明內容

本發明的目的是利用微米級的植物纖維制備出一種可完全生物降解、性能優異的植物塑料新材料，以滿足部分替代塑料的環境友好的應用。本發明的另外一個目的是提供該新材料的制備方法。

本發明采用的技術方案為：

一種植物塑料，僅由微米級的植物纖維構成，植物纖維彎曲變形并緊密纏繞，形成致密的微結構；所述植物塑料無熱塑性并可完全生物降解。

進一步地，所述植物塑料的密度為1.2-1.6g/cm³，肖氏硬度為60-80。

進一步地，所述微米級的植物纖維為破壁或非破壁的植物細胞。

本發明一種植物塑料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將分散的植物纖維用A處理溶液處理一定時間，以提高微米級的植物纖維的表面活性；

(2)再用B處理溶液處理一定時間，使得植物纖維硬化形成塊材；

(3)將步驟(2)得到的塊材用水清洗去除化學殘留物，干燥后即可獲得所述植物塑料。

進一步地，在步驟(1)中，所述A處理溶液包括強堿溶液、堿/尿素混合溶液、氯化鋰/二甲基乙酰胺溶液、離子液體、銅氨溶液或者N-甲基嗎啉-N-氧化物溶液。

進一步地，在步驟(1)中，所述處理一定時間具體為5分鐘到72小時。

進一步地，在步驟(2)中，所述B處理溶液為鹽酸溶液、醋酸溶液、硫酸溶液、氫氧化鈉溶液或水，或以上溶液任意安全的組合方式。