[发明专利]一种制备木质纤维塑料的方法

说明书

本发明公开一种制备木质纤维塑料的方法，将胡桑枝条去皮晒干，用粉碎机粉碎得到木粉；将木粉与四丁基氟化铵水溶液搅拌均匀，倒入球磨罐中，放入磨球，启动行星球磨机进行球磨处理；加入丁二酸酐和吡啶，启动行星球磨机进行酯化反应；加入乙醇搅拌，静置沉淀，抽滤，再用蒸馏水重复清洗一次，烘箱干燥；将得到的产物熔融均质，再使用注塑机注塑成型。相比与无水球磨，本发明加入四丁基氟化铵水溶液能够使木质结构彻底瓦解并且纤维化，有效阻止颗粒间的相互团簇；在四丁基氟化铵水溶液中通过行星球磨促使木质纤维与丁二酸酐发生酯化反应，避免使用大量的有机溶剂，环境友好。

技术领域

本发明涉及一种制备木质纤维塑料的方法，属于生物基材料领域。

背景技术

传统塑料具有降解困难、回收率低、燃烧生成有毒气体等缺点。随着石油等不可再生资源总量的日趋减少，科研人员正在寻找替代传统塑料的新材料。在农林行业中，大量木质纤维类废弃物有待高效利用。以胡桑枝条为例，每年仅在江苏地区喂养桑蚕产生的废弃胡桑枝条高达数万吨，80％以上都被焚烧或填埋而浪费。因此，以木质纤维为原料且通过环境友好的工艺生产可降解的塑料产品具有积极的意义。

木质纤维的主要组份为纤维素、半纤维素和木质素三种天然高聚物，其中纤维素占50％～65％(w/w)，是由D-吡喃葡萄糖基通过β-1，4糖苷键连接而成的线型高聚物，每个葡萄糖单元上均含有3个游离羟基。由于纤维素通过羟基形成分子间氢键，结晶度高，因此常规的溶剂体系都不能溶解纤维素。半纤维素为高聚糖类，占20～30％(w/w)，主要由木糖、阿伯糖、甘露糖和半乳糖等五碳糖组成。木质素占15％～30％(w/w)，由三种苯丙烷单元通过C-C键和C-O-C键联结而成，具有三维立体网状结构，且通过木素-碳水化合物复合体(LCC)键与半纤维素相联结。由于木质素的三维立体网状结构以及纤维素的高结晶度，木质纤维不具备热塑性。因此，使木质纤维具有热塑性，必须对其进行化学改性，即破坏木质素的三维立体网状结构，打断LCC键；同时，通过酯化或醚化反应使纤维素上的羟基被取代，破坏纤维素的晶体结构。前人对木质纤维进行酯化反应，通常首先将木质纤维分散在大量的有机溶剂中再对其进行酯化改性，不可避免的对环境造成大量的污染。此外，小分子盐的加入如四丁基氟化铵，一方面有助于瓦解木质纤维中纤维素的氢键网络；同时对酯化反应起到有效的催化作用。

行星球磨是一种常见的细化物料的加工方式，运行时球磨罐作既有公转也有自转的行星运动，从而带动磨腔内磨球对粉料的强烈撞击、搓擦与碾压，具有对环境污染小、适合工业化生产等优点。目前已被应用在材料的化学合成领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种操作简单且环境友好的制备木质纤维塑料的方法，以解决现有技术中木粉酯化需要大量溶剂的问题。

为解决上述技术问题，本发明的思路是，将胡桑木粉作为原料，首先在行星球磨机中加入四丁基氟化铵水溶液，对木粉进行球磨预处理；在预处理过的木粉中直接加入丁二酸酐和吡啶，接着通过边球磨边改性的方法，通过球磨的物理作用和酯化作用，破坏木质纤维中木质素的三维网状结构，降低纤维素的结晶度，酯化纤维素、半纤维素及木质素上的羟基，提高改性产物的热塑性。

具体的技术方案如下：

一种制备木质纤维塑料的方法，包括以下步骤：

步骤一：将胡桑枝条去皮晒干，用粉碎机粉碎得到木粉；

步骤二：将步骤一得到的木粉与四丁基氟化铵水溶液搅拌均匀，倒入球磨罐中，放入磨球，启动行星球磨机进行球磨处理；

步骤三：在步骤二得到的体系中，加入丁二酸酐和吡啶，启动行星球磨机进行酯化反应；

步骤四：在步骤三得到的体系中加入乙醇搅拌，静置沉淀，抽滤，再用蒸馏水重复清洗一次，烘箱干燥；

步骤五：将步骤四得到的产物熔融均质，挤出，再使用注塑机注塑成型。

步骤一中，粉碎机粉碎后，过18目筛得到木粉。