[发明专利]制备木质素和/或纤维素的接枝共聚物的方法

说明书

本发明涉及一种制备木质素和/或纤维素的接枝共聚物的方法，其包括通过对所述含木质素和/或纤维素的材料的木质素和/或纤维素的主链机械冲击而原位产生大分子自由基，并将单体和/或聚合物接枝到所述主链上。另外，本发明涉及通过所述方法可获得的接枝共聚物，包含所述共聚物的复合材料以及其应用。

技术领域

本发明涉及制备木质素和/或纤维素的接枝共聚物的方法，其包括通过对含木质素和/或纤维素材料中的木质素和/或纤维素的主链机械冲击而原位产生大分子自由基，并将单体和/或聚合物接枝到所述主链上。此外，本发明涉及通过所述方法可获得的接枝共聚物，包含所述接枝共聚物的复合材料及其应用。

背景技术

木质纤维素纤维是亲水性的，因此在暴露于水分时，其非常容易丧失机械性能。这是一个缺点，因为其使得纸张和纸板不太适合需要高度稳定性和机械强度的应用。

纸张和纸板可由机械纸浆生产，机械纸浆是其中木质纤维素材料中的纤维在一个或多个精磨机中通过机械手段还原成组成纤维的纸浆。传统的机械制浆涉及将木材压到旋转石材的过程，其通过磨蚀作用(石材研磨木材)来研磨木材。机械纸浆的生产使得几乎不会去除木质素内容物，因此产生的纸张和纸板的品质不如去除大量木质素的其他制浆方法那么高。

木材由纤维素、半纤维素和木质素组成。木质素是将木纤维粘合在一起的粘合剂。制浆工艺是纤维分离过程，以将木片变成木纤维。主要有两种制浆工艺和纸浆。在机械制浆中，木纤维主要通过机械研磨或精制而分离。结果，机械纸浆含有木质素。在化学制浆中，木材纤维通过化学过程而分离，例如硫酸盐或亚硫酸盐蒸煮，以产生化学纸浆。化学蒸煮过程去除了木质素以使木纤维分离。

机械制浆工艺的实例包括精磨机机械制浆(RMP)、热机械制浆工艺(TMP)、化学热机械制浆工艺(CTMP)和碱性过氧化物机械制浆工艺(APMP)。在热机械制浆工艺中，木片在进入精磨机之前暴露于通过热蒸汽进行的热处理。化学热机械制浆工艺的大部分类似于热机械制浆工艺。主要区别在于，用一些种类的化学试剂(例如常用的亚硫酸钠或过氧化氢)例如在一定温度下对木质纤维素材料(通常是木片)预处理一段时间。在过氧化氢预处理的情况下，该工艺也称为碱性过氧化物机械制浆工艺(APMP)。

木质纤维素材料如木材可用作这些方法的起始材料。通常，在纸浆制造过程中初始将木材切碎成不确定数量的碎片，随后进行进一步的机械处理。

可以使用任何已知的一种或多种精磨机来使纤维疏解(defiberate)。大多数精磨机包括两个精磨盘，并使待处理的材料在这两个精磨盘之间通过。通常，一个盘保持静止而另一个盘高速旋转。在另一种类型的精磨机中，两个精磨盘是反向旋转的。第三种类型的精磨机包括四个精磨盘，其中，中心放置的转子具有安装在其两侧的精磨盘。

由机械制浆工艺获得的纤维被称为机械纤维，并且通常用于新闻纸、杂志或其他类型的出版纸中以及作为填充材料的包装中。

为了找到机械纤维的新应用，需要对纤维添加新的官能性。这种所需官能性的实例包括例如疏水性、弹性、三维可成形性和阻燃性。

已经研究了机械纸浆纤维在塑料复合材料中的应用，但是由于亲水性木质纤维素材料与疏水性塑料聚合物的相互作用差，因而其应用受到很大限制。

US 5741875公开了在无氧环境下使用诸如二甲基亚砜(DMSO)和过氧化氢等有机溶剂将木质素用烯烃或炔烃单体接枝的方法，该无氧环境通过使N₂通过反应介质而获得。US 8679292公开了类似的应用于机械纸浆纤维的反应体系，但是其处于水性非氧介质中。然而，这些反应体系难以在工业规模的纸浆和造纸过程中实施。由于在纸浆纤维水悬浮液中总是存在可溶的氧/空气，因此在纸浆和造纸工业过程中用氮气吹扫悬浮液实际上是不可行的。

因此，本领域一直需要一种能够在工业规模上有效地应用的使含木质素和/或纤维素的材料接枝有新的官能团的方法。

发明内容