[發明專利]一種含有木質素的生物基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010638533.8
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111718591B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 章亞瓊;陳佳偉;汪鐘凱;吳茫;邢明欣;孔維銘
• 申請（專利權）人: 安徽農業大學
• 主分類號: C08L97/00
• 分類號: C08L97/00;C08L77/06;C08G69/42
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 葉濛濛

本發明公開一種含有木質素的生物基復合材料，涉及高分子材料技術領域，主要由以下重量份數的原料制成：木質素50?80份，聚酰胺20?50份，所述聚酰胺的結構通式如下：其中5≤n≤5000，R₁和R₃為脂肪族主鏈結構，R₂為帶有酯基官能團的側鏈結構，R₄為帶有硫醚的主鏈結構；本發明還提供上述復合材料的制備方法。本發明的有益效果在于：本發明制備的含有木質素的生物基復合材料擁有80％含量的木質素后仍有較好的韌性，極大地提高木質素利用率和應用領域，并且該材料具有極好的抗紫外線能力，具有極大的工業化前景和商業價值。

技術領域

本發明涉及高分子材料技術領域，具體涉及一種含有木質素的生物基復合材料及其制備方法。

背景技術

木質素(Lignin)是地球上第二豐富的天然聚合物，廣泛存在于植物的細胞壁，已被認為是一種很有前途的替代現有化石燃料的資源。木質素的成本低、含量豐富、環境友好和良好的抗紫外線輻射性能，使得木質素存在許多潛在的應用,如粘合劑、防曬膏、碳纖維、填料、生物衍生合成聚合物和復合材料等。

木質素材料的增值應用前景廣泛，但存在韌性較差的性能缺陷。木質素是一種非晶態熱塑性材料，其玻璃化溫度較高，且在高溫下會發生自由基自適應，限制了其熱穩定性，此外，木質素基材料通常表現出較差的力學性能，現有技術中，為了提高工業用木質素的熱塑性和力學性能，木質素的增韌改性主要是兩種方法，一種是共聚改性，但是這種方法步驟比較復雜，產量很低，很難實現工業應用；另一種是共混改性，這是提高韌性最經濟有效的方法。

傳統的木質素共混改性所使用的聚合物有聚烯烴、聚環氧乙烷、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇、乙烯-醋酸乙烯共聚物等，但是這些聚合物分子量較小，且兩者間的相容性較差，容易導致木質素共混物玻璃化轉變溫度下降，不易于木質素材料加工，導致材料的韌性達不到要求且容易發脆等問題。

專利CN201110150520.7公開一種木質素改性方法，按照質量比木質素：催化劑：硫醇：二甲基甲酰胺為1:0.2-0.6:0.5-2:5-10的比例，將木質素溶解在有機溶劑中加入溶解有硫醇和堿性催化劑的有機溶劑中進行脫甲基化反應，離心、洗滌干燥后得到純凈的脫甲基木質素。本發明提供一種木質素在改性過程中自由基不發生聚合，木質素分子量降低同時極性增加，提高與甲醛反應活性，更高比例地替代苯酚。通過本方法改性的木質素呈粉末狀，可以用來制備熱塑性酚醛樹脂和熱固性酚醛樹脂，用于粘合劑、酚醛泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、酚醛模塑料、炭化功能性材料和聚氨酯薄膜等多種新型高分子材料。

聚酰胺(PA)作為一種熱塑性樹脂，也曾被用于木質素的增韌改性研究，但是增韌效果不佳。例如在對木質素/PA共混物進行力學性能測試時，測試結果表明木質素含量為10wt％時，木質素/PA共混物拉伸斷裂伸長率能夠達到200％和拉伸強度能夠達到4MPa，但隨著木質素含量增加到30wt％，木質素/PA共混物的拉伸斷裂伸長率和拉伸強度與純木質素相比，并沒有明顯提高，木質素/PA共混物仍是脆性材料，而且該共混物中的木質素含量僅涉及10-30wt％。(Liu K,Madbouly S A,Schrader J A,et al.Biorenewable polymercomposites from tall oil-based polyamide and lignin-cellulose fiber[J].Journal of Applied Polymer Science,2015,132(48):n/a-n/a.)。當涉及到高木質素含量的時候，大家通常使用聚烯烴與木質素共混，研究人員發現，在對聚丙烯(PP)/木質素共混物進行力學性能測試時，當木質素的含量超過50wt％時，聚丙烯(PP)/木質素共混物的形變能力低于1％，與純木質素相比差別不大，并不能滿足工業要求(Bozsódi,Brúnó,Romhányi,Vivien,Pataki P,et al.Modification of interactions in polypropylene/lignosulfonate blends[J].MaterialsDesign,2016,103:32-39.)。