[發明專利]一種木質素復合聚酰胺自愈合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010638537.6
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111732807A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 汪鐘凱;吳茫;章亞瓊;何悅然
• 申請（專利權）人: 安徽農業大學
• 主分類號: C08L35/00
• 分類號: C08L35/00;C08L97/00;C08J5/18
• 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

本發明公開一種木質素復合聚酰胺自愈合材料，涉及生物質基功能性材料技術領域，本發明主要由以下重量份數的原料制成：木質素1～400份，聚酰胺聚合物100?1000份，溶劑200?2000份。本發明還提供上述自愈合材料的制備方法，本發明的有益效果在于：本發明中的木質素復合聚酰胺自愈合材料斷裂強度1?100MPa，斷裂伸長率50?1000％，韌性10?100MJ/m³，楊氏模量3?50MPa，室溫自主愈合時間為1?72h。

技術領域

本發明涉及生物質基功能性材料技術領域，具體涉及一種木質素復合聚酰胺自愈合材料及其制備方法。

背景技術

以熱固性和熱塑性材料為代表的化石燃料聚合物材料已成為現代社會的重要組成部分，但是隨著化石燃料資源的匱乏和隨著帶來的環境問題，這給化石燃料聚合物的發展帶來的嚴重的挑戰。面對這些問題，迫切需要從可降解、可再生的生物質資源中開發新的商品聚合物，這些材料包括植物油基聚合物、聚乳酸、聚丁烯琥珀酸酯、纖維素、淀粉、甲殼素和木質素等。其中，木質素是僅次于纖維素的地球上第二豐富的生物質聚合物，木質素是造紙和新興纖維素乙醇工業大量生產的副產品，由于化石燃料的大量消耗及其對環境的負面影響，木質素已被選擇作為化石燃料基礎產品的潛在替代品。木質素還具有多種優勢，如反應基團充足，易于功能化、碳含量高、密度低、可生物降解性、抗氧化性、抗菌性和穩定性能等，具有廣泛的工業應用潛力。

木質素是一種具有三維網狀芳香環結構的天然生物質高分子材料，獨特的結構性能導致木質素具有獨特的特性，但本身結構的復雜龐大，導致對天然木質素的提取和利用仍然存在著困難，同時由于木質素的電荷作用，在與其他材料共混利用時極易團聚，形成大顆粒，從而阻礙復合材料性能的增強。因此，雖然每年木質素生產量達5000多萬噸，但只有不到2％用于增值用途，包括混凝土添加劑、穩定劑、分散劑和表面活性劑，其余用作低等級燃燒燃料。

自愈合材料是一種正在蓬勃發展的新型材料，它能識別損害并進行自我修復，材料自愈合性能的研發與應用，能大幅度提高材料的使用壽命，降低資源的消耗與成本，具有可觀的經濟效益和環保效益。環境友好、清潔、來源廣泛、可持續發展的生物質材料具有廣闊的發展前景，因此，開發具有自修復性能的生物質材料是十分必要的。

目前，基于生物質的自修復材料在彈性體、水凝膠、涂料等領域得到了廣泛的應用，環氧天然橡膠是一種具有良好機械性能的光熱誘導生物基自愈彈性體。由于共價交聯，生物基自修復彈性體具有較高的力學性能，但其自修復性能是通過外界刺激實現的。納米纖維素、殼聚糖、多巴胺等生物質材料已廣泛應用于生物基自愈水凝膠的應用，有助于提高水凝膠的力學性能。此外，生物基自愈合材料的另一個研究熱點是植物油制備的自愈涂層，如印楝油、環氧酯等。總體而言，生物基自修復材料為傳感器、機器人執行機構等智能產業的制備提供了廣闊的平臺。

公告號為CN108659167B的專利公開一種高強度自主愈合材料及其制備方法，其利用蓖麻油基單體通過ADMET(無環烯烴復分解)制備了一系列室溫自愈合的彈性體，但是，生物基自愈合材料的機械性能和其他自愈合材料相比較弱，不利于生物基自愈合材料的大規模實際應用。

目前，將木質素引入自愈合體系的研究不多。Dan Kai采用原子轉移自由基聚合(ATRP)法制備了木質素接枝超支化共聚物聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA)，主要是通過將木質素接枝改性成超支化結構，然后通過環糊精的主客體相互作用獲得一種生物基的快速自愈合水凝膠(Dan Kai*et al.Development of lignin supramolecular hydrogelswith mechanically responsive and self healing properties.ACS SustainableChemistryEngineering.2015,3(9)。該方法相比而言，需要先將木質素改性接枝成超支化聚合物再進行下一步的合成，比較繁瑣。

發明內容