[发明专利]改性的木质纤维素、其制备方法以及制备结构材料的配料

说明书

本发明涉及由植物源材料生产高分子产品，更具体的是涉及改性的木质纤维素材料、其制备方法以及制备结构材料的配料。

目前因石油、煤、气资源逐渐消耗以及聚合物生产的扩大导致寻求新的原料源。最有前途的是使用每年更新的植物源，如针叶和阔叶种类的木材、棉短纤维、农业废料（芦苇、禾秕、向日葵皮壳、玉米杆、甘蔗渣、亚麻皮）。

木质纤维素材料的主要成分是生物聚合物：木质素、纤维素和半纤维素，它们的高分子形成复杂的超分子结构且具有大量氢键特征，在其形成时木质纤维素材料的羟基基团参与其中。由于此，天然的木质纤维素材料没有合成的线性聚合物的特征：溶解性和热塑性。

已知有各种对木质纤维素材料化学改性的方法，它基于取代羟基基团的氢原子而保证了所得材料的溶解性和热塑性。

在木质纤维素材料改性时，改性可以对其全部，也可对进入其组成的某些成分进行。

已知的化学改性木质的方法是将其部分转化为木质塑性聚合物（US.A，4026847），包括将木材在95℃下，用含有甲醇、甲酚、甲醛、氨-物质的水溶液浸透，它们在木材中形成预聚物。将浸透的材料加热到160℃，在天然木质素和预聚物之间生成共聚物。

所得木质塑性聚合物在100公斤/厘米²压力和160℃温度下，压制加工30分钟而形成建筑材料。构成木质的大部分的纤维素和半纤维素（达70%（重量））不进行改性而在木质塑性聚合物中作为不具有塑性的惰性填料。

由于所得的聚合物具有部分热塑性并缺乏溶解性的特点，限制了其加工和应用的可能性。由生态观点来看，由该木质塑性聚合物得到的建筑材料对人类是具有实际危害的，因为在使用过程中会析出有毒物质甲酚和甲醛。

上述方法是不够经济的，因为处理的是全部木质，而改性仅是不超过30%（重量）并决定所得材料热塑性的木质素。

已知将木材的木质纤维素材料改性为纤维状的方法（“木材化学领域的研究”。在第一次青年学者报告的论文选编中，1975年（Pига，Βекере М.Р.，Мицане Л.В.“применение Моgифированных посреgстваи ацетилирования gревесных волоконв иготовлении плит с целью повышения их гиgрофоóности игиgростоикости”））。方法在于在有机溶剂中进行酯化。木质纤维乙酰化程度是约19%（重量），证明了位于木质纤维表面层的羟基基团的酯化。由于材料酯化程度低，要在高温（T＝220-240℃）加工，所得的木质纤维板在生态上对人类无害。

所得材料限于其低的热塑性、溶解性以及粘合性，其应用范围较窄。上述方法不能用于工业，因为必须处理全部木质纤维素材料物，造成了低效率。

基于本发明，提出的任务是制成改性的木质纤维素材料，它具有高的热塑性，在各种溶剂中的溶解性以及对各种性质的材料的粘合性。研究改性木质纤维素材料的制备方法，途径是通过选择相应的改性条件，以保证所得材料有所要求的特性并且可以使它们在所需范围内按简单工艺进行改性，也研究为了制备具有高物理机械指标和生态无害的结构材料的配料。

任务的解决是建议改性的木质纤维素材料，其特征在于对原始木质纤维素材料的羟基基团处位置的-O-键上结合以下基团：

其中R-具有1-7个碳原子（1-7C）的低级烷基;

R¹-低级烷基（1-9C），卤素取代的低级烷基（1-9C），苯基取代的低级烷基（1-5C），低级链烯基（1-9C），苯基取代的低级链烯基（1-5C），其含量为21.0～58.4%（重量）。

所述材料是木质纤维素材料的全部组成成分改性的产物，具有高的热塑性（软化温度是70～200℃范围内），在各种有机溶剂（丙酮、甲乙酮、氯仿、二氯甲烷，及它们与苯或甲醇的混合物）中的溶解度达98%，以及对各种材料有良好的粘合性。这种性质是由在材料中存在高分子量羧酸的酰基基团（其引入量为21～58.4%（重量））以及木质素酰基衍生物所造成的，它们起了内部高分子增塑剂的作用。

根据发明，结合的酰基基团量低于材料的21%（重量）时，则具有低程度的酰化，且实际上性质与原木质纤维素材料的相似。酰基基团含量的上限决定于能被取代的羟基基团的最大可能量。