[发明专利]一种碱木质素/玉米淀粉/亚麻纤维热塑性复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热塑性复合材料的制备方法

背景技术

近年来，石油资源的日益枯竭和生态环境的日益恶化促进了生物质高分子材料的发展。许多国家的政府对其发展予以热情关注和政策扶植，促进了高分子材料领域的原料从面临枯竭的石化资源向可再生生物质资源转换，在这一背景下，生物质基高分子新材料的研发十分活跃。

工业木质素是一种宽分子量分布的天然大分子材料，由于其结构复杂，生物降解难，是造纸工业主要的有机污染物。目前，我国造纸废液可回收的木质素约1000多万吨，而工业木质素产品年产量不到50万吨，大部分都随造纸废水排放，既造成资源的严重浪费，又污染了环境。尽管木质素具有一定的化学稳定性，但其本身依然是一种可降解的天然高分子，与其他天然高分子共混，可以得到具有良好生物降解性能的复合材料，且可以达到性能方面的互补。因此，以木质素制备高分子复合材料，是一条简便且可行的思路。

亚麻纤维是亚麻属植物的韧皮纤维，是麻纺织业的重要原料。与棉纤维相比，亚麻纤维刚直，弹性差，易起皱，手感板硬，湿强大于干强，单独纺纱较困难。所以，亚麻除用于服装生产外，大量用于与其他纤维进行混纺。基于这个原因，把亚麻应用于复合材料的生产，与热固、热塑性材料复合已成为一个新的研究领域。亚麻纤维的结晶度在天然植物纤维中是比较高的，高取向度、高结晶度使纤维强韧，拉伸强度较大。单纤维强度和刚性都远大于棉纤维，手感粗硬，但比苎麻纤维柔软，断裂伸长率约3.0%左右，接近苎麻纤维。同时亚麻纤维资源丰富，价格低廉，密度比无机纤维小，生长周期短，加工成本低，并且具有生物可降解性和可再生性，对环境无污染，这些都是其它增强材料无法比拟的优点。

综上所述，利用木质素与亚麻纤维两种天然高分子材料开发新型的可降解型热塑性材料，可作为目前普遍使用的石油源热塑性塑料的替代品，摆脱对化石能源的严重依赖，同时也可以实现对木质素的资源化与高值化利用，具有重要的经济与社会意义。

近年来，国内外的许多研究者为了开发出新的环境友好材料，开始致力于寻找木质素与多种可生物降解的天然高聚物间的新的组合方式，尤其关注包括农业废弃物，工业副产品等价廉易得的天然高分子物质，希望通过利用木质素与这些物质开发出低成本的复合材料。

在对木质素基热塑性材料进行开发时，发现木质素虽然具有一定的熔融塑化性能，但木质素熔体的流动性较差，熔体冷却变脆，力学性能较差。因此，需要向木质素基体中添加增强材料和改善流动性的其他助剂。为了保证材料的完全可降解性，优先考虑天然高分子材料。由于木质素分子中含有的大量极性基团，使其能够与极性的天然高分子聚合物依靠分子间的偶极-偶极作用力及氢键作用达到较好的界面结合，因此应从极性天然高聚物中进行选择。

极性天然高聚物中的亚麻纤维是天然纤维中长度最长的，纤维的结晶度、取向度、纵向弹性模量较高，其密度为1.4g/cm³，拉伸强度为800～1500MPa，弹性模量为60～80GPa，力学性能优于其他天然麻纤维，如大麻、黄麻、苎麻、剑麻等，很适合做复合材料的增强体，同时亚麻纤维可以利用分子内大量的羟基与木质素间实现较好的相容。从经济角度考虑，亚麻纤维是一种来源丰富，价格低廉，生长周期短，加工成本低的天然纤维。

将木质素与亚麻纤维混合，从某种角度来说，是在寻求被分离开的木质素与纤维间的“重新”结合。这种完全由天然高分子物质组成的复合材料在使用后即使不做任何回收，只将其做焚烧处理，其释放的CO₂总量与其在生长过程中从自然界吸收的CO₂总量是相同的，因此这种材料的使用可以实现CO₂的“闭合循环”。

发明内容

本发明是要解决现有方法制备木质素基热塑性复合材料过程中存在木质素熔体的流动性差，熔体冷却变脆，力学性能差的技术问题，从而提供了一种碱木质素/玉米淀粉/亚麻纤维热塑性复合材料的制备方法。

本发明的一种碱木质素/玉米淀粉/亚麻纤维热塑性复合材料的制备方法是按以下步骤进行：

一、将碱木质素、玉米淀粉和山梨醇预混后，送至双辊混炼机上进行混炼，双滚混炼机的前滚与后滚的温度为100～120℃，双滚的转速为10～50r/min，待碱木质素、玉米淀粉和山梨醇混合均匀后，将亚麻纤维添加到混炼机上，混合均匀，得到共混材料；其中，碱木质素和玉米淀粉的质量比为1:0.2～5；碱木质素和山梨醇的质量比为1:1～5；碱木质素与亚麻纤维的质量比为1:0.04～0.1；