CN113462031A - 一种纤维素基塑料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纤维素基塑料的制备方法，其包括如下制备步骤：制备纤维素水凝胶、置换、干燥。本发明提供的纤维素塑料的制备方法能够制备透明、高机械强度的纤维素塑料，同时简化了制备步骤，降低了成本，相较寻常的塑料，提高了机械性能，同时制备得到的塑料可降解，无污染，且资源利用率高。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，特别是涉及一种纤维素基塑料的制备方法。
背景技术
现代生活密切依赖于塑料，但是这些塑料绝大多数都来自于石化产品。因此，用于制造它们的原材料及其报废处理都存在环境污染问题。尽管没有解决这些复杂环境问题的灵丹妙药，但选择开发一种可持续易降解的高性能结构材料，以部分替代石油基塑料，是一种非常有效的方法。
纤维素作为地球上最丰富的可持续聚合物，因其低成本，广泛的可利用性，可生物降解性等优点，有很大的机会成为塑料的理想替代品。因此，开发纤维素“绿色”溶剂和再生纤维素材料的最新成果通过“自下而上”的路线呈现出广阔的前景。然而，直到现在，由生物资源构造的可持续结构材料都受到有限的机械性能或复杂的制造过程的困扰，导致高成本和难以大规模生产，因此，需要开发一种简单高效的方法来制备出高性能的纤维素塑料。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有纯纤维素塑料薄膜产品中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明其中一个目的是，克服现有纤维素塑料薄膜产品的不足，提供一种纤维素基塑料的制备方法。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：一种纤维素基塑料的制备方法，其包括如下步骤：
制备纤维素水凝胶：绿色溶剂-氯化锌/氯化钙溶液溶解纤维素原料先制备溶胶再加入去离子水制备纤维素水凝胶；
置换：使用极性溶剂置换出凝胶中的离子与水分子；
干燥：最后干燥得到纤维素基塑料。
作为本发明所述纤维素基塑料的制备方法的一种优选方案，其中：制备纤维素水凝胶中，制备溶胶中，按照重量计，氯化锌：氯化钙：水＝9.87:0.2～0.4：3.5～4.0。
作为本发明所述纤维素基塑料的制备方法的一种优选方案，其中：制备纤维素水凝胶中，制备溶胶中，按照重量计，氯化锌：氯化钙：水＝9.87:0.3:3.63。
作为本发明所述纤维素基塑料的制备方法的一种优选方案，其中：制备纤维素水凝胶中，绿色溶剂-氯化锌/氯化钙溶液中包括棉短绒的加入，按照重量计，氯化钙：棉短绒＝1:5～15。
作为本发明所述纤维素基塑料的制备方法的一种优选方案，其中：制备纤维素水凝胶中，绿色溶剂-氯化锌/氯化钙溶液中包括棉短绒的加入，按照重量计，氯化钙：棉短绒＝1:10。
作为本发明所述纤维素基塑料的制备方法的一种优选方案，其中：制备纤维素水凝胶中，按照重量计，溶胶：与溶胶混合的去离子水＝2～3:13.8。
作为本发明所述纤维素基塑料的制备方法的一种优选方案，其中：制备纤维素水凝胶中，按照重量计，溶胶：与溶胶混合的去离子水＝2.5:13.8。
作为本发明所述纤维素基塑料的制备方法的一种优选方案，其中：置换中极性溶剂为乙醇。
作为本发明所述纤维素基塑料的制备方法的一种优选方案，其中：干燥，干燥方法为常温干燥。
作为本发明所述纤维素基塑料的制备方法的一种优选方案，其中：置换中，置换方式为浸泡在极性溶剂中，浸泡时间为6～10h。
本发明公开了一种纤维素基塑料的制备方法，通过纤维素原料直接在“绿色”溶剂-氯化锌/氯化钙水溶液中制备成纤维素水凝胶，简单压制后成塑料片。本发明使用的“绿色”溶剂氯化锌/氯化钙易于回收，成本低。本发明中凝胶易于成型，可制备出不同形状和功能的纤维素塑料。本发明中纤维素塑料具有优异的稳定性，高的机械强度，并且具有生物可降解性。本发明中，纤维素塑料的制备过程简单环保，是“绿色”工艺。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为发明实施例2制得的纤维素塑料的的机械强度拉伸图。
图2为本发明实施例3制得的纤维素塑料的吸水性能图。
图3为发明实施例3制得的纤维素塑料的机械强度拉伸图。
图4为发明实施例6制得的纤维素塑料的TG图。
图5为发明实施例6制得的纤维素塑料的截面SEM图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1：
将9.87g ZnCl2和0.3g CaCl2溶解在3.63g去离子水中，在75℃下搅拌，得到均匀的溶液，然后称取0.2g棉短绒溶解在溶液中，搅拌20min形成透明溶胶，最后称取2.5g去离子水缓慢加入溶胶中，同时在75℃下搅拌10min至透明，在80℃下超声除泡，最后倒入模具中得到厚度为4mm纤维素水凝胶。将上述水凝胶浸泡在100ml乙醇溶液中进行溶剂置换，每隔6h换一次乙醇溶液，共换4次，将样条放在两块玻璃片之间，将四端固定，在温度为25℃、相对湿度为50％条件下晾干，备用。纤维素塑料的厚度为0.081mm，拉伸强度为128MPa。
实施例2：
将9.87g ZnCl2和0.2g CaCl2溶解在3.63g去离子水中，在75℃下搅拌，得到均匀的溶液，然后称取0.2g棉短绒溶解在溶液中，搅拌20min形成透明溶胶，最后称取2.5g去离子水缓慢加入溶胶中，同时在75℃下搅拌10min至透明，在80℃下超声除泡，最后倒入模具中得到厚度为4mm纤维素水凝胶。将上述水凝胶浸泡在100ml乙醇溶液中进行溶剂置换，每隔6h换一次乙醇溶液，共换4次，将样条放在两块玻璃片之间，将四端固定，在温度为25℃、相对湿度为50％条件下晾干，备用。纤维素塑料的厚度为0.081mm，拉伸强度为90MPa。
实施例3：
将9.87g ZnCl2和0.4g CaCl2溶解在3.63g去离子水中，在75℃下搅拌，得到均匀的溶液，然后称取0.2g棉短绒溶解在溶液中，搅拌20min形成透明溶胶，最后称取2.5g去离子水缓慢加入溶胶中，同时在75℃下搅拌10min至透明，在80℃下超声除泡，最后倒入模具中得到厚度为4mm纤维素水凝胶。将上述水凝胶浸泡在100ml乙醇溶液中进行溶剂置换，每隔6h换一次乙醇溶液，共换4次，将样条放在两块玻璃片之间，将四端固定，在温度为25℃、相对湿度为50％条件下晾干，备用。纤维素塑料的厚度为0.085mm，拉伸强度为105MPa。
实施例4：
将9.87g ZnCl2和0.3g CaCl2溶解在3.63g去离子水中，在75℃下搅拌，得到均匀的溶液，然后称取0.1g棉短绒溶解在溶液中，搅拌20min形成透明溶胶，最后称取2.5g去离子水缓慢加入溶胶中，同时在75℃下搅拌10min至透明，在80℃下超声除泡，最后倒入模具中得到厚度为4mm纤维素水凝胶。将上述水凝胶浸泡在100ml乙醇溶液中进行溶剂置换，每隔6h换一次乙醇溶液，共换4次，将样条放在两块玻璃片之间，将四端固定，在温度为25℃、相对湿度为50％条件下晾干，备用。纤维素塑料的厚度为0.081mm，拉伸强度为92MPa。
实施例5：
将9.87g ZnCl2和0.3g CaCl2溶解在3.63g去离子水中，在75℃下搅拌，得到均匀的溶液，然后称取0.3g棉短绒溶解在溶液中，搅拌20min形成透明溶胶，最后称取2.5g去离子水缓慢加入溶胶中，同时在75℃下搅拌10min至透明，在80℃下超声除泡，最后倒入模具中得到厚度为4mm纤维素水凝胶。将上述水凝胶浸泡在100ml乙醇溶液中进行溶剂置换，每隔6h换一次乙醇溶液，共换4次，将样条放在两块玻璃片之间，将四端固定，在温度为25℃、相对湿度为50％条件下晾干，备用。纤维素塑料的厚度为0.1mm，拉伸强度为120MPa。
实施例6：
将9.87g ZnCl2和0.3g CaCl2溶解在3.63g去离子水中，在75℃下搅拌，得到均匀的溶液，然后称取0.2g棉短绒溶解在溶液中，搅拌20min形成透明溶胶，最后称取2g去离子水缓慢加入溶胶中，同时在75℃下搅拌10min至透明，在80℃下超声除泡，最后倒入模具中得到厚度为4mm纤维素水凝胶。将上述水凝胶浸泡在100ml乙醇溶液中进行溶剂置换，每隔6h换一次乙醇溶液，共换4次，将样条放在两块玻璃片之间，将四端固定，在温度为25℃、相对湿度为50％条件下晾干，备用。纤维素塑料的厚度为0.12mm，拉伸强度为63MPa。
实施例7：
将9.87g ZnCl2和0.3g CaCl2溶解在3.63g去离子水中，在75℃下搅拌，得到均匀的溶液，然后称取0.2g棉短绒溶解在溶液中，搅拌20min形成透明溶胶，最后称取3g去离子水缓慢加入溶胶中，同时在75℃下搅拌10min至透明，在80℃下超声除泡，最后倒入模具中得到厚度为4mm纤维素水凝胶。将上述水凝胶浸泡在100ml乙醇溶液中进行溶剂置换，每隔6h换一次乙醇溶液，共换4次，将样条放在两块玻璃片之间，将四端固定，在温度为25℃、相对湿度为50％条件下晾干，备用。纤维素塑料的厚度为0.1mm，拉伸强度为104MPa。
由图1可得，我方发明实施例2制得的纤维素塑料的断裂伸长率为27.66％和断裂强度为124.77Mpa。
由图2可得，我方发明中实施例3中制得的纤维素塑料的吸水率在32.26％。
由图3可得，我方发明中实施例3中制得的纤维素塑料的断裂伸长率为14.66％和断裂强度为105.2Mpa。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种纤维素基塑料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
制备纤维素水凝胶：绿色溶剂-氯化锌/氯化钙溶液溶解纤维素原料先制备溶胶再加入去离子水制备纤维素水凝胶；
置换：使用极性溶剂置换出凝胶中的离子与水分子；
干燥：最后干燥得到纤维素基塑料。
2.根据权利要求1所述的纤维素基塑料的制备方法，其特征在于：所述制备纤维素水凝胶中，制备溶胶中，按照重量计，氯化锌：氯化钙：水＝9.87:0.2～0.4：3.5～4.0。
3.根据权利要求1或2所述的纤维素基塑料的制备方法，其特征在于：所述制备纤维素水凝胶中，制备溶胶中，按照重量计，氯化锌：氯化钙：水＝9.87:0.3:3.63。
4.根据权利要求1所述的纤维素基塑料的制备方法，其特征在于：所述制备纤维素水凝胶中，绿色溶剂-氯化锌/氯化钙溶液中包括棉短绒的加入，按照重量计，氯化钙：棉短绒＝1:5～15。
5.根据权利要求1或4中所述的纤维素基塑料的制备方法，其特征在于：所述制备纤维素水凝胶中，绿色溶剂-氯化锌/氯化钙溶液中包括棉短绒的加入，按照重量计，氯化钙：棉短绒＝1:10。
6.根据权利要求1中所述的纤维素基塑料的制备方法，其特征在于：所述制备纤维素水凝胶中，按照重量计，溶胶：与溶胶混合的去离子水＝2～3:13.8。
7.根据权利要求1或6中所述的纤维素基的制备方法，其特征在于：所述制备纤维素水凝胶中，按照重量计，溶胶：与溶胶混合的去离子水＝2.5:13.8。
8.根据权利要求1中所述的纤维素基塑料的制备方法，其特征在于：所述置换中极性溶剂为乙醇。
9.根据权利要求1中所述的纤维素基塑料的制备方法，其特征在于：所述干燥，干燥方法为常温干燥。
10.根据权利要求1中所述的纤维素基塑料的制备方法，其特征在于：所述置换中，置换方式为浸泡在极性溶剂中，浸泡时间为6～10h。
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