[发明专利]一种再生纤维素凝胶/环脂肪酸酯类聚合物组合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维素组合物，特别涉及一种再生纤维素凝胶/环脂肪酸酯类聚合物组合物，属于高分子材料领域。

背景技术

纤维素（cellulose）是一种绿色、可再生的天然聚合物，其来源广泛、产量高并具有很多优良的特性，如良好的生物降解性、较好的机械强度，较低的热膨胀系数、还有不错的耐溶剂性等等。现今，以不同形态的纤维素或者是纤维素衍生物为基质来做的绿色复合降解材料也已成为研究的热点。

环脂肪酸酯类聚合物是一种可生物降解的聚合物，在包装、医疗、生物等领域均有广泛的应用。但是这种聚合物的力学性能较差，并且其使用温度范围也有局限性，例如：聚己内酯的熔点在60℃左右，高于熔点材料就无法使用（Progress in Polymer Science 2010，35，1217–1256）。为了改善环脂肪酸酯类聚合物的力学强度和热性能，通常对纤维素纳米纤维或晶须进行表面接枝改性，然后与环脂肪酸酯类聚合物进行共混（Biomacromolecules, 2006, 7, 2178-2185; J Mater Chem, 2008, 18, 5002–5010; Biomacromolecules 2007, 8, 1101-1108;; Biomacromolecules 2011, 12, 2456–2465; Composites Science and Technology 2009, 69, 1293–1297；European Polymer Journal, 2010, 46,313–323; J Materials Science, 2005, 40, 4221–4229; Composites: Part A 2009, 40, 404–412）。然而纤维素纳米纤维或晶须的制备过程较为繁琐，通常通过酸水解辅助超声的方式，或者利用TEMPO氧化的方法得到，在一定程度上增加了成本；另外，纳米尺度的晶须和纤维易聚集不易分散，极易导致其与基质亲和力下降导致影响其机械性能和热性质。此外，对于在纤维素纳米晶须和纤维的改性，仅能对材料表面的羟基进行改性，会影响到材料的力学性能，而且也仅能够达到有限的共混浓度。尤其当温度高于环脂肪酸酯类聚合物的熔点时，聚合物的链段仍然会发生滑移，组合物的力学性能急剧下降，从而极大的限制了它的应用。

发明内容

        本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种新的纤维素组合物，以及该纤维素复合材料的制备方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种再生纤维素凝胶/环脂肪酸酯类聚合物组合物，其组分包括再生纤维素凝胶和环脂肪酸酯类聚合物，其中再生纤维素凝胶的含量为15~70 wt%，环脂肪酸酯类聚合物的含量为30~85 wt%。

环脂肪酸酯类聚合物是由D型丙交酯、L型丙交酯、乙交酯、ε-己内酯单体的一种或几种聚合而成。 

本发明还提供一种再生纤维素凝胶/环脂肪酸酯类聚合物组合物的制备方法，即将纤维素溶解制成纤维素溶液，由纤维素溶液制得再生纤维素水凝胶，然后利用有机溶剂对纤维素水凝胶进行置换，再用单体、催化剂和引发剂的混合溶液对纤维素水凝胶进行置换，得到含单体、催化剂以及引发剂的有机凝胶，聚合得到纤维素/环脂肪酸酯类聚合物组合物。

上述有机溶剂是能够溶解催化剂，并与环脂肪酸酯单体互溶的有机溶剂，为氯代烷烃、芳香族类和短链脂类化合物等。在上述列举的有机溶剂中更优先使用三氯甲烷、二氯甲烷、乙酸乙酯或甲苯。

纤维素溶液是把纤维素溶解在氯化锂/N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吗啉-N-氧化物、离子液体、碱水溶液、碱-尿素水溶液、碱-硫脲水溶液或碱-尿素-硫脲水溶液中的一种中而得到。

碱-尿素水溶液为NaOH/尿素水溶液或LiOH/尿素水溶液。

作为一种优选，所述的NaOH/尿素水溶液是由6~8 wt%NaOH、4~20wt%尿素和余量的水构成；所述的LiOH/尿素水溶液是由3.8~6.3wt%LiOH、4~20wt%尿素和余量水构成。

上述提到的环脂肪酸酯类聚合物的制备方法，可以采用已知技术的方法而没有特别的限制，例如：以辛酸亚锡或二甲氨基吡啶以及4-吡咯烷基吡啶也可以作为催化剂，以月桂醇为引发剂来进行环脂肪酸酯酯的聚合。