[发明专利]一种纤维素热塑材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种纤维素材料及其制备方法，具体是一种可热塑加工的纤维素材料及其制备方法。

背景技术

纤维素是由绿色植物通过光合作用产生的糖类大分子，具有优良的机械性能、生物相容性、可生物降解性和可再生性。其产量丰富、价格低廉，是石油基合成聚合物材料最具潜力的替代品之一。纤维素材料的开发和利用对国民经济发展和可持续发展战略的实施具有重要意义。

目前的纤维素材料通常采用特殊的溶剂依靠溶液加工而制备。如专利KR20010038732A和CN1358769A分别公开了基于一水合N-甲基吗啉-N-氧化物和氢氧化钠-尿素溶解体系的再生纤维素纤维或膜的制备方法。专利CN101085838A公开了一种纤维素含量不超过30％的离子液体-纤维素溶液的连续制备方法。专利CN103709435A和CN103627023A分别公开了溶解法制备纤维素凝胶和泡沫的方法。

与溶液法相比，熔融加工法具有能耗低、环境污染小、生产效率高等优点，成为高分子材料更理想的制备方法。但纤维素分子结构中存在的大量羟基使其形成了强分子内和分子间氢键，导致纯纤维素的熔融温度高于其分解温度，无法进行熔融加工。

发明内容

本发明针对目前纯纤维素无法熔融加工的缺点，提供了一种可熔融加工的纤维素热塑材料及其制备方法。

本发明的一种纤维素热塑材料，其特征在于，该材料由离子液体和纤维素构成，其中，离子液体与纤维素的质量比为20/80～50/50，所述离子液体作为增塑剂，能够破坏纤维素分子间氢键和增加自由体积，以实现对纤维素的塑化。

本发明的纤维素热塑材料的制备方法，具体步骤如下：

1)将作为增塑剂的离子液体与纤维素按照质量比为20/80～50/50预混合后，置于混炼机中，在热剪切作用下混炼，制得可反复热塑成型的纤维素基料；

2)将步骤1)制得的纤维素基料通过热成型设备进行热机械加工成型，制得热塑性纤维素初级材料；

3)将步骤2)制得的热塑性纤维素初级材料置于硬脂酸溶液中浸渍后烘焙，制得本发明的纤维素热塑材料。

上述二个技术方案中，所述纤维素为长度小于10毫米的天然纤维素，或粒径小于300微米的微晶纤维素粉末中的一种或几种，所述天然纤维素包括棉绒、木纤维、麻纤维、竹纤维，或粒径小于5毫米的秸秆、甘蔗渣、棉浆粕碎块；所述离子液体为阴离子为氯离子、甲酸根或乙酸根的离子液体，如1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐、1-丙基-3-甲基咪唑醋酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐中的一种或几种。

本发明提供的制备方法中，步骤1)所述混炼机为开炼机或密炼机；所述混炼温度为60～150℃，优选温度为90～130℃。

步骤2)所述热成型设备为双螺杆挤出机、单螺杆挤出机、注塑机、平板硫化机中的一种；所述热机械加工成型温度为60～180℃，优选温度为100～160℃。

步骤3)所述硬脂酸溶液为硬脂酸的乙醇溶液，硬脂酸溶液的浓度为20～40g/100ml，浸渍时间为2～20秒；所述烘焙温度为70～90℃，烘焙时间为0.5～3小时。

本发明的优越性在于提供了一种与纤维素具有良好相容性的离子液体作增塑剂的纤维素热塑材料，这种纤维素热塑材料不仅具有可反复成型加工的特点，而且抗增塑剂迁移、结构稳定。本发明提供的纤维素热塑材料的制备方法与现有技术相比，具有工艺简单、生产效率高、产品可二次加工的特点，改善了以往纤维素材料形式单一的缺陷，拓宽了纤维素材料的应用领域。

附图说明

图1为实施例1所制备的纤维素热塑材料的注塑样条。

图2为实施例2所制备的含离子液体的纤维素热塑材料的拉伸强度和模量曲线。

图3为实施例3在使用密炼机制备纤维素基料过程中的转矩变化。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1：