CN115466414B - 一种半纤维素基塑料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用制浆工业副产品制备半纤维素基塑料的方法，主要包括以下步骤：(1)利用四丁基氢氧化铵(TBAH)和尿素(Urea)对制浆工业副产品得到的半纤维素(木聚糖)进行溶解，加入丙三醇三脱水甘油醚利用其在碱性条件下可以与半纤维素(木聚糖)进行醚化交联反应，得到半纤维素(木聚糖)基凝胶；(2)对半纤维素(木聚糖)凝胶进行热压，通过化学键和物理键的协同作用制备半纤维素(木聚糖)基凝胶。本发明以半纤维素(木聚糖)的高值化利用作为切入点，利用半纤维素(木聚糖)的羟基活性基团通过醚化交联制备半纤维素塑料，改善了半纤维素(木聚糖)材料的力学性能，开发了半纤维素(木聚糖)制备生物塑料的潜力。

Description

一种半纤维素基塑料的制备方法
技术领域
本发明涉及可降解的木质纤维素基塑料的构筑，特别是涉及一种利用工业木聚糖制备可降解塑料的方法。
背景技术
塑料是现代生活中不可或缺的高分子材料，据报道仅2018年全球塑料制品的生产量就高达3.6亿吨。然而由于废弃塑料的循环利用难度大和回收成本高，目前全球塑料废弃物的回收利用率仍不足10％，这导致大量的废弃塑料被积累在自然界中。据统计，截至2017年全球塑料垃圾累计排放量约为83亿吨，而且预计到2050年将会超过120亿吨。这些塑料废弃物能够在自然界存在几百年而无法被完全降解，从而对生态环境造成严重的污染。另外，被丢弃在陆地上的塑料垃圾也会通过洪水和河流冲刷等作用积累到海洋中。据报道目前海洋中已经积累了大量微米，纳米尺度的塑料固弃物，从而带来了严重的海洋微塑料污染问题。
溶解浆是通过化学作用将木质纤维素纯化后得到的高纯度纤维素材料。因此在制备溶解浆的过程中会脱除大量的半纤维素，在工厂生产中这一部分的废液在碱回收工段处理，但是废液量较大、燃烧值较低，利用价值不高。本发明以纺丝工业中生产溶解浆时脱除的工业木聚糖为原料。木聚糖是由D-吡喃型木糖基以β-(1,4)-糖苷键连接而成。因主链含有大量的羟基作为活性位点，可以对工业木聚糖进行化学改性，如：醚化改性，酯化改性、接枝共聚等，可以实现工业木聚糖的高值化利用。基于木聚糖的性质对木聚糖进行改性制备的木聚糖膜材料，由于其良好的可再生性、可生物降解、阻氧性能受到人们的青睐，在食品、包装、农业、医药等领域有着极大的应用潜力。但木聚糖由于分子内和分子间存在较强的氢键作用，导致了木聚糖膜材料在干燥过程中出现了内应力分布不均匀而开裂，很难获得连续致密的膜材料。本发明采用一种醚化交联的方法，将木聚糖制备成水凝胶后通过物理热压的方式，实现了共价键与物理键相协同作用，制备出了力学性能优异的具有热固性的木聚糖基生物塑料，为木聚糖在可降解塑料的制备提供了一种全新的策略。
发明内容
本发明提出了一种半纤维素塑料制备的新方法。突破了木聚糖难以成型加工及力学强度低的技术瓶颈，实现了木聚糖的高质高效利用。为了解决上述技术瓶颈问题，本发明采用了如下技术方案：一种半纤维素(木聚糖)基塑料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将四丁基氢氧化铵(TBAH)和尿素(Urea)按照10：4的重量比混合，得到TBAH/Urea混合溶液；
步骤2，将工业木聚糖与TBAH/Urea混合溶液按照1～2：10的重量比进行溶解得到透明的木聚糖溶液；
步骤3，将丙三醇三脱水甘油醚与步骤2得到的木聚糖溶液按照0.25～1：10 的重量比混合均匀；
步骤4，将步骤3得到的混合溶液放入60℃烘箱1h，得到木聚糖基凝胶；
步骤5，将木聚糖基凝胶在去离子水中洗至中性后，放入无水乙醇中进行脱水，脱水至恒重；
步骤6，脱水后的木聚糖凝胶在50MPa，60℃的条件下进行热压48h，得到木聚糖基塑料。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、可高值化利用工业木聚糖，通过简单的交联反应的到木聚糖基水凝胶，通过物理热压的方式形成了全绿色基热固性木聚糖基塑料，在力学性能方面优于其他木聚糖基材料；
2、拓展了木聚糖的在可加工性和可降解塑料领域方面的应用；
3、通过改变反应物的浓度与比例可以得到不同力学性能的材料。
附图说明
图1为本发明制备流程图；
图2为本发明SEM横截面图；
图3为本发明制备的木聚糖基塑料的应力-应变力学性能图；
图4为本发明制备的木聚糖基塑料的XRD图；
图5为本发明制备的木聚糖基塑料的FT-IR图；
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实验作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
实施例1
步骤1，将四丁基氢氧化铵(TBAH)和尿素(Urea)按照10：4的重量比混合，得到TBAH/Urea混合溶液；
步骤2，将工业木聚糖与TBAH/Urea混合溶液按照1.5：10的重量比进行溶解得到透明的木聚糖溶液；
步骤3，将丙三醇三脱水甘油醚与步骤2得到的木聚糖溶液按照0.25：10 的重量比混合均匀；
步骤4，将步骤3得到的溶液，放入60℃烘箱1h，得到木聚糖基凝胶；
步骤5，将木聚糖基凝胶在去离子水中洗至中性后，放入无水乙醇中进行脱水，脱水至恒重；
步骤6，脱水后的木聚糖凝胶在50MPa，60℃的条件下进行热压48h(采用脱水热压法尽可能脱除水分)，得到木聚糖基塑料。
实施例2
步骤1，将四丁基氢氧化铵(TBAH)和尿素(Urea)按照10：4的重量比混合，得到TBAH/Urea混合溶液；
步骤2，将工业木聚糖与TBAH/Urea混合溶液按照1.5：10的重量比进行溶解得到透明的木聚糖溶液；
步骤3，将丙三醇三脱水甘油醚与步骤2得到的木聚糖溶液按照0.50～1：10 的重量比混合均匀；
步骤4，将步骤3得到的溶液，放入60℃烘箱1h，得到木聚糖基凝胶；
步骤5，将木聚糖基凝胶在去离子水中洗至中性后，放入无水乙醇中进行脱水，脱水至恒重；
步骤6，脱水后的木聚糖凝胶在50MPa，60℃的条件下进行热压48h(采用脱水热压法尽可能脱除水分)，得到木聚糖基塑料。
实施例3
步骤1，将四丁基氢氧化铵(TBAH)和尿素(Urea)按照10：4的重量比混合，得到TBAH/Urea混合溶液；
步骤2，将工业木聚糖与TBAH/Urea混合溶液按照1.5：10的重量比进行溶解得到透明的木聚糖溶液；
步骤3，将丙三醇三脱水甘油醚与步骤2得到的木聚糖溶液按照0.75：10 的重量比混合均匀；
步骤4，将步骤3得到的溶液，放入60℃烘箱1h，得到木聚糖基凝胶；
步骤5，将木聚糖基凝胶在去离子水中洗至中性后，放入无水乙醇中进行脱水，脱水至恒重；
步骤6，脱水后的木聚糖凝胶在50MPa，60℃的条件下进行热压48h(采用脱水热压法尽可能脱除水分)，得到木聚糖基塑料。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种利用制浆工业副产品制备半纤维素基塑料的方法，包括以下步骤：
步骤1，将四丁基氢氧化铵(TBAH)和尿素(Urea)按照10：4的重量比混合，得到TBAH/Urea混合溶液；
步骤2，将工业木聚糖与TBAH/Urea混合溶液按照1～2：10的重量比进行溶解得到透明的半纤维素溶液；
步骤3，将丙三醇三脱水甘油醚与步骤2得到的半纤维素溶液按照0.25～1：10的重量比混合均匀；
步骤4，将步骤3得到的溶液放入60℃烘箱1h，得到半纤维素基凝胶；
步骤5，将半纤维素基凝胶在去离子水中洗至中性后，放入无水乙醇中进行脱水，脱水至恒重；
步骤6，脱水后的半纤维素基凝胶在50MPa，60℃的条件下进行热压48h，得到半纤维素基塑料。
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