[发明专利]一种基于蓖麻油和微晶纤维素的复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于蓖麻油和微晶纤维素的复合材料，属于化工材料及其生产技术领域。

背景技术

目前高分子材料的生产原料基本都来自于石油资源，但是石油资源逐渐短缺以及石油基 产品带来的严重环境污染已经成为人类面临的严峻问题。近年来以植物油为原料生产高分子 材料引起了各国科学工作者的极大兴趣^[1，2]。植物油产量大、价格便宜、年度可再生，是重要 的可再生资源之一。特别是蓖麻油，分子内带有多个羟基基团，能够直接用于聚氨酯的生产。

虽然利用蓖麻油直接与二氰酸酯类化合物反应即能形成聚氨酯，但是由于蓖麻油的羟基 值较低，而且所含羟基基团位于脂肪酸烷基长链的中间位置，化学反应位阻较大，因此所得 聚氨酯材料的机械性质较差。早期的研究工作主要通过与其它高分子材料，如聚苯乙烯、聚 甲基丙烯酸等，形成互穿交联网络来提高所得材料的机械强度^[3，4]。由于这些石油基高分子材 料的混入，所得材料的生物相容性和可降解性大大降低。

近年来，纤维素作为填充材料广泛用于高分子复合材料的制备^[5，6]。纤维素为天然来源的 高分子材料，具有可降解性、生物安全性和生理相容性等优良特点，比如微晶纤维素已经广 泛用于药物片剂的制备。此外，纤维素具有较高的机械强度，通过添加纤维素能够得到较高 机械强度的复合材料。有研究表明添加纤维素后所得复合材料的拉伸强度可比原材料的拉伸 强度提高三倍以上^[7]。纤维素表面为亲水性质，很多高分子材料为疏水性质，因此如何使纤 维素与疏水聚合物主体充分接触是形成复合材料的一个关键问题。通常对纤维素进行预处理 以提高其表面的疏水性，常见方法包括物理处理以及化学修饰等^[5，6]。

本发明中利用蓖麻油与微晶纤维素形成一种新型复合材料，以期利用微晶纤维素弥补蓖 麻油基聚氨酯机械强度差的缺点。本发明中还提供了一种新的修饰微晶纤维素表面的化学方 法，使所得修饰微晶纤维素的表面不仅具有疏水性质，而且还带有异氰酸酯基团。因此在与 蓖麻油形成复合材料时，微晶纤维素与聚合物主体之间不仅能够形成较好的物理作用，而且 还存在共价键连接(图1)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于蓖麻油和微晶纤维素的复合材料，该复合材料以蓖麻油 和微晶纤维素为主要成分，其特征在于如下步骤：

1)将蓖麻油、微晶纤维素和二异氰酸酯化合物混合均匀；

2)将混合物转入模具，25～150℃固化1～24h，得到聚氨酯。

步骤1)中所采用的微晶纤维素来自于木浆、棉花、秸秆、麦秆、稻米秆和豆荚皮等天然 纤维素生物质，制备时可以是上述其中一种微晶纤维素，也可以是上述两种或以上微晶纤维 素的混合物。

步骤1)中所采用的微晶纤维素包括未修饰的微晶纤维素和修饰的微晶纤维素。修饰微晶 纤维素是指利用二异氰酸酯类化合物修饰过表面的纤维素。由于每个二异氰酸酯类化合物带 有两个异氰酸酯基团，因此除了与微晶纤维素进行反应使其表面带上疏水分子外，还使修饰 后的微晶纤维素表面带上了异氰酸酯基团。因此在形成复合材料时，修饰微晶纤维素与蓖麻 油基聚氨酯主体之间不但有较好的物理作用，而且还有共价键连接。

对微晶纤维素进行修饰时所采用的二异氰酸酯类化合物包括1，6-己二异氰酸酯、甲苯二异 氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯和二苯基二异氰酸酯中的一种或几种。

步骤1)中进行聚氨酯合成时，微晶纤维素在复合材料里的比例为2～50％，优选为15～35％。 所采用的二异氰酸酯类化合物是1，6-己二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯和 二苯基二异氰酸酯中的一种或几种。由于一些二异氰酸酯类化合物室温下为固体，因此在进 行混合前一般进行加热预处理。

在将蓖麻油、微晶纤维素和二异氰酸酯类化合物混合形成复合材料时，在反应体系中会 混入气泡，因此气泡含量较多时对混合物进行了真空脱气处理。经过真空脱气处理，不仅会 减少聚合物主体内的气泡缺陷，而且会增加微晶纤维素与聚合物主体间的接触，从而增加所 得复合材料的机械强度。

步骤2)中将混合物装入模具，加热固化后即可形成一定形状的复合材料，如形成膜、棒 等形状的复合材料。所得复合材料与未加微晶纤维素的蓖麻油基聚氨酯相比，拉伸强度有显 著提高。

附图说明