CN114702730A - 一种环保型生物质塑料材料的制备方法 - Google Patents

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游项森
张良旺
金雨轩
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Abstract

本发明公开了一种环保型生物质塑料材料的制备方法，包括以下步骤：S101、制备双醛纤维素：首先在磁力搅拌作用下把2g微晶纤维素分散于250mL去离子水中，然后加入脱水葡萄糖及高碘酸钠，并使用铝箔包裹反应容器使其避光，接着将其在一定温度及时间下反应得到双醛纤维素，反应结束后，用去离子水对双醛纤维素清洗数次，本发明利用高碘酸钠对纤维素进行氧化处理获得双醛纤维素，并利用植物油基长链二胺对其进行交联，制备了完全可持续的全生物质基动态亚胺聚合物，通过调控醛基和胺基的摩尔比构筑了动态亚胺键和动态氢键的协同作用网络，使全生物质动态亚胺聚合物的强度和韧性具有良好的可调控性。

Description

一种环保型生物质塑料材料的制备方法
技术领域
本发明涉及环保材料技术领域，具体是一种环保型生物质塑料材料的制备方法。
背景技术
随着外卖送餐行业、超市生鲜业的快速发展，一次性食品包装袋的使用频率越来越高，这些塑料材质通常不能降解，给生态环保带来巨大压力。
塑料具有较高分子量，耐酸碱，自然条件下难以降解。工业与生活用品大量使用塑料制品，塑料废弃物不断堆积带来了严重的环境生态问题，阻碍了世界的可持续发展。为治理塑料带来的环境问题，国内外推出多种替代方案，包括淀粉基塑料制品、聚乳酸类制品、全降解生物质制品等。其中，生物质制品原料可再生，产品短时间内可实现降解，资源来源广泛且产量巨大。发展功能可替代塑料的生物质制品具有显著的资源优势和良好的环境效益。因此，以地球产量最丰富的生物质材料为原材料，制备生物质全降解制品具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环保型生物质塑料材料的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种环保型生物质塑料材料的制备方法，包括以下步骤：
S101、制备双醛纤维素：首先在磁力搅拌作用下把2g微晶纤维素分散于250mL去离子水中，然后加入脱水葡萄糖及高碘酸钠，并使用铝箔包裹反应容器使其避光，接着将其在一定温度及时间下反应得到双醛纤维素，反应结束后，用去离子水对双醛纤维素清洗数次，并置于超纯水中透析3天，然后对其冷冻干燥得到双醛纤维素粉末；
S201、制备全生物质基动态亚胺聚合物：将步骤S101中得到的双醛纤维素粉末与植物油基长链二胺反应，合成全生物质基动态亚胺聚合物；
S301、木粉的表面氧化改性：利用高碘酸钠对木粉氧化20h，获得氧化木粉；
S401、表面胺基化改性：利用植物油基长链二胺对步骤S301中得到的氧化木粉进行改性制备表面胺基功能化木粉；
S501、制备环保型生物质塑料材料：把木粉、步骤S301中的氧化木粉和步骤S401中的表面胺基功能化木粉原位复合在步骤S201中的全生物质基动态亚胺聚合物的网络中制备得到复合材料，再把步骤S101中的双醛纤维素粉末在100℃下溶解于7mL二甲基亚砜中，获得双醛纤维素溶液，待其温度降至室温后，在磁力搅拌下加入所得的复合材料，并使用漩涡搅拌器剧烈搅拌使复合材料均匀分散在双醛纤维素溶液中，随后加入植物油基长链二胺，并继续使用漩涡搅拌器剧烈搅拌使反应体系混合均匀，在室温下反应8h获得凝胶状复合物，最后对产物清洗、干燥和热压，制备得到环保型生物质塑料材料。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S101中脱水葡萄糖和高碘酸钠的摩尔比为1:1.2。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤S101中反应温度为35℃，反应时间为20h。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤201中的反应条件为醛基和胺基的摩尔比为1:1.4。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤S201的具体步骤为：
称取0.5g双醛纤维素粉末于15mL玻璃瓶中，加入7mL二甲基亚砜，在100℃溶解1h获得双醛纤维素溶液，待双醛纤维素溶液的温度降至室温后，加入预先稀释于2mL二甲基亚砜中的植物油基长链二胺，迅速使用旋涡搅拌器强力搅拌使双醛纤维素和植物油基长链二胺混合均匀，然后在磁力搅拌和室温条件下反应8h，反应结束后使用无水乙醇对产物洗涤三次以除去二甲基亚砜，然后将其置于55℃真空干燥箱中干燥6h获得块状全生物质基动态亚胺聚合物样品，利用研钵对获得的块状样品进行研磨处理获得全生物质基动态亚胺聚合物粉末，将0.9g全生物质基动态亚胺聚合物粉末在去离子水中浸泡3min后，抽滤脱除大量的水分，把获得的全生物质基动态亚胺聚合物湿粉末均匀的铺展在一张聚酰亚胺膜的表面，并使用另一张聚酰亚胺膜将其覆盖，然后使用平板热压机在70℃和30MPa下对其热压20min制备全生物质基动态亚胺聚合物膜，接着把获得的全生物质基动态亚胺聚合物膜在60℃真空烘箱中干燥8h以除去残留的水分。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明利用高碘酸钠对纤维素进行氧化处理获得双醛纤维素，并利用植物油基长链二胺对其进行交联，制备了完全可持续的全生物质基动态亚胺聚合物，通过调控醛基和胺基的摩尔比构筑了动态亚胺键和动态氢键的协同作用网络，使全生物质动态亚胺聚合物的强度和韧性具有良好的可调控性，动态亚胺网络的存在还赋予了全生物质动态亚胺聚合物优异的热加工性能、应力松弛行为和自适应性能，使其表现出良好的热刺激自修复能力，通过在纤维素分子链间构建动态共价交联网络使得全生物质动态亚胺聚合物具有优异的热稳定性，其热降解温度甚至能够达到473℃，且全生物质动态亚胺聚合物还表现出超低的热膨胀系数，同时兼具优异的阻水性、抗水性、耐溶剂性、抗酸碱腐蚀性和降解性能，另外，全生物质动态亚胺聚合物还能够和未分离的生物质复合获得具有高韧性、良好的应力松弛特性、极低的吸水率，以及优异的抗水性、耐酸碱腐蚀性和降解性能的新一代生物质塑料材料，大大提高了对环境的保护。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中，一种环保型生物质塑料材料的制备方法，包括以下步骤：
S101、制备双醛纤维素：首先在磁力搅拌作用下把2g微晶纤维素分散于250mL去离子水中，然后加入脱水葡萄糖及高碘酸钠，并使用铝箔包裹反应容器使其避光，接着将其在一定温度及时间下反应得到双醛纤维素，反应结束后，用去离子水对双醛纤维素清洗数次，并置于超纯水中透析3天，然后对其冷冻干燥得到双醛纤维素粉末；
S201、制备全生物质基动态亚胺聚合物：将步骤S101中得到的双醛纤维素粉末与植物油基长链二胺反应，合成全生物质基动态亚胺聚合物；
S301、木粉的表面氧化改性：利用高碘酸钠对木粉氧化20h，获得氧化木粉；
S401、表面胺基化改性：利用植物油基长链二胺对步骤S301中得到的氧化木粉进行改性制备表面胺基功能化木粉；
S501、制备环保型生物质塑料材料：把木粉、步骤S301中的氧化木粉和步骤S401中的表面胺基功能化木粉原位复合在步骤S201中的全生物质基动态亚胺聚合物的网络中制备得到复合材料，再把步骤S101中的双醛纤维素粉末在100℃下溶解于7mL二甲基亚砜中，获得双醛纤维素溶液，待其温度降至室温后，在磁力搅拌下加入所得的复合材料，并使用漩涡搅拌器剧烈搅拌使复合材料均匀分散在双醛纤维素溶液中，随后加入植物油基长链二胺，并继续使用漩涡搅拌器剧烈搅拌使反应体系混合均匀，在室温下反应8h获得凝胶状复合物，最后对产物清洗、干燥和热压，制备得到环保型生物质塑料材料。
所述步骤S101中脱水葡萄糖和高碘酸钠的摩尔比为1:1.2。
所述步骤S101中反应温度为35℃，反应时间为20h。
所述步骤201中的反应条件为醛基和胺基的摩尔比为1:1.4。
所述步骤S201的具体步骤为：
称取0.5g双醛纤维素粉末于15mL玻璃瓶中，加入7mL二甲基亚砜，在100℃溶解1h获得双醛纤维素溶液，待双醛纤维素溶液的温度降至室温后，加入预先稀释于2mL二甲基亚砜中的植物油基长链二胺，迅速使用旋涡搅拌器强力搅拌使双醛纤维素和植物油基长链二胺混合均匀，然后在磁力搅拌和室温条件下反应8h，反应结束后使用无水乙醇对产物洗涤三次以除去二甲基亚砜，然后将其置于55℃真空干燥箱中干燥6h获得块状全生物质基动态亚胺聚合物样品，利用研钵对获得的块状样品进行研磨处理获得全生物质基动态亚胺聚合物粉末，将0.9g全生物质基动态亚胺聚合物粉末在去离子水中浸泡3min后，抽滤脱除大量的水分，把获得的全生物质基动态亚胺聚合物湿粉末均匀的铺展在一张聚酰亚胺膜的表面，并使用另一张聚酰亚胺膜将其覆盖，然后使用平板热压机在70℃和30MPa下对其热压20min制备全生物质基动态亚胺聚合物膜，接着把获得的全生物质基动态亚胺聚合物膜在60℃真空烘箱中干燥8h以除去残留的水分。
本发明的工作原理是：
本发明以可再生的双醛纤维素和植物油基长链二胺为原料，通过动态共价化学方法设计了完全可持续的全生物质基动态亚胺聚合物，植物油基长链二胺分子结构中含有较长的碳链有利于获得高柔韧性全生物质基动态亚胺聚合物，同时植物油基长链二胺独特的侧链结构也能够增加全生物质基动态亚胺聚合物链间的化学位组，从而进一步提高其柔韧性，另外，植物油基长链二胺的长链烷基基团的引入还有助于使全生物质基动态亚胺聚合物具有疏水性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种环保型生物质塑料材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101、制备双醛纤维素：首先在磁力搅拌作用下把2g微晶纤维素分散于250mL去离子水中，然后加入脱水葡萄糖及高碘酸钠，并使用铝箔包裹反应容器使其避光，接着将其在一定温度及时间下反应得到双醛纤维素，反应结束后，用去离子水对双醛纤维素清洗数次，并置于超纯水中透析3天，然后对其冷冻干燥得到双醛纤维素粉末；
S201、制备全生物质基动态亚胺聚合物：将步骤S101中得到的双醛纤维素粉末与植物油基长链二胺反应，合成全生物质基动态亚胺聚合物；
S301、木粉的表面氧化改性：利用高碘酸钠对木粉氧化20h，获得氧化木粉；
S401、表面胺基化改性：利用植物油基长链二胺对步骤S301中得到的氧化木粉进行改性制备表面胺基功能化木粉；
S501、制备环保型生物质塑料材料：把木粉、步骤S301中的氧化木粉和步骤S401中的表面胺基功能化木粉原位复合在步骤S201中的全生物质基动态亚胺聚合物的网络中制备得到复合材料，再把步骤S101中的双醛纤维素粉末在100℃下溶解于7mL二甲基亚砜中，获得双醛纤维素溶液，待其温度降至室温后，在磁力搅拌下加入所得的复合材料，并使用漩涡搅拌器剧烈搅拌使复合材料均匀分散在双醛纤维素溶液中，随后加入植物油基长链二胺，并继续使用漩涡搅拌器剧烈搅拌使反应体系混合均匀，在室温下反应8h获得凝胶状复合物，最后对产物清洗、干燥和热压，制备得到环保型生物质塑料材料。
2.根据权利要求1所述的一种环保型生物质塑料材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S101中脱水葡萄糖和高碘酸钠的摩尔比为1:1.2。
3.根据权利要求1所述的一种环保型生物质塑料材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S101中反应温度为35℃，反应时间为20h。
4.根据权利要求1所述的一种环保型生物质塑料材料的制备方法，其特征在于，所述步骤201中的反应条件为醛基和胺基的摩尔比为1:1.4。
5.根据权利要求1所述的一种环保型生物质塑料材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S201的具体步骤为：
称取0.5g双醛纤维素粉末于15mL玻璃瓶中，加入7mL二甲基亚砜，在100℃溶解1h获得双醛纤维素溶液，待双醛纤维素溶液的温度降至室温后，加入预先稀释于2mL二甲基亚砜中的植物油基长链二胺，迅速使用旋涡搅拌器强力搅拌使双醛纤维素和植物油基长链二胺混合均匀，然后在磁力搅拌和室温条件下反应8h，反应结束后使用无水乙醇对产物洗涤三次以除去二甲基亚砜，然后将其置于55℃真空干燥箱中干燥6h获得块状全生物质基动态亚胺聚合物样品，利用研钵对获得的块状样品进行研磨处理获得全生物质基动态亚胺聚合物粉末，将0.9g全生物质基动态亚胺聚合物粉末在去离子水中浸泡3min后，抽滤脱除大量的水分，把获得的全生物质基动态亚胺聚合物湿粉末均匀的铺展在一张聚酰亚胺膜的表面，并使用另一张聚酰亚胺膜将其覆盖，然后使用平板热压机在70℃和30MPa下对其热压20min制备全生物质基动态亚胺聚合物膜，接着把获得的全生物质基动态亚胺聚合物膜在60℃真空烘箱中干燥8h以除去残留的水分。
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