[发明专利]一种制备全纤维素复合层压材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于天然高分子化学技术领域。特别涉及一种制备全纤维素层压材料的方法。

背景技术

当前，科学与技术已趋向可再生的原料以及环境友好、可持续发展的方法和过程（Tilman, D.; Socolow, R. et al. Science 2009, 325, 270-271.）。地球上存在着很多具有各种形态、结构和功能的天然高分子，它们来源丰富且可再生，产物在废弃后能被自然界中的微生物分解为水、二氧化碳及无机小分子，属于生物可降解材料。纤维素作为地球上含量最大的天然高分子，生物相容性好、易衍生化，将成为未来的主要化工原料之一(Klemm, D.; Heublein, B. et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 3358-3393.)。纤维素已用于纺丝、制膜、生产无纺布和各种纤维素衍生物。共混改性是开发高分子新材料的重要途径之一。共混材料综合了各个组分的特点，力学性能、热稳定性、生物相容性等得到改善和提高，甚至具备了特定的功能。因此，研究与开发完全可再生的、可生物降解的纤维素天然高分子共混材料具有重要意义。植物纤维是最具吸引力的天然增强体之一。天然纤维素具有高强度（模量达数十GPa）和低密度1.47-1.59g/cm³，是力学性能最为优异的天然生物质材料，可比拟铝（70 GPa）和玻璃纤维（76 GPa）(Wegst U, Ashby M. Philos Mag 84(21):2167; Lyons W. J Chem Phys 9:377)，而且价格低廉、可完全生物降解，是高性能低成本增强材料，可完全取代能耗高、污染大的玻璃纤维。

研究报导制备全纤维素复合材料的方法有两种：一是二步法，即先溶解纤维素得到纤维素溶液，然后与纤维素纤维混合凝固(Nishino T, Matsuda I, Hirao K. Macromolecules 37(20):7683)；二是一步法，即纤维素纤维在溶剂中部分溶解，然后与未溶解部分一起凝固，例如Gindl et al. (Gindl W, Keckes J.Polymer 2005, 46(23):10221)采用此方法溶解10 % v/v的纤维素，余下纤维素作为增强体制备了全纤维素复合材料，这种方法也被称为“表面选择溶解法”(Soykeabkaew N, Arimoto N. Compos Sci Technol 2008, 68(10–11):2201)。Gindl(Gindl W, Keckes J.Polymer 2005, 46(23):10221)，Soykeabkaew(Soykeabkaew N, Arimoto N. Compos Sci Technol 2008, 68(10–11):2201)和Duchemin(Duchemin BJC, Newman RH, Staiger MP. Compos Sci Technol 2009, 69(7–8):1225)等人一步法制备了离子液体溶剂体系全纤维素复合材料，所用纤维素包括微晶纤维素、山毛榉纤维、滤纸、竹麻、天丝等天然和人造纤维素纤维，复合材料拉伸强度可达数百MPa。然而，离子液体成本高昂，限制其应用发展。二步法受工艺限制，所报道的研究不多，多以纳米纤维素增强的全纤维素材料为主，Qi等人(Qi H, Cai J Biomacromolecules 2008, 10(6):1597)制备含10wt.%纳米纤维素的纤维素膜，拉伸强度达124MPa，比空白纤维素膜高出50%，而且具有很好的透光性。

发明内容

本发明的目的就是针对上述背景技术的现状，以低污染、低成本、简便为目标提供一种制备全纤维素层压材料的新方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

1、配制纤维素溶液：将分子量为1.0×10⁴~1.4×10⁵的纤维素加入到-12.0 ℃以下的含有5 - 12 wt.% 氢氧化钠、0 - 20 wt.% 尿素和0 - 20 wt.% 硫脲混合水溶液，或3 - 12 wt.% 氢氧化锂、0 - 20 wt.% 尿素和0 - 20 wt.% 硫脲混合水溶液中，并迅速搅拌3-5 min；纤维素溶液的浓度为2-8 wt.%。