[发明专利]一种植物油基复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种植物油基复合材料及其制备方法。其制备方法是：以植物油环氧高分子聚合物为基体材料、纤维素纳米晶体为增强体材料，按照(1～9):1质量比，分别溶解分散于DMF溶剂中，经共混、涂膜、干燥得到；其中植物油环氧高分子聚合物是由植物油依次通过酰胺化反应、酯化反应、聚合反应和环氧化反应，制备得到的一类植物油环氧高分子聚合物；该工艺操作简单环保，有效改善了植物油环氧高分子强度不足的缺陷，提高了植物油高分子的刚性和强度，经增强改性的复合材料的杨氏模量提高了近9倍，拉伸强度提高了近11倍。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种植物油基复合材料及其制备方法。

背景技术

随着石油、天然气、矿物质等各种不可再生资源的消耗以及环境污染的日益加剧，可再生、可降解生物质材料的应用已然成了社会可持续发展的必然趋势。植物油来源丰富、价格低廉，具有良好的生物相容性，主要成分是脂肪酸甘油三酯。通过对脂肪酸双键改性制备多官能度单体，再经过离子聚合、开环聚合及自由基聚合等链增长式聚合，最终制得植物油高分子，成为近年来国内外学术研究和应用开发的热点。然而由于植物油高分子柔软脂肪酸侧链使得链缠结受限，所得的聚合物玻璃化转变温度低、机械性能较差，限制了植物油高分子材料的应用。为此，需要对植物油热塑性高分子进行增强改性。

纤维素纳米是指从植物细胞壁中分离出直径小于100nm的超微细纤维，其具有质轻、高比表面积、高强度、良好生物相容性以及超精细结构等优点，其结晶区杨氏模量可达138GPa，且在大部分溶剂中具有良好的耐溶解性，以其为增强相将有利于提高植物油高分子的力学性能和热稳定性。

然而，纤维素纳米的亲水特性使其很难均匀分散于疏水性高分子体系中，无论是溶液体系还是熔融体系，不同相材料界面间难融合，造成材料中易出现缺陷。要想提高纤维素纳米的分散程度，需调整工艺对纤维素进行改性，如添加表面活性剂或者化学改性。公开号CN 103214623A的中国发明专利“一种表面接枝改性纤维素纳米晶体的制备方法”就公开了这样的一种技术方案，解决了纤维素纳米晶体与聚合物基体间界面相容性差的问题。但是，化学改性同时会降低纤维素纳米的结晶度，致使材料机械性能降低；添加表面活性剂虽然不会破坏纤维素的结晶结构，但抑制了纤丝间氢键作用的形成。而且，为了降低纤维素的羟基活性，需要加入大量的化学试剂和有机溶剂来引入足够的疏水基或醚基，不利于环境保护。

发明内容

针对现有技术中的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种制备简单且环保的、具有高机械性能的植物油基复合材料及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种植物油基复合材料，复合材料中基体材料为植物油环氧高分子聚合物，增强体材料为纤维素纳米晶体；

所述植物油基环氧高分子聚合物结构式如下：

其中，R为H或CH₃；20≤m≤500的整数，20≤n≤500的整数；x和y为大于等于1的整数；1≤q≤6，且q为整数；侧链中R₁、R₂为烃基。

优选的，上述技术方案中，所述植物油环氧高分子聚合物与纤维素纳米晶体的质量比为(1～9):1。

优选的，上述技术方案中，所述烃基为烷基、羰基、酯基、芳香基、酰胺、亚胺基、醛基、醚基、羟基、羧基中的一种基团或多种基团的组合结构。

优选的，上述技术方案中，所述植物油为葵花籽油、大豆油、蓖麻油、棕榈油中的一种或任意多种的混合物。

优选的，上述技术方案中，所述植物油环氧高分子聚合物是由植物油依次通过酰胺化反应、酯化反应、聚合反应和环氧化反应制备得到的一类植物油环氧高分子聚合物。