[发明专利]一种纤维素微凝胶本体增强丙烯聚酯的制备方法

说明书

本发明公开一种纤维素微凝胶本体增强丙烯聚酯的制备方法，将纤维素微凝胶进行改性，再将其加入到聚丙烯酸酯单体中共混，共混完毕引发原位聚合，得到纤维素微凝胶本体增强丙烯聚酯；本发明将分散态的纤维素微凝胶介入到本体聚合物体系，得到纤维素微凝胶本体增强丙烯聚酯，在材料形变过程中微凝胶承担能量耗散、聚合物承担形变耗散，实现增强；本发明采用天然、无毒、稳定、可降解的可再生资源纤维素作为增强相，因其储量丰富，无玻璃化转变温度，能够稳定存在于聚合物体系中，其分散态微尺度网络可在聚合物自由拉伸行为中通过自我损耗的方式来完成对外界能量的耗散以实现增强效果。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种纤维素微凝胶本体增强丙烯聚酯的制备方法。

背景技术

纤维素是D-葡萄糖以β-1,4-糖苷键组成的大分子多糖，是自然界最丰富的天然有机物。从长达十几米的木材、木料到纳米级纤维素微晶，已经被人们广泛的利用以及研究，并且每年由光合作用而产生的纤维素产量约有2000亿吨，其巨大的产量以及储量是化石类资源所无法比拟的。不仅如此，纤维素具有丰富的官能团可以通过化学或是物理的方式改性。最重要的是，纤维素不存在玻璃化转变温度，在纤维素分解温度以下，其增强材料能够保持稳定的性质而不受影响。纤维素微凝胶具有多尺度结构，由微尺度颗粒大小和纳米尺度多孔网络组成。而由纤维素纳米纤维组装的微凝胶的纳米多孔网络允许小分子的扩散和原位聚合，形成相互渗透的聚合物网络。

当外力对材料做功时，材料需要自身的改变耗散这部分能量。这是能量守恒定律在材料力学中的表达，也是设计力学增强材料的基础原理。传统的双网络水凝胶：第一层网络由“硬而脆”的聚电解质组成，第二层网络由“柔软、延展性”具有高分子量的聚合物组成；在拉伸力学行为中：1.起始拉伸取向时，由于第二层网络中高分子量柔性聚合物链的相对滑移缓和了拉伸取向结晶的问题，同时小的形变也让脆性的第一层网络破碎，消耗一部分能量，继而形成微凝胶块体；2.继续拉伸时第二层网络聚合物开始滑移承载形变负载，取得高拉伸效果，同时第一层网络在拉伸行为中不断的破碎成小的凝胶网络而起到力学增强能量负载的作用。

在本体环境中存在不同的界面力学性质(聚合物-聚合物)，其摩擦系数较水相环境更大，如果像传统“双网络”水凝胶那样宏观大尺度的凝胶网络整体介入，在力学行为中反而会造成力学缺陷，因为宏观尺度凝胶连续性，在“损耗”自己的同时还要传递应力，影响增强效果，尤其是材料的断裂伸长率。而分散态微尺度网络材料，则会避免这种情况，因为分散系材料中，待增强基体仍然是连续相即应力传递的介质，而不是宏观的网络，这样在微凝胶承担能量耗散、聚合物承担形变耗散的同时，避免了大尺度凝胶网络中因应力集中造成的局部力学缺陷。极限情况下即使三维凝胶纤维网络不断撕裂，最后仍然可以保留纳米尺度一维纤维材料保留在待增强基质中继续起到增强作用，另外一方面分散系材料在生产、加工、改性中较宏观增强材料，应用操作性更加简便。但是并没有好的方法来实现材料的复合。

发明内容

本发明提供一种纤维素微凝胶本体增强丙烯聚酯的制备方法，采用天然、无毒、稳定、可降解的可再生资源纤维素作为增强相，以聚丙烯酸酯单体为原料制备高性能的丙烯聚酯材料。

本发明的技术方案如下：

一种纤维素微凝胶本体增强丙烯聚酯的制备方法，具体步骤如下：

制备改性的纤维素微凝胶，再将其加入聚酯单体中高速均质得到预聚体系，均质均匀后加入引发剂，在适当温度下进行聚合，得到纤维素微凝胶本体增强丙烯聚酯。

所述制备改性的纤维素微凝胶的方法如下：将细菌纤维素原料通过高速剪切机在40000-42000r/min条件下高速剪切15-25分钟成凝胶，将该凝胶注入半透膜中后依次在梯度浓度的丙酮/水混合溶液中超声20分钟以上进行梯度置换，得到改性的纤维素微凝胶，梯度浓度的丙酮/水混合溶液是丙酮和水按照体积比3-10:7-0的混合梯度，即V_丙酮:V_水＝3:7、7:3、10:0或4:6、6:4、10:0等梯度。