CN116554576B - 一种基于原位木质素再生的复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种基于原位木质素再生的复合材料及其制备方法与应用。本发明基于原位木质素再生策略，在玉米秸秆与聚乙烯共混熔炼之前，采用氯化胆碱/草酸二水合物DES预先处理玉米秸秆，溶解木质素，去除半纤维素，并通过加水搅拌使疏水的木质素在纤维素表面再生，有效优化纤维素与聚合物界面间的相容性，进而制备得到强韧性木塑复合材料，该材料能够在结构和承重材料中进行广泛应用。
Description
技术领域
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种基于原位木质素再生的复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明有关的背景信息，而不必然构成现有技术。
玉米秸秆是供作饲料为主的粮、经、饲兼用作物，是工、农业生产的重要生产资源，然而大量的秸杆被遗弃、燃烧，造成大量环境污染、资源浪费。虽然玉米秸秆是一种农业废弃物，但是仍然含有较高的纤维素、半纤维素及木质素含量，其资源化利用价值较高，开发潜力巨大，可进一步转化为具有高附加值的产品。目前玉米秸秆的利用方法主要包括秸秆还田、饲料加工及复合材料制备等，但玉米秸秆木塑复合材料的力学强度韧性偏低，规模化有效处理仍是综合利用发展面临的重要挑战。
现有技术公开的玉米秸秆木塑复合材料，力学强度偏低的主要原因在于：通常情况下，玉米秸秆主要含有纤维素、半纤维素、木质素三种组分，纤维素和半纤维素是亲水的，在与聚合物制备复合材料过程中会存在界面相容性差的问题，导致力学性能较低，尤其韧性不高，难以广泛应用于结构和承重材料。
发明内容
针对现有技术中玉米秸秆在与聚合物制备复合材料过程中界面相容性差，导致力学性能较低，尤其韧性不高的问题，本发明提供一种基于原位木质素再生的复合材料的制备方法，基于原位木质素再生策略，在玉米秸秆与聚乙烯共混熔炼之前，采用氯化胆碱/草酸二水合物DES预先处理玉米秸秆，溶解木质素，去除半纤维素，并通过加水搅拌使疏水的木质素在纤维素表面再生，有效优化纤维素与聚合物界面间的相容性，进而制备得到强韧性木塑复合材料，该材料能够在结构和承重材料中进行广泛应用。
本发明第一方面提供一种基于原位木质素再生的复合材料及其制备方法与应用的制备方法，包括以下步骤：
S1：将玉米秸秆(CS)粉碎成，经水洗涤后干燥后得到玉米秸秆粉末；
S2：将氯化胆碱和草酸二水合物混合加热制备氯化胆碱/草酸二水合物DES溶液；
S3：将玉米秸秆粉末和氯化胆碱/草酸二水合物DES溶液混合加热，然后加水搅拌：得到木质素再生的玉米秸秆(RCS)；
S4：将S3所得RCS和高密度聚乙烯充分混合，得到混合料；
S5：将S4所得混合料进行熔融共混，并注塑成型，得到基于原位木质素再生的复合材料。
本发明第二方面提供一种上述的制备方法得到的基于原位木质素再生的复合材料。
本发明第三方面提供一种上述的基于原位木质素再生的复合材料在结构和承重材料中的应用。
上述本发明的一种或多种技术方案取得的有益效果如下：
1.本发明利用氯化胆碱/草酸二水合物DES体系预处理玉米秸秆，不同于以前技术的组分解构分离，通过添加反向溶剂方式，首次提出原位木质素再生策略优化木塑复合材料界面结合，有效改善了玉米秸秆/高密度聚乙烯木塑复合材料的力学性能，为将木质纤维转化为具有高机械强度和稳定性的复合材料铺平了一条绿色有效的道路，这对扩大其在结构和承重材料中的应用具有重要指导意义。
2.本发明所提供的基于原位木质素再生的复合材料，为废弃物玉米秸秆的利用提供了一种新途径，也实现了废旧塑料的回收再利用，变废为宝，在一定程度上有利于缓解环境污染和资源短缺的问题。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明工艺流程图。
图2为CS、DCS和RCS的组分分析图。
图3为CS、DCS和RCS的接触角测试图。
图4为CS(A、C)和RCS(B、D)的扫描电镜图。
图5为CS和RDS的XPS光谱图。
图6为对比例2(A)和实施例2(B)中复合材料冲击断面扫描电镜图(SEM)。
图7为对比例2中复合材料的DSC图。
图8为实施例2中基于原位木质素再生的复合材料的DSC图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
针对现有技术中玉米秸秆在与聚合物制备复合材料过程中界面相容性差，导致力学性能较低，尤其韧性不高的问题，本发明提供一种基于原位木质素再生的复合材料及其制备方法与应用。
本发明的一种典型实施方式，提供了一种基于原位木质素再生的复合材料及其制备方法与应用的制备方法，包括以下步骤：
S1：将玉米秸秆粉碎成，经水洗涤后干燥后得到玉米秸秆粉末；
S2：将氯化胆碱和草酸二水合物混合加热制备氯化胆碱/草酸二水合物DES溶液；
S3：将玉米秸秆粉末和氯化胆碱/草酸二水合物DES溶液混合加热，然后加水搅拌，得到木质素再生的玉米秸秆；
S4：将S3所得木质素再生的玉米秸秆和高密度聚乙烯充分混合，得到混合料；
S5：将S4所得混合料进行熔融共混，并注塑成型，得到基于原位木质素再生的复合材料。
在一些实施例中，玉米秸秆能替换为稻壳、甘蔗渣、棉秆、木粉中的一种或多种。
在一些实施例中，S1中，将玉米秸秆粉碎至80目以下，经水洗涤后，放入50-60℃烘箱干燥至含水率2％以下；
在一些实施例中，S2中，将氯化胆碱和草酸二水合物以1:1的摩尔比混合，并在70-80℃加热得到的均匀透明液体，即为氯化胆碱/草酸二水合物DES溶液。
在一些实施例中，S3中，玉米秸秆粉末和氯化胆碱/草酸二水合物DES溶液以1:15的质量比混合，105-110℃条件下加热1-1.5h，室温下然后倒入烧杯中加水搅拌5-6h，通过超声破碎、真空过滤、干燥得到木质素再生的玉米秸秆；
进一步的，所述超声破碎是在冰水浴条件下，在超声波破碎仪中超声30-40分钟；
进一步的，所述干燥为烘箱干燥或冷冻干燥；所述烘箱干燥的烘干温度为55-60℃，烘干时间20-24h；所述冷冻干燥的冷冻温度为-60℃，冷冻时间20-24h；
进一步的，干燥得到木质素再生的玉米秸秆也粉碎至80目以下，与S1中的玉米秸秆粉末保持一致。
在一些实施例中，S4中，混合方式采用粉体混料机进行均匀混料，木质素再生的玉米秸秆和高密度聚乙烯的混合比例可以根据实际需求进行合理调控。
在一些实施例中，S5中，将S4所得混合料投入到锥形双螺杆挤出机中进行熔融共混，挤出至料筒内，投入到微型注塑机中进行注塑成型，得到基于原位木质素再生的复合材料。
进一步的，所述锥形双螺杆挤出机的挤出转速为30-60r/min，挤出温度170-180℃。
进一步的，所述微型注塑机的料筒温度和注塑温度为170-180℃，注塑压力为5-10MPa，保压时间为5-10s，模具温度为40-50℃。
本发明的另一种实施方式，提供了一种上述的制备方法得到的基于原位木质素再生的复合材料。
本发明的第三种实施方式，提供了一种上述的基于原位木质素再生的复合材料在结构和承重材料中的应用。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本发明的技术方案。
以下实施例及对比例中，玉米秸秆来源于淄博本地农户；所选用高密度聚乙烯(HDPE)为中国台湾聚合化学品有限公司生产，型号为9001，密度0.936g/cm3；所使用的氯化胆碱(AR)和草酸二水合物购自上海麦克林生物化学有限公司(中国上海)。
以下实施例及对比例中原料份均为重量份。
实施例1
本实施例提供一种基于原位木质素再生的复合材料，具体步骤如下：
1)将玉米秸秆粉碎至80目以下，经水洗涤后，将粉碎后的粉末放入60℃烘箱干燥至含水率2％以下；
2)将氯化胆碱和草酸二水合物混合(摩尔比为1:1)，并在80℃加热得到的均匀透明液体，制备得到氯化胆碱/草酸二水合物DES溶液；
3)将玉米秸秆和氯化胆碱/草酸二水合物DES溶液以1:15的质量比混合，110℃条件下加热1h，室温下然后倒入烧杯中加水搅拌6h，在冰水浴条件下，在超声波破碎仪中超声30分钟，真空过滤、烘箱干燥后得到木质素再生的玉米秸秆；
4)按重量份数称取原料：木质素再生玉米秸秆20份、高密度聚乙烯80份，充分混合得到均匀混料。
5)将混合充分的物料投入到锥形双螺杆挤出机中进行熔融共混，挤出至料筒内，挤出机转速为60r/min，挤出温度及料筒温度均为175℃；混合物经料筒投入到微型注塑机中进行注塑成型，注塑温度为175℃，注塑压力为5MPa，保压时间为5s，模具温度为40℃。
实施例2
本实施例提供一种基于原位木质素再生的复合材料，具体步骤如下：
1)将玉米秸秆粉碎至80目以下，经水洗涤后，将粉碎后的粉末放入60℃烘箱干燥至含水率2％以下；
2)将氯化胆碱和草酸二水合物混合(摩尔比为1:1)，并在80℃加热得到的均匀透明液体，制备得到氯化胆碱/草酸二水合物DES溶液；
3)将玉米秸秆和氯化胆碱/草酸二水合物DES溶液以1:15的质量比混合，110℃条件下加热1h，室温下然后倒入烧杯中加水搅拌6h，在冰水浴条件下，在超声波破碎仪中超声30分钟，真空过滤、冷冻干燥后得到木质素再生的玉米秸秆；
3)按重量份数称取原料：木质素再生玉米秸秆30份、高密度聚乙烯70份，充分混合得到均匀混料。
4)将混合充分的物料投入到锥形双螺杆挤出机中进行熔融共混，挤出至料筒内，挤出机转速为60r/min，挤出温度及料筒温度均为175℃；混合物经料筒投入到微型注塑机中进行注塑成型，注塑温度为175℃，注塑压力为5MPa，保压时间为5s，模具温度为40℃。
对比例1
1)将玉米秸秆粉碎至80目以下，经水洗涤后，将粉碎后的粉末放入60℃烘箱干燥至含水率2％以下；
2)按重量份数称取原料：木质素再生玉米秸秆20份、高密度聚乙烯80份，充分混合得到均匀混料。
3)将混合充分的物料投入到锥形双螺杆挤出机中进行熔融共混，挤出至料筒内，挤出机转速为60r/min，挤出温度及料筒温度均为175℃。
4)混合物经料筒投入到微型注塑机中进行注塑成型，得到所需材料。注塑温度为175℃，注塑压力为5MPa，保压时间为5s，模具温度为40℃。
对比例2
1)将玉米秸秆粉碎至80目以下，经水洗涤后，将粉碎后的粉末放入60℃烘箱干燥至含水率2％以下；
2)按重量份数称取原料：木质素再生玉米秸秆30份、高密度聚乙烯70份，充分混合得到均匀混料。
3)将混合充分的物料投入到锥形双螺杆挤出机中进行熔融共混，挤出至料筒内，挤出机转速为60r/min，挤出温度及料筒温度均为175℃。
4)混合物经料筒投入到微型注塑机中进行注塑成型，得到所需材料。注塑温度为175℃，注塑压力为5MPa，保压时间为5s，模具温度为40℃。
材料表征：
如图2所示，CS中纤维素、半纤维素和木质素的含量分别为～31.49％、19.51％和26.24％，由于DES引发木质素中醚键和半纤维素中糖苷键的断裂，在DCS(用DES处理CS，木质素未再生的玉米秸秆)中分别降至～29.34％、4.91％和9.59％。加水后，RCS(用DES处理CS，木质素再生的玉米秸秆)中的木质素含量恢复至～22.05％(仅损失～4.19％的木质素)，表明木质素再生成功。
如图3所示，RCS的水接触角(～98.5°)高于CS(～24.5°)和DCS(～53.9°)，这也表明疏水性木质素可能在CS表面原位聚集。
图4是CS和RCS的扫描电镜图。图4A和4C显示CS的表面是光滑的，其特征是一些均匀的孔隙(直径约为3μm)。DES处理导致CS表面粗糙，孔隙不明显，可能是由于草酸水解了大部分半纤维素，导致秸秆中整齐的类孔结构被破坏和切断。在RCS表面，出现颗粒状的聚集物，表明木质素的迁移和聚集(图4B和4D)。
图5是CS和RDS的XPS光谱图，RCS(～289.1eV)出现了对应于C＝O/O-C＝O的新峰，这一新峰值的出现可能归因于RCS中木质素芳香骨架振动。由于XPS是表征表面的技术手段，进一步证明了木质素的原位再生。
图6是对比例2和实施例2复合材料冲击断面扫描电镜图SEM。由于极性CS和非极性HDPE之间的不匹配，CS和HDPE之间表现出明显的间隙(图6A)。相反，在RCS和HDPE之间出现了优异的界面组合(图6B)，其在每个组分之间几乎没有间隙。由于木质素的原位再生赋予CS纤维均匀、坚韧和疏水的表面，这有助于在潜在的非共价相互作用(疏水相互作用和范德华力)和空间位阻的帮助下，在RCS和HDPE之间形成优化的界面相容性。
性能表征：
按照相关国家标准对复合材料进行力学性能测试，对比例1-2及实施例1-2的测试结果如表1所示：
表1对比例1-2及实施例1-2所得复合材料的力学测试数据
| 样品 | 拉伸强度 | 弯曲强度 | 冲击强度 | 拉伸韧性 |
| 对比例1 | 28.95 | 17.89 | 14.59 | 2.56 |
| 实施例1 | 30.23 | 23.53 | 16.87 | 2.98 |
| 对比例2 | 23.87 | 17.76 | 12.01 | 1.34 |
| 实施例2 | 20.89 | 21.21 | 14.27 | 1.80 |
图7、图8为对比例2、实施例2中制备的复合材料的DSC图，具体DSC测试数据示于表2。
表2对比例2及实施例2所得复合材料的DSC测试数据
| 样品 | 结晶温度(℃) | 结晶焓(J/g) | 熔融温度(℃) | 熔融焓(J/g) |
| 对比例2 | 119.4 | 128.6 | 130.6 | 148.9 |
| 实施例2 | 119.3 | 148.9 | 130.7 | 156.9 |
可以看出，相对于单纯的玉米秸秆复合材料，本发明采用氯化胆碱/草酸二水合物DES体系预处理玉米秸秆，利用原位木质素再生策略，通过熔融挤出及注塑成型制备的木质素原位再生玉米秸秆/高密度聚乙烯复合材料具有更好的韧性，同时热稳定性更好，可循环使用，应用前景良好。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于原位木质素再生的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将玉米秸秆粉碎，经水洗涤后干燥后得到玉米秸秆粉末；
S2：将氯化胆碱和草酸二水合物混合加热制备氯化胆碱/草酸二水合物DES溶液；
S3：将玉米秸秆粉末和氯化胆碱/草酸二水合物DES溶液混合加热，然后加水搅拌，得到木质素再生的玉米秸秆；
S4：将S3所得的木质素再生的玉米秸秆和高密度聚乙烯充分混合，得到混合料；
S5：将S4所得混合料进行熔融共混，并注塑成型，得到基于原位木质素再生的复合材料；
S3中，玉米秸秆粉末和氯化胆碱/草酸二水合物DES溶液以1:15的质量比混合，105-110℃条件下加热1-1.5h，室温下然后倒入烧杯中加水搅拌5-6h，通过超声破碎、真空过滤、干燥得到木质素再生的玉米秸秆。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S1中，将玉米秸秆粉碎至80目以下，经水洗涤后，放入50-60℃烘箱干燥至含水率2%以下。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S2中，将氯化胆碱和草酸二水合物以1:1的摩尔比混合，并在70-80℃加热得到的均匀透明液体，即为氯化胆碱/草酸二水合物DES溶液。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S3中，所述超声破碎是在冰水浴条件下，在超声波破碎仪中超声30-40分钟；
所述干燥为烘箱干燥或冷冻干燥；所述烘箱干燥的烘干温度为55-60℃，烘干时间20-24h；所述冷冻干燥的冷冻温度为-60℃，冷冻时间20-24 h；
干燥得到木质素再生的玉米秸秆也粉碎至80目以下，与S1中的玉米秸秆粉末保持一致。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S4中，混合方式采用粉体混料机进行均匀混料。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S5中，将S4所得混合料投入到锥形双螺杆挤出机中进行熔融共混，挤出至料筒内，投入到微型注塑机中进行注塑成型，得到基于原位木质素再生的复合材料。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述锥形双螺杆挤出机的挤出转速为30-50 r/min，挤出温度170-180℃。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述微型注塑机的料筒温度和注塑温度为170-180℃，注塑压力为5-10MPa，保压时间为5-10s，模具温度为40-50℃。
9.权利要求1-8任一项所述的制备方法得到的基于原位木质素再生的复合材料。
10.权利要求9所述的基于原位木质素再生的复合材料在结构和承重材料中的应用。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2157103A1 (en) * | 2008-08-18 | 2010-02-24 | BIOeCON International Holding N.V. | Process for regenerating or derivatizing cellulose |
| CN109354635A (zh) * | 2018-10-12 | 2019-02-19 | 安徽工业大学 | 一种低共融溶剂复合碱法提取生物质中半纤维素的方法 |
| CN111321618A (zh) * | 2020-02-11 | 2020-06-23 | 江苏大学 | 一种利用超声微波强化深共熔溶剂解离玉米秸秆的方法 |
| CN112679829A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-20 | 山东理工大学 | 硅酸铝纤维废弃物增强生物质复合材料及其制备方法 |
| CN113292738A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-08-24 | 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 | 一种基于超声波辅助des预处理秸秆获得木质素的方法 |
| CN114958466A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-08-30 | 陕西科技大学 | 一种木质纤维素-MXene/聚四氟蜡限域自润滑材料及其制备方法 |
-
2023
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2157103A1 (en) * | 2008-08-18 | 2010-02-24 | BIOeCON International Holding N.V. | Process for regenerating or derivatizing cellulose |
| CN109354635A (zh) * | 2018-10-12 | 2019-02-19 | 安徽工业大学 | 一种低共融溶剂复合碱法提取生物质中半纤维素的方法 |
| CN111321618A (zh) * | 2020-02-11 | 2020-06-23 | 江苏大学 | 一种利用超声微波强化深共熔溶剂解离玉米秸秆的方法 |
| CN112679829A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-20 | 山东理工大学 | 硅酸铝纤维废弃物增强生物质复合材料及其制备方法 |
| CN113292738A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-08-24 | 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 | 一种基于超声波辅助des预处理秸秆获得木质素的方法 |
| CN114958466A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-08-30 | 陕西科技大学 | 一种木质纤维素-MXene/聚四氟蜡限域自润滑材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Esterification of Lignin Isolated by Deep Eutectic Solvent Using Fatty Acid Chloride, and Its Composite Film with Poly(lactic acid);Chan-Woo Park;《polymer》;2149 * |
| 深共晶溶剂处理对HDPE/改性甘蔗渣复合材料性能的影响;董超;《塑料科技》;1-5 * |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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