[发明专利]一种以木质纤维为原料制备生物基塑料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物基材料技术领域，具体的涉及一种以木质纤维为原料制备生物基塑料的方法。

背景技术

塑料是非常重要的有机合成高分子材料，应用十分广泛。自1907年世界上第一种完全合成的塑料出现开始，塑料工业迅猛发展。时至今日，塑料制品从工业生产到衣食住行，无处不在。庞大的塑料市场推动了多种行业的快速发展，却在为人类带来效益的同时引起了一系列环境和资源问题：塑料废弃物激增，作为塑料来源的石油资源供应紧张。面对严峻的现实局面，世界上无论是发达国家还是发展中国家都被迫理性地探索和开发新的发展模式和发展战略，寻求一条经济增长与资源环境和谐发展的可持续发展道路。生物基塑料的开发以及可再生资源的利用，作为实现可持续发展的有效措施之一，已成为全球瞩目的研究热点。自然界的动植物体内存在大量的多糖类物质，它们易被生物降解且有可能用来制造热塑性高分子材料。纤维素、淀粉、甲壳素和蛋白质等都是科学家们研究所涉及的天然高分子材料的原料，其中发展技术较为成熟的是淀粉基塑料。然而在全球粮食危机依然威胁人类生存的今天，以粮食为原料开发生物基塑料势必受到阻碍。

在我国众多的可再生资源中，木质纤维类生物质以木材、竹材、农作物秸秆、玉米芯等形式广泛存在于自然界中，来源广泛、价格低廉、环境友好。然而作为其主要组分的纤维素拥有高达50%-70%的结晶度，木质素亦具有复杂的三维网状交联结构，这就使得木质纤维类生物质不能高温塑化，难以通过普通塑料加工方式成型，严重地阻碍了其应用和发展，致使长久以来，木质纤维类生物质尤其农林废弃物未被充分利用，农作物秸秆甚至被焚烧在田头，不仅浪费了资源，而且造成大气环境污染。

1979年，Funakoshi和shiraihi等的关于木材经酯化或醚化可以转变为热熔性材料的研究，开辟了将木材通过化学改性转化为热塑性材料的新领域。随后，该领域引起了科学家们的广泛关注。余权英等研究了木材的乙酰化及其热塑性。发现用常规乙酰化方法获得的乙酰化木材不显示熔融行为，而用三氟乙酸预处理后在相同条件下制得的乙酰化木材可在210℃附近软化，在290~300℃出现熔融，并可在110~130℃热压成半透明的薄片。但改性反应过程复杂，成本较大。卢珣等以杉木屑为原料，用余权英等的乙酰化改性方法制备了乙酰化杉木，可热压成型，但力学性能不佳。当省去高氯酸和三氟乙酸，而只用二甲苯为溶剂得到的产品，乙酰化程度降低，力学性能仅略有提高。房新等在微波作用下，以浓硫酸为催化剂，乙酸酐为改性剂，将碱处理后的天然稻草乙酰化，得到最高增重为25.07%的乙酰化稻草。然后以乙酰化稻草为增强体，聚乙烯为基体，研制PE/乙酰化稻草纤维增强复合材料。但得到的共混材料力学性能较差。

虽然目前已经存在一些关于木质纤维类生物质热塑性研究的报导，但从实质上来说并未取得突破性进展。木塑复合材料的研究仍是主流，大多数木材的化学改性研究也是以达到改善与塑料的界面相容性为目的。即使有一些木质纤维类生物质改性增塑的研究，也未见改性产物可注塑成型的报道，即至今未能成功制备出木质纤维类生物基塑料。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种以木质纤维为原料制备生物基塑料的方法，为木质纤维的高附加值利用提供新的途径。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种以木质纤维为原料制备生物基塑料的方法，包括以下步骤：

（1）取木质纤维类生物质，粉碎，备用；

（2）用球磨机对原料进行球磨，得粉料，球磨时间为1~15h；

（3）用N-甲基咪唑溶解邻苯二甲酸酐，加入粉料，搅拌反应，反应时间为0.5~10h；

（4）用工业乙醇或丙酮反复洗涤产物，干燥，即得到生物基塑料。

其中，邻苯二甲酸酐为粉料重量的1～5倍，N-甲基咪唑为邻苯二甲酸酐重量的3~8倍。

在步骤（3）的反应中加入催化剂，所述的催化剂为酸性催化剂或吡啶、咪唑类催化剂，所述的催化剂用量为不超过粉料重量的20%。

所述木质纤维类生物质包括木材、木屑、扶桑枝条、秸秆、芦苇、稻壳、玉米芯、花生壳和甘蔗渣。

有益效果：与现有技术相比，本发明的以木质纤维为原料制备生物基塑料的方法，先粉碎木质纤维类生物质，然后进行球磨得粉料；用溶剂溶解改性试剂，加入粉料进行改性反应；结束后，将产物洗涤，干燥，即得。具备的主要优点包括：

（1）原料来源广泛、成本低廉。