[发明专利]纤维素凝胶/丙烯酸系聚合物组合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维素复合材料，具体涉及纤维素凝胶/丙烯酸系聚合物组合物，属于高分子材料领域。

技术背景

纤维素(cellulose)是由葡萄糖组成的大分子多糖，是植物细胞壁的主要成分。纤维素是取之不尽用之不竭的，是人类最宝贵的天然可再生资源。不溶于水及一般有机溶剂。同时，纤维素线热膨胀系数与玻璃纤维相同，弹性率高于玻璃纤维，具有可与芳纶纤维媲美的物性。由纤维素制取材料尤其复合材料越来越受到大家的关注。

有报道纤维素纳米晶须和纳米纤维被直接或经表面改性后分散于天然高分子或合成高分子中，用于改善材料的力学性能和热学性能(如Biomacromolecules，2009，10，425-432；Macromolecules，1995，28，6365-6367；Progress in Polymer Science，1999，24，221-274)。这些方法最为关键的问题是需要解决纤维素纳米晶须或纳米纤维在极性或非极性溶剂中的均匀分散问题，主要是利用纤维素纳米晶须或纳米纤维表面羟基进行化学接枝改性，或对聚合物进行亲水改性，但是纤维素纳米晶须或纳米纤维仅能达到有限的浓度。最近，细菌纤维素被浸渍于丙烯酸树脂中，并经紫外聚合得到细菌纤维素/丙烯酸树脂复合材料(Adv.Mater.，2008，20，1849-1852)。由于细菌纤维素培养过程中菌株的来源极大影响它的产率，而且对培养液来源、组成及培养温度要求严格，并且需要两周以上的时间，聚合前还需对培养的细菌纤维素进行纯化，此过程非常复杂，因此并不适合大量生产和应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种新的纤维素复合材料，以及该纤维素复合材料的制备方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种纤维素凝胶/丙烯酸系聚合物组合物，由纤维素凝胶与丙烯酸系聚合物组成，其中纤维素凝胶的含量为组合物总量3～85wt％。

所述丙烯酸系聚合物是由丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类及其它烯属单体中的一种或几种聚合而成。

丙烯酸酯类单体的实例包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸仲丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸异戊酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸十二烷基酯、丙烯酸十五烷基酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸苯酯、丙烯酸苄酯、丙烯酸苯氧乙酯、丙烯酸2-羟基乙酯、丙烯酸2-甲氧基乙酯、丙烯酸缩水甘油酯和丙烯酸烯丙酯。可以使用这些单体的至少一种。在这些丙烯酸酯中，从改善本发明的纤维素凝胶/丙烯酸系聚合物组合物的柔韧性的角度考虑，优选使用丙烯酸烷基酯，如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸2-乙基己酯或丙烯酸十二烷基酯，更优选使用丙烯酸正丁酯或丙烯酸2-乙基己酯。

甲基丙烯酸酯类单体的实例包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸仲丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸异戊酯、甲基丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸十二烷基酯、甲基丙烯酸十五烷基酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸苯氧乙酯、甲基丙烯酸2-羟基乙酯、甲基丙烯酸2-甲氧基乙酯。可以使用上面列举的甲基丙烯酸酯中的至少一种。在上面列举的甲基丙烯酸酯中，从改善本发明的纤维素凝胶/丙烯酸系聚合物组合物的力学性能和耐热性的角度考虑，优选使用甲基丙烯酸烷基酯，如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯或甲基丙烯酸环己酯，更优选使用甲基丙烯酸甲酯。

在本发明的纤维素凝胶/丙烯酸系聚合物组合物中，甲基丙烯酸树脂的成分为树脂成分总量的0～100wt％。当甲基丙烯酸树脂的比例偏低时，所得的组合物的机械强度下降。另一方面，当甲基丙烯酸树脂的比例偏高时，所得的组合物的柔韧性下降。综合考虑由纤维素凝胶/丙烯酸系聚合物组合物的机械强度和柔韧性时，优选甲基丙烯酸树脂的成分为树脂总量的10～70wt％。

本发明纤维素凝胶/丙烯酸系聚合物组合物的制备方法是：将纤维素溶解制得纤维素溶液，由纤维素溶液制得纤维素水凝胶，将纤维素水凝胶中的水置换为有机溶剂，得到纤维素有机凝胶，将纤维素水凝胶或有机凝胶经过超临界干燥、常压干燥或冷冻干燥除去液体介质，得到纤维素气凝胶；将纤维素有机凝胶中的有机溶剂置换为丙烯酸系聚合物单体，或将纤维素气凝胶浸渍于丙烯酸系聚合物单体中聚合得到纤维素凝胶/丙烯酸系聚合物组合物。