[发明专利]溶剂型木质素或其衍生物改性模塑料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种溶剂型木质素或其衍生物改性模塑料及其制备方法，属于材料制备领域。

背景技术

材料是人类社会存在和发展的基础，新材料的不断出现和应用是人类文明进步的重要标志之一。随着社会的进步、经济的发展和生活水平的提高，人们越来越关注地球的资源、环境和生态平衡等问题。酚醛树脂是人类最早研究成功的一类合成树脂，但由于性脆、强度低，相当长一段时期未能获得广泛应用。当人们发现将木粉大量填充到酚醛树脂中制成的酚醛塑料具有较高的力学性能、电绝缘性能以及较理想的加工工艺性后，酚醛树脂的生产才有了蓬勃的发展，应用领域才获得迅速推广。酚醛模塑料是酚醛树脂最主要的应用领域之一，传统的酚醛膜塑料的基本组成为：酚醛树脂、填充剂、固化剂、固化促进剂、脱膜剂、增塑剂、增韧剂、着色剂等。酚醛树脂是用苯酚等酚类化合物和甲醛等醛类化合物在催化剂的作用下缩聚而成。但是制备酚醛树脂需要酚、醛等通过煤化学或石油化学过程得到的产品，合成过程需要加热，消耗能量，还要处理含酚污水，解决环保问题。

木质素是广泛存在于植物体中的一种天然高聚物，是一种丰富的可再生资源。木质素是由结构不同的苯丙烷单体交联形成的三维高分子，分子结构与酚醛树脂非常相似，但是天然木质素由于分子内和分子间酚羟基、羰基、醚键等极性基团的强烈的相互作用，不容易溶于普通常用的有机溶剂，加热也难以熔融。随着人类对环境污染和资源危机等问题的认识不断深入，天然高分子所具有的可再生、可降解性等性质日益受到重视。木质素等可再生资源的合理利用是当代经济与社会发展的重大课题。溶剂型木质素由于溶剂法制备工艺过程中生物质中含有的木质素的分子结构受损较少，因此木质素所含的活性基团得到较好的保存。作为高分子合成或改性产品原料，溶剂型木质素相比传统的木质素磺酸盐、碱木素具有很多独特的优势，例如更高的反应活性基团比例、杂质少、纯度高等。本发明研究发现选用组合的增塑剂，可以使溶剂型木质素转变成热塑性材料，再添加一定比例的填充剂、固化剂、固化促进剂、脱膜剂、增塑剂等与之复合，得到部分替代甚至完全替代酚醛树脂的木质素改性模塑料。本发明少用甚至完全不需要酚、醛等石油化工原料，使用可再生的生物质木质素制备与酚醛改性模塑料性能相同的木质素改性模塑料，给酚醛改性模塑料的制造产业带来革命性的变化，将产生重大的经济效益和社会效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种溶剂型木质素或其衍生物改性模塑料及其制备方法，采用溶剂型木质素或其衍生物能够部分甚至100%替代酚醛树脂，制得与酚醛模塑料性能相似的木质素改性模塑料，既可少用或不用酚、醛等石油化学品，降低石油资源的消耗以及模塑料的生产成本，尤其是用木质素或木质素衍生物完全替代酚醛时,不需要预先合成酚醛树脂，节水节能，减少含酚污水的污染，将会产生重大的社会效益；其加工工艺简单、容易实施，效果良好。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种溶剂型木质素或其衍生物改性模塑料的原料及各原料的重量份数：溶剂型木质素或其衍生物40-80份，塑化剂10-30份，热固性酚醛树脂0-50份，填充剂20-60份，固化剂8-24份，固化促进剂2-6份，增塑剂1-10份，增韧剂0-5份，润滑剂0-2份。

所述的溶剂型木质素是采用溶剂法从含有木质素组分的生物质原料直接提取或从木片、竹子、草木秸秆发酵制备乙醇、丁醇、功能性多糖或生物天然气的残渣中提取得到的天然高分子材料；所述的溶剂型木质素的衍生物是经过溶剂型木质素与醛类、环氧化合物、异氰酸酯、酚类或卤素衍生物的化学反应或溶剂型木质素与高分子单体丙烯酰胺，苯乙烯或顺丁烯二酐接枝共聚形成的衍生物。

所述的塑化剂是甘油、乙二醇、尿素、甲酰胺中的一种或多种混合物。所述的填充剂为木粉、玻璃纤维、芳纶纤维、纳米蒙脱土、纳米二氧化硅、木陶瓷粉末中的一种或多种混合物。所述的固化剂是六次甲基四胺、三乙烯四胺、二乙烯三胺、脂肪族胺、异氰酸酯或酰胺型、酚醛胺型环氧树脂固化剂；所述的固化促进剂是氧化镁、氢氧化钙中的一种或多种的混合物。所述的增塑剂是糠醛、苯乙烯或二甲苯中的一种或多种混合物。所述的增韧剂是石墨烯、石墨粉、尼龙中的一种或多种混合物。所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌中的一种或它们的混合物。

一种溶剂型木质素或其衍生物改性模塑料的制备方法是采用溶剂型木质素或其衍生物为原料，按原料配比，和塑化剂、热固性酚醛树脂、填充剂、固化与固化促进剂、增塑剂、增韧剂、润滑剂共混，通过热压固化工艺或注塑机注射成型工艺制得所述的溶剂型木质素或其衍生物改性模塑料。所述的制备方法的具体步骤为：