[发明专利]一种全纤维素复合材料及其制备方法

说明书

一种全纤维素复合材料及其制备方法，采用碘催化制备表层乙酰化纤维素并以此作为力学增强型填料纤维，纤维素纤维的表面在碘催下逐步乙酰化。纤维素纤维的乙酰化处理增强了与醋酸纤维素的相容性，但也降低了纤维素本身的结晶度，削弱了纤维的拉伸强度，因此，乙酰基在纤维上的取代度应受反应时间的控制，以保持这两种相反作用的平衡，从而达到最优化，本发明将作为力学增强填料的纤维素将部分乙酰化改性，与塑化的CDA通过热混方式，制备出全醋酸纤维素复合材料，由于母体和填料在表面均具有乙酰基，且具有相似的化学结构，因而加入部分乙酰化纤维素可以促进CDA母体和乙酰化纤维素纤维之间的界面相容性提高，最终提高复合材料的力学性能。

技术领域

本发明涉及生物复合材料技术领域，特别涉及一种全纤维素复合材料及其制备方法。

背景技术

近十年来，由于生物材料的降解性、可再生性和取之不尽等优点，生物复合材料取代传统塑料的相关研究受到了广泛的关注。纤维素及其衍生物作为地球上最丰富、最取之不尽的原料，被认为是理想的生物基高分子材料，未来能够满足产业界日益增长的对生态友好型环保生物材料的需求。在工业上，醋酸纤维素(CDA)作为主要的纤维素衍生物，已广泛应用于纺织、包装、卷烟滤嘴等产业。然而，作为一种生物可降解的塑料材料，还需要进一步提高其力学性能以满足工业需求。

目前，传统的提高力学性能的思路是加入各种力学增强填料，如玻璃纤维、碳纤维和无机颗粒填料，然而这些填充物大多是不可降解材料，削弱了CDA作为一种完全可生物降解塑料的应用价值。

此外，文献报道了可通过部分溶解的方法制备一种全纤维素复合材料，该复合材料的母体为溶解后析出的纤维素，增强纤维为部分溶解或非溶解的纤维素。由于母体和填料均由纤维素组成，所以全纤维素复合材料具有良好的界面相容性、较高的力学性能和生物降解性。然而，此方法只限于纤维素，并且限制于通过部分溶解方法制备全纤维素薄膜，不具备热塑性，不适合在工业中通过热加工制备生物塑料产品。

发明内容

为了解决现有技术的缺陷与不足，本发明提供一种全纤维素复合材料及其制备方法，作为力学增强填料的纤维素将部分乙酰化改性，然后与塑化的醋酸纤维素通过热混方式，制备出全醋酸纤维素复合材料。由于母体和填料在表面均具有乙酰基，且具有相似的化学结构，因而加入部分乙酰化纤维素可以促进醋酸纤维素母体和乙酰化纤维素纤维之间的界面相容性提高，最终提高复合材料的力学性能。

本发明采用的技术解决方案是：一种全纤维素复合材料，所述的全纤维素复合材料由母体材料和力学增强填料热混而成，所述的母体材料为呈现完全的无定形态的商用醋酸纤维素，所述的力学增强填料为碘催化改性得到的半结晶乙酰化衍生物纤维素，所述的半结晶乙酰化衍生物纤维素的乙酰化程度低于1.0, 且结晶度高于50。

所述的半结晶乙酰化衍生物纤维素的最高结晶度CrI=68.5%。

一种全纤维素复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）半结晶乙酰化衍生物纤维素的制备：将原料纤维素、乙酸酐，碘作为催化剂分别加入圆底烧瓶，100℃条件下反应，搅拌反应5-20 min，反应后，分别用乙醇和水清洗混合物,在60℃烘箱内干燥24 h得到半结晶乙酰化衍生物纤维素；

（2）全醋酸纤维素复合材料的制备: 将70wt % 无定形态的商用醋酸纤维素和30wt %增塑剂在高速搅拌2min，然后在70℃烘箱中干燥12 h,最后,将增塑过的商用醋酸纤维素和半结晶乙酰化衍生物纤维素按照4:1的质量分数热混后在80℃烘干24 h,然后通过注塑得到所述的全醋酸纤维素复合材料。

所述的步骤（2）中热混的温度、螺杆速度和混合时间分别设定为200℃、60 rpm、和10min。

所述的步骤（1）中原料搅拌反应时间为5-10min。

所述的步骤（1）中原料搅拌反应时间为5min。