[发明专利]用于细菌纤维素表面改性的大分子偶联剂及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及用于用作聚合物基复合材料增强材料的细菌纤维素表面改性的大分子偶联剂 及其制备方法和用途，属于复合材料界面改性技术领域。

技术背景

细菌纤维素是由一些微生物经培养基发酵在气液表面形成的凝胶状物质的主要成分，是 微生物分泌的胞外多糖。与植物纤维比较，细菌纤维素具有纯度高、结晶度高、抗拉能力强 等优点。细菌纤维素纤维是由多根直径3～4纳米的微纤组合成50～80纳米的纤维束，并相互 交织形成发达的超精细网络结构(M.Tabuchi，K.Kobayashi，M.Fujimotoc，and Y.Baba，Lab Chip，5，1412(2005))。细菌纤维素这种独特的纳米结构使其产生了良好的机械性能。目前， 一些研究者已经将细菌纤维素作为增强体应用于塑料、橡胶等制品中(W.Gindl and J.Keckes， Compos.Sci.Technol.，64，2407(2004)and U.S.patent 5290830)。如：Nakagaito等将干燥的细 菌纤维素薄膜浸入用甲醇稀释的酚醛树脂溶液中，最后热压成型，制备复合材料。这种细菌 纤维素增强的复合材料有较好的机械强度，其杨氏模量高达28GPa，明显优于纸浆纤维增强 的复合材料(A.Nakayama，A.Kakugo，J.P.Gong，Y.Osada，M.Takai，T.Erata，and S.Kawano， Adv.Funct.Mater.，14，1124(2004))。细菌纤维素与可生物降解的树脂如聚乳酸等复合，可形 成能完全生物降解的复合材料。但是，使用细菌纤维素作为增强材料，与聚合物亲和性及相 容性较差，在基体中难于分散，难于与聚合物基体形成良好的界面粘结。

为了获得力学性能较好的细菌纤维素增强聚乳酸复合材料，必须改善细菌纤维素在聚乳 酸树脂基体中的分散及其与树脂基体的相容性，本发明提出了一种细菌纤维素表面改性的方 法。该方法实施后，细菌纤维素的其它性质不发生明显变化。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种细菌纤维素表面改性的方法。改性后的细菌纤维素亲油性大 幅提高，有助于改善其与聚合物基体的相容性，从而提高复合材料性能。

本发明是通过下述技术方案加以实现：首先合成出大分子偶联剂，然后用偶联剂的溶液 处理细菌纤维素，实现细菌纤维素的表面改性。

一种表面改性细菌纤维素的方法，其特征在于包含以下过程：

(1)两种大分子偶联剂的制备

称取一定量干燥过的聚乳酸(PLA)加入到100mL的三口烧瓶中，并加入适量溶剂，反 应温度为50～110℃，使聚乳酸彻底溶解，然后加入引发剂与硅烷偶联剂(MPS)的溶液，在 70～140℃下反应1～10h，反应过程中N₂气保护。反应结束时将反应溶液倒入激烈搅拌的甲 醇中沉淀，抽滤，并用新鲜甲醇多洗涤几次，最后真空干燥，得到产物记为：MPS-g-PLA。

制备MPS-g-PLA所涉及聚乳酸、引发剂和硅烷偶联剂的重量比为100∶0.1～10∶1～80；

制备MPS-g-PLA所采用的溶剂为：甲苯溶液，二甲苯溶液、二氧六环、氯仿、二氯甲 烷、丙酮、四氢呋喃中的一种或多种混合；

制备MPS-g-PLA所采用的引发剂为偶氮类引发剂、过氧化物类引发剂或氧化还原体系 引发剂。

在一个100mL的三口烧瓶中按配方称取一定量的PLA、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA) 和催化剂，加入适量溶剂。在氮气保护气氛中，磁力搅拌的作用下于60～120℃加热反应 3～24h。反应结束后，进一步加入称取好的偶氮二异丁腈(AIBN)和GMA。在氮气保护下 60～120℃反应12h。反应结束以后，加入10倍过量的甲醇沉淀出共聚物，并且在真空条件 下干燥24小时。得到产物记为：PLA-co-GMA。

制备PLA-co-GMA所涉及聚乳酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯、催化剂、偶氮二异丁腈的 重量比为100∶1～10∶0.1～2∶0.1～5；

制备PLA-co-GMA时，第一次采用的甲基丙烯酸缩水甘油酯同第二次采用的甲基丙烯 酸缩水甘油酯重量比为1∶0.5～20；

制备PLA-co-GMA所涉及溶剂为：四氢呋喃、甲苯、二甲苯、二氧六环中的一种或多 种混合；

制备PLA-co-GMA所涉及催化剂为：金属或金属氧化物；