[发明专利]一种植物纤维的改性方法

说明书

本发明涉及一种聚合物接枝改性植物纤维和/或纳米纤维素的制备方法，采用植物纤维原浆、和/或者纳米纤维素的水溶液为分散液；向分散液中加入乙醇、氢氧化钠，使纤维表面部分发生碱化反应；将上述表面部分碱化处理的植物纤维和/或纳米纤维素中加入一氯醋酸进行反应，制得纤维表面含有羧甲基的植物纤维或纳米纤维素；将上述部分羧甲基化的植物纤维通过接枝剂与水溶性聚合物进行接枝反应，制得水溶性聚合物改性植物纤维或纳米纤维素。对纤维表面进行接枝水溶性聚合物和油溶性聚合物，在不改变植物纤维及纤维素结晶束状结构的同时，接枝的不同种类的聚合物赋予改性植物纤维及纤维素良好的分散性和粘接性，拓展植物纤维及纳米纤维素多种用途。

技术领域

本发明涉及植物纤维及纤维素材料，具体说是表面接枝聚合物分子链改性植物纤维及纳米纤维素的制备方法。

背景技术

植物纤维，如竹纤维，特别是禾本植物秸秆、油菜秸秆等植物纤维，属于易再生材料，对其有效的综合利用，不仅节约资源，还可以有效缓解因焚烧秸秆带来的雾霾问题。通常是将秸秆制成植物纤维，作为纸张使用，其用途非常单一，无法消化每年众多的植物秸秆。因此需要开发其多种用途。植物纤维具有较长的长径比，可作为涂料、塑料乃至储能电极材料的增强、粘接材料使用，但是未改性处理的植物纤维分散性和界面相容性等性能较差，需要对植物纤维进行适当的改性处理。

以往植物纤维表面改性仅局限于采用小分子表面改性剂，如采用苯甲酸、硬脂酸、硅烷偶联剂等对其表面进行酯化接枝或硅氧化表面处理，虽然可以对纤维界面与复合材料之间的界面有所改善，但是无法改善植物纤维在水中的分散性能和对颗粒材料的粘接性能等，严重制约了植物纤维在水性涂料、塑料增强、电池电容器电极材料中的使用。

发明内容

本发明目的就是为了解决现有植物纤维应用面窄，改性方法单一等问题，提供一种聚合物接枝改性植物纤维及纳米纤维素的制备方法。

本发明中，一种水性聚合物接枝改性方法，包括以下步骤：

(1)将植物纤维原浆或浆板纸分散到水中，制得0.5-2%的分散液。或者以0.1-2%的纳米纤维素分散液为原材料。或者是植物纤维与纳米纤维素的混合物，质量比率为1:0.1-20。

（2）向分散液中加入0.1-5%的乙醇、0.1-20%的NaOH，控制反应温度为-10-80℃，时间0.5-4小时，使纤维表面部分发生碱化反应。

（3）将上述表面部分碱化处理的植物纤维与0.5-10%的一氯醋酸反应，制得纤维表面含有羧甲基的植物纤维及纳米纤维素。

（4）将上述部分羧甲基化的植物纤维通过接枝剂与水溶性聚合物进行接枝反应，制得水溶性聚合物改性植物纤维或纳米纤维素。

其中用于接枝的水性聚合物，包括含有羧基的羧甲基纤维素、聚丙烯酸钠、阴离子聚丙烯酰胺及含有聚丙烯酸链段的聚乙烯醇，可以是单独的一种或它们之间的几种组合物；其对应的接枝剂为二官能或三官能度的氮丙啶，包括二官能或三官能度的氮丙啶：乙二醇-二[3-(2-甲基氮丙啶基)]丙酸酯，丁二醇-二[3-(2-甲基氮丙啶基)]丙酸酯，三羟甲基丙烷-三[3-(2-甲基氮丙啶基)]丙酸酯，三羟甲基丙烷-三[3-(2-氮丙啶基)]丙酸酯等。

用于接枝的水性聚合物，还可包括含有羟基的羧甲基纤维素、聚丙烯酸羟乙酯-丙烯酸钠、聚丙烯酸羟乙酯-丙烯酰胺及聚乙烯醇，可以是单独的一种或它们之间的几种组合物，其对应的接枝剂为甲醛、乙二醛或戊二醛等。

本发明中，一种亲油性聚合物接枝改性植物纤维和纳米纤维素的方法，包括以下步骤：

(1)将植物纤维原浆或纳米纤维素或上述水溶性聚合物改性植物纤维素或纳米纤维素分散到水中，形成0.5-2%的分散液。加入0.5-5%的含双键单体，如苯乙烯、乙烯基吡啶、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、（甲基）丙烯酸和丙烯酰胺单体，并辅助超声波在低温下分散乳化，时间5-30分钟，温度-10-50℃。