CN105670045A - 一种具有半互穿网络结构的二醋酸纤维素复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种具有半互穿网络结构的二醋酸纤维素复合材料及其制备方法 Download PDF

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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L1/00—Compositions of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
    • C08L1/08—Cellulose derivatives
    • C08L1/10—Esters of organic acids, i.e. acylates
    • C08L1/12—Cellulose acetate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

本发明公开了一种具有半互穿网络结构的二醋酸纤维素复合材料及其制备方法，其制备方法关键在于二醋酸纤维素与环氧树脂共混后，再对分散在其中的环氧树脂进行固化，形成半互穿网络结构来实现，配方包括如下质量份含量的各组份：二醋酸纤维素100份、环氧树脂5～50份、樟脑5～20份、丙酮100份、固化剂2～20份。本发明二醋酸纤维素复合材料，拉伸强度和断裂伸长率都显著改善。既避免了增塑剂的使用，极大地减少了增塑剂对人体及环境的危害，也避免了熔融加工时的高温，减少了能耗的使用。且制备方法简单、易实现产业化，可以广泛用于眼镜框架、儿童玩具、乒乓球、薄膜、3D打印耗材、汽车和家电耗材等日用塑料制品。

Description

一种具有半互穿网络结构的二醋酸纤维素复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及二醋酸纤维素材料领域，尤其涉及一种具有半互穿网络结构的二醋酸纤维素复合材料及其制备方法。
背景技术
二醋酸纤维素(CelluloseAcetate，或称为乙酸纤维素，纤维素乙酸酯)，首次制备于1865年，是纤维素的乙酸酯。二醋酸纤维素是指在醋酸作为溶剂，醋酐作为乙酰化剂，在催化剂作用下进行酯化，而得到的一种热塑性树脂，是纤维素衍生物中最早进行商品化生产，并且不断发展的纤维素有机酸酯。而纤维素是绿色植物体的主要组成部分，资源丰富，来源广泛，可通过人工培植的方法大量生产。
二醋酸纤维素分子链上含有大量羟基、乙酰基等极性基团，分子链呈刚性，分子间相互作用力较大，分子链链段的活动性较差，这赋予了二醋酸纤维素材料较大的强度和硬度，但也使得二醋酸纤维素制品韧性特别差，纯二醋酸纤维素制品的断裂伸长率不足10％。
随着二醋酸纤维素材料中增塑剂添加量的增多，材料的韧性得到显著提高，但其硬度和强度却下降得特别厉害。所以，添加增塑剂在改善二醋酸纤维素加工工艺方面发挥了一定作用，但其综合性能提升并不明显。
本发明涉及一种新型的二醋酸纤维素材料的制备，该方法采用低温塑化的方法，添加环氧树脂后对其进行固化来改善二醋酸纤维素制品的综合性能。本发明克服了传统添加增塑剂对降低材料硬度和强度的影响，以及对环境和人体的危害等缺点。通过拉力测试，SEM等测试表明该方法效果明显，在二醋酸纤维素加工领域有很好的应用前景。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于找到一种改善二醋酸纤维素材料综合力学性能的方法，并能有效应用于工业化生产中。
基于上述目的，本发明制备的二醋酸纤维素材料，由以下原料按照各自重量份配比组成：二醋酸纤维素100份、环氧树脂5～50份、樟脑5～20份、固化剂2～20份、丙酮100份。
优选地，所述的二醋酸纤维素是取代度在2.2～2.7之间。
优选地，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂等环氧树脂中的一种。
为解决上述技术问题，本发明提出了如下制备方法，其包括如下步骤：步骤一：按既定用量称取各原料，即二醋酸纤维素100质量份、环氧树脂5～50质量份、樟脑5～20质量份、固化剂2～20份、丙酮100份；步骤二：将称取的二醋酸纤维素、环氧树脂、樟脑、固化剂、丙酮置于转矩流变仪中45℃混合40min；步骤三：步骤二中混合后的物料于平板硫化机中压制成片材；步骤四：将片材置于烘箱中72h进行固化。
从上面所述可以看出，根据本发明提供的二醋酸纤维素复合材料的配方及制备方法所获得的二醋酸纤维素塑料制品能够在保持一定的硬度和强度的前提下，显著提高制品的韧性，综合力学性能优于传统添加增塑剂的方案。该方法不采用添加增塑剂的方法可以有效限制增塑剂的使用，减少对人体以及环境的伤害，而且其制备方法避免了高温塑化过程产生的高温能耗，简单、易实现产业化。该二醋酸纤维素塑料可直接用于注塑成型、吹塑成型等工艺，以制备眼镜框、玩具、薄膜、3D打印耗材、乒乓球等各种塑料制品。此外，微量或者少量的功能性助剂，例如抗氧剂、着色剂、热稳定剂等不会影响该二醋酸纤维素塑料的基本性能。
具体实施方式
实施例1
称取二醋酸纤维素100g和环氧树脂(环氧值0.43)20g、樟脑35g、丙酮100g、聚醚胺-4008g在转矩流变仪中45℃共混40min。然后通过平板流变仪压制成片材，将片材置于65℃烘箱中72h。测得该二醋酸纤维素片材的拉伸强度为73MPa，断裂伸长率为46％。
实施例2
称取二醋酸纤维素100g、环氧树脂(环氧值0.63)40g、樟脑20g丙酮100g、聚醚胺-40015g在转矩流变仪中45℃共混40min。然后通过平板流变仪压制成片材，将片材置于60℃烘箱中72h。测得该二醋酸纤维素膜的拉伸强度为70MPa，断裂伸长率为42％。
实施例3
称取二醋酸纤维素100g、环氧树脂(环氧值0.36)30g、樟脑15g、丙酮90g、聚醚胺-40010g在转矩流变仪中45℃共混40min。然后通过平板流变仪压制成片材，将片材置于65℃烘箱中144h。测得该二醋酸纤维素塑料片材的拉伸强度为85MPa，断裂伸长率为39％。
实施例4
称取二醋酸纤维素100g、环氧树脂(环氧值0.74)10g、樟脑18g、丙酮100g、聚醚胺-8008g在转矩流变仪中45℃共混40min。然后通过平板流变仪压制成片材，将片材置于65℃烘箱中144h。测得该二醋酸纤维素塑料的拉伸强度为77MPa，断裂伸长率为52％。
在其它实施例中，分别可以用双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂等替换上述列举的环氧树脂。
由此可见，本发明提供的二醋酸纤维素材料及其制备方法具有以下特点：
(1)所述二醋酸纤维素塑料在提高韧性的同时，可以保持较高的强度，性能优于传统添加增塑剂改善韧性的方法。
(2)本发明所提供的二醋酸纤维素材料，既避免了增塑剂的使用，极大地减少了增塑剂对人体及环境的危害，也避免了熔融加工时的高温，减少了能耗的使用。
(3)本专利所用的二醋酸纤维素来源广泛，可以从秸秆、木糠或棉花等绿色植物体内提取改性，资源丰富，可避免石化原料所带来的不良后果，符合环保要求。
(4)本发明提供的二醋酸纤维素材料的制备方法工艺简单、生产周期短、可在现有高分子材料加工设备上实施，易于实现产业化生产，可用于生产眼镜框架、儿童玩具、乒乓球、3D打印耗材、薄膜、汽车和家电用材等。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种改性二醋酸纤维素材料，其特征在于，包括如下质量百分比的各组份：
。
2.根据权利要求1所述的增韧改性二醋酸纤维素材料，其特征在于，所述的二醋酸纤维素是取代度在2.2～2.7之间。
3.根据权利要求1所述的增韧改性二醋酸纤维素材料，其特征在于，所述的环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂等环氧树脂中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1～3所述的增韧改性二醋酸纤维素塑料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：按既定用量称取各原料，即二醋酸纤维素100质量份、环氧树脂5～50质量份、樟脑5～20质量份、丙酮100质量份、固化剂2～20份；步骤二：将称取的二醋酸纤维素、环氧树脂、樟脑、丙酮、固化剂置于转矩流变仪中45℃混合40min；步骤三：步骤二中混合后的物料于平板硫化机中压制成片材；步骤四：将片材置于烘箱中放置数日。
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