[发明专利]一种热塑性纤维素复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种纤维材料及其制备方法，具体涉及一种以纤维素为基底的复合材料及其制备方法。

背景技术

纤维素是自然界中含量最丰富的天然高分子，具有优良的力学性能、生物相容性及可再生性，来源丰富，价格低廉，被认为是石油基合成聚合物材料最具潜力的替代物之一。纤维素材料的开发和应用，在应对石油危机、改善环境污染、实现社会经济可持续发展方面有着重大意义，

通过引入功能性填料的纤维素复合材料，可以赋予纤维素材料更加优异、多样的性能。溶液加工是目前制备以纤维素为基底的复合材料的主要手段。专利文献CN103613790A、CN103552353A分别介绍了通过氢氧化钠-尿素溶解体系制备纤维素-硅酸镁铝复合材料和纤维素复合层压材料的方法，专利文献CN103225173A通过溶液混合、静电纺丝的方法制备了纤维素-纳米贪官复合纳米纤维膜，专利文献CN103170255A以离子液体为溶剂通过溶液浇铸制备了具有较高强度和热稳定性的二氧化硅-纤维素复合分离膜，专利文献CN102443180A介绍了溶剂法制备纤维素复合水凝胶的方法。

与溶液法相比，熔融法制备复合材料具有能耗低、环境污染小、生产效率高等优点，是高分子复合材料更理想的制备方式。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，无法进行熔融复合。

发明内容

本发明针对目前纤维素材料无法融融复合的缺点，提供了一种可以通过熔融复合制备的热塑性纤维素复合材料及其制备方法。

本发明提供的一种热塑性纤维素复合材料，其特征是，它包括纤维素、离子液体和功能性填料，其中，功能性填料在复合材料中的质量百分比含量为0.03～28.57％，离子液体在复合材料中的质量百分比含量为14.29～69.98％，余量为纤维素；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。

本发明提供的一种热塑性纤维素复合材料的制备方法，该方法将离子液体与纤维素充分混合后进行混炼，得到离子液体-纤维素基料，其中，离子液体作为增塑剂对纤维素进行塑化，使纤维素能够被反复加工；再将离子液体-纤维素基料与功能性填料进行熔融共混，得到热塑性纤维素复合材料；其中，离子液体与纤维素的质量比为20/80～70/30；功能性填料的添加量为纤维素含量的0.1～50wt％。

在上述二个技术方案中，所述功能性填料可以为功能性填料为二氧化硅、碳酸钙、二氧化钛、石墨、碳纳米管中的一种。

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，如采用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。

上述制备方法可以采用如下具体实现步骤：

1)在搅拌作用下，将离子液体与纤维素充分混合，制得纤维素预混物；

2)将纤维素预混物置于混炼机中，在热剪切作用下混炼，制得离子液体-纤维素基料；

3)向离子液体-纤维素基料中添加功能性填料，继续混炼，制得纤维素共混物母料；功能性填料添加量为功能性填料总量的5～50％；

4)将步骤3)制得的纤维素共混物母料与剩余的功能性填料混合均匀后，再进行热机械加工成型，制得热塑性纤维素复合材料。

步骤2)中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4)中所述热机械加工成型采用包括双螺杆挤出机、单螺杆挤出机、注塑机或平板硫化机在内的热成型设备；所述熔融成型加工温度为60～180℃，优选温度为100～160℃。