[发明专利]一种木质纤维素增容共混降解高分子材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种木质纤维素降解高分子材料及其制备方法，尤其涉及一种使用大分子增容剂的制备的木质纤维素增容共混降解高分子材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着世界各国对环境保护的日益关注，生物降解塑料成为各国研究的主要课题。而开发以纤维素材料为基质的生物降解材料对建立生态平衡，保护环境，循环经济，节省资源具有重大的意义。

     我国可降解塑料的研究主要集中于对淀粉填充型生物降解塑料和聚乳酸及光降解塑料的研究，它们都属于合成的可降解材料。与其相比，纤维素材料有许多优势：其一，纤维素大分子链上有许多羟基，具有较强的反应性能和相互作用性能，成本低。其二，该材料可以被微生物完全降解。其三，纤维素材料本身无毒。因此，纤维素为基质材料的潜在使用范围将非常广泛。但纤维素的刚性骨架使其难以塑化，影响其加工性能、机械性能和使用范围，严重阻碍以其为基础的降解材料的开发和利用。纤维素材料为基质的可降解塑料主要有共混型和反应型两大种类。其中共混型可降解塑料的研究报道比较多见。

     日本生命科学工业技术研究所利用纤维素和壳聚糖的化学结构十分相似的特点，将二者的共混溶液用流延法得到透明的膜，这种膜在不加增塑剂的情况下也具有一定的强度和柔韧性。西川橡胶工业公司开发纤维素壳聚糖共混发泡塑料的蜂窝状产品，可广泛用于农业，渔业、包装、医疗等。Scandola等的研究表明采用细菌的聚(3一羟基丁酸酯)、脂肪族聚酯、聚己内酯和低分子量的增塑剂通过与纤维素酯热混合，可以使纤维素酯达到塑化的效果。欧洲专利报道了纤维素与纤维素衍生物如醋酸纤维素、丙酸纤维素、乙基纤维素、原淀粉等共混，产品的力学性能良好，生产成本低，降解速度快，可用于食品、化妆品、洗涤剂和日用品的包装。

     生产醋酸纤维素（CA）常用的原料是棉短绒和高级溶解浆，它们的a-纤维素含量较高，一般都在95％以上，而普通造纸用木浆a-纤维素含量相对较低，且含有一定量的半纤维素，半纤维素的存在会给后续CA的应用带来过滤、粘度等方面的问题。20世纪90年代，日本曾对用普通的针叶木和阔叶木木浆作为生产CA的原料进行过大量的研究，他们通过采取不同的预处理方法提高了所生成的CA的纯度，旨在为醋酸纤维工业寻找新的价廉的原料。但实际上，对于CA的另一主要用途一生产降解塑料而言，完全可以用木浆乙酰化的产物(主要成分为CA和半纤维素醋酸酯)来代替CA，通过一定的预处理工艺可以降低产物中半纤维素醋酸酯的含量，剩余的半纤维素醋酸酯部分当作降解塑料组分中的填料。这一举措不仅降低了生产CA的原料的成本，而且避免了除去木浆乙酰化产物中的半纤维素部分的种种复杂过程。有效利用资源、节约有限资源和开拓新的原料来源，是保证经济可持续发展的重要问题。因此，当前开发的高纤维素含量的可降解塑料，不仅可替代30～50％的石油资源，同时还可大大减少垃圾量的产生。

而我国的储富祥;金立维;王春鹏等人在发明名称为《杨木木浆纤维素可降解高分子材料及其制备方法》专利号为ZL200710019482.5的专利中尝试了使用杨木木浆为主要原料制备可降解生物材料，但是其中使用的增塑剂为三醋酸甘油酯柠檬酸酯类，在纤维素与树脂的相容性方面还不够理想，因此如何能更好的改善共混物各组分之间的相容性以达到提高生物降解高分子材料的机械性能的目的是研究的重点。

而相容性是指共混物各组分彼此容纳、形成宏观均匀材料的能力。参与共混的高分子材料组分在化学结构、极性、表面张力与分子量等性质上的巨大差异是造成高聚物复合材料严重相分离的原因，正是由于多组分间相容性不好而在相界面上产生的低黏结力造成了多相高分子共混物的性能薄弱问题。热力学相容性是影响共混物组分均匀混合的主要因素，溶解度参数和极性可用来表征高聚物的热力学性质，根据相似相容的原理，在这两项性质上接近的高聚物容易发生链间扩散而形成有效的界面缠结和均匀的混合。对于大多数的高聚物复合材料，各高聚物组分之间缺乏热力学相容性，尽管采取了强有力的混炼措施，仍然难以保证共混物性能的稳定以满足工程上对混溶性的要求。而各种增容剂的使用可以在阻止分散相凝聚的同时强化高聚物相之间的界面黏结，使复合材料的相容性得以改善。

发明内容

为了解决现有技术存在的生物共混材料的相容性不好、机械性能较差的问题，本发明提出一种木质纤维素增容共混降解高分子材料及其制备方法，通过使用一种大分子相容剂来有效改善复合材料的流变性能与机械性能。