本发明专利技术公开了一种本体聚合接枝改性氧化纳米纤维素的方法。本发明专利技术在无水无氧的条件下亲水性氧化纳米纤维素分散在疏水性物质（改性物）中，采用具有引发作用的醇类物质为共引发剂，并在催化剂存在下，通过开环聚合反应将疏水性物质接枝到氧化的纳米纤维素上。本发明专利技术产物可改变纳米纤维素的亲水性质，增强其疏水性，使其能够在非极性基质中更好的分散，拓宽纳米纤维素的应用范围。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料领域，具体涉及。
技术介绍
纤维素是一类具有分层结构的高分子晶体聚合物。这种分层结构由小尺寸、高强度的纤维素微纤维束构成。根据纤维素来源不同，这些微纤维束的横向尺寸可达到纳米级。同时，在强烈的结晶化、生物聚合及纺纱化的共同作用下，微纤维束间相互结合形成天然纤维素结构。根据以上结构特征，天然纤维素纤维可在不同处理条件下分离出纳米级别的纤维素片段。因此，将纤维素纤丝从纤维结构中逐层分离可得到形貌尺寸较为均一的纳米纤维素。目前，用于制备纳米纤维素原料主要有植物原料、菌类及被囊类动物三种。其中，植物原料主要包括木材、农业经济作物及农业加工副产物等。原料不同，纳米纤维素的制备方法也分为多种，主要包括以化学处理为核心的制备方法、以机械处理为核心的制备方法、酶处理法、细菌合成法及静电纺丝法等。其得到的纳米纤维素尺寸也会随制备方法的不同而产生变化。其中，用于植物纳米纤维素制备的方法主要是化学处理法及机械处理法。在机械处理前对纤维原料进行一定程度的化学处理。以2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧基自由基(TEMPO)为催化剂对纤维素进行氧化，再通过一定的机械处理可得到分散良好的单根纳米纤维素。TEMPO氧化制备的纳米纤维素具备较高的长径比，且产物是纤维素的羧酸盐衍生物，纳米纤维素表面的羧基含量决定了其分散状态，即羧基含量越高，分散性能越好。与普通纤维素相比，纳米纤维素不仅保留了纤维素的一般特征，其较小的直径也导致其长径比大大增加。巨大的长径比使内部应力可有效的在纳米纤维素与聚合物基体间传递，使纳米纤维素可广泛应用于聚合物的增强材料。但同时，大长径比使纳米纤维素容易发生聚沉和交联而形成团聚，一定程度上限制了其应用。大长径比使纳米纤维素容易发生聚沉和交联而形成团聚，一定程度上限制了其应用，而且虽然纳米纤维素在增强复合材料方面有显著的作用，但要得到具有良好性能的复合材料，填充物需要在聚合物中均匀分布。但纳米纤维素是一种极性材料，很难在非极性基体中均匀分布。因此，要提高纳米纤维素与基体间的相容性，必须对纳米纤维素进行改性。
技术实现思路
本专利技术克服了大长径比使纳米纤维素容易发生聚沉和交联而形成团聚，不能在聚合物中均匀分布的不足，提供一种氧化纳米纤维素本体聚合接枝改性的方法，使纳米纤维素增强复合材料方面的效果更加明显，应用范围更加广泛。—种本体聚合接枝改性氧化纳米纤维素的方法，包括以下操作步骤:将经过丙酮、甲苯溶剂转换的含羧基的氧化纳米纤维素、疏水改性物、共引发剂、催化剂加入到反应容器中，加热，搅拌，疏水改性物进行本体开环聚合反应接枝到氧化纳米纤维素上；反应结束后，降温至常温后，除去均聚物，得到接枝改性的氧化纳米纤维素。进一步地，所述氧化纳米纤维素由纤维素原料氧化而得，氧化纳米纤维素羧基含量范围为 0.450mmol/g-1.440mmo1 /g ；进一步地，所述的纤维素原料为棉短绒、针叶木漂白纸浆或阔叶木漂白纸浆；进一步地，所述疏水改性物为己内酯单体；氧化纳米纤维素经超声分散在疏水改性物(己内酯单体)中，氧化纳米纤维素与疏水改性物的质量比为1:30-1:99 ；进一步地，共引发剂为醇类化合物，为C6H5CnH2nOH或(CniH2ni) (OH)2，其中I彡η彡2，2彡m彡6，η与m都为整数；进一步地，所述共引发剂的用量为氧化纳米纤维素质量的0.05?0.2倍；进一步地，所述催化剂为辛酸亚锡；辛酸亚锡的用量为疏水改性物质量的2% -5% ；进一步地，所述本体开环聚合反应温度为110-130°C，本体开环聚合反应时间为15-24h ；进一步地，接枝物的含量通过产物的热失重差计算。更进一步地，本专利技术选用己内酯作为改性物，采用苯甲醇作共引发剂，辛酸亚锡为催化剂进行开环聚合反应，本专利技术提供一种技术方案。I)采用不同溶剂转换的含羧基的氧化纳米纤维素为原料；2)采用己内酯作为改性物，本体开环聚合将其接枝到纳米纤维素上；3)采用超声的方法使纳米纤维素分散在己内酯中；4)采用醇类化合物作为共引发剂；5)采用辛酸亚锡为催化剂；工艺步骤如下:(I)称取纤维素原料，进行2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧基自由基(TEMPO)氧化制取氧化纳米纤维素(TONC)，TEMPO氧化的条件是:棉短绒5g，TEMPO 0.08g，溴化钠0.5g，次氯酸钠30mmol，进行氧化，抽滤，制取纳米纤维素悬浮液。(2)称取相当于0.3g绝干纳米纤维素悬浮液进行离心分离，倒掉上清液，离心条件是:转速9500rpm，时间25min。(3)溶剂转换的方法如下，将TONC从悬浮液中通过转移到无水丙酮中，再转移到无水甲苯中，以除去TONC中的残留水分。每次使用的丙酮或甲苯体积约为100mL。具体操作为将TONC悬浮液用超声细胞粉碎机分散2min以上，以保证TONC在丙酮及甲苯中的分散性。将所得悬浮液在9500rpm的转速下离心分离20min，除去上清液加入新的溶剂，重复上述步骤。这一离心沉淀-超声再分散的过程需在丙酮及甲苯中各重复2次。(4)采用超声的方法使纳米纤维素分散在己内酯单体中，将甲苯中的TONC转移至20ml己内酯单体中，超声4min使纳米纤维素均匀分散在己内酯单体中，加入到烧瓶中。(5)在烧瓶中加入共引发剂，抽真空，充氩气，重复5次。(6)将烧瓶加热至110_130°C，加入催化剂辛酸亚锡，反应15_24h。(7)反应停止后加入200ml 二氯甲烷，用布式漏斗进行抽滤，收集滤纸上的沉淀，然后用二氯甲烷索氏抽提48h，以去除反应中自聚产生的聚ε-己内酯(PCL)和未反应的ε -CL，洗涤后的产物在45°C下真空干燥48h，得到PCL接枝的TONCdBS T0NC-g-PCL。 (8)接枝改性前TONC和接枝后产物TONC-g-PCL进行热重分析，接枝后产物TONC-g-PCL出现两步热降解过程，第一步热降解是纳米纤维素本身的热降解过程，而第二步热降解属于接枝的PCL链。改性后，TONC-g-PCL的失重残余均有所下降。同时，当温度上升至600°C时，PCL均聚物全部分解，失重残余为O。这说明接枝产物热降解后的失重残余均来源于纳米纤维素。因此，可根据改性前后样品的失重残余量计算接枝产物中PCL链的含量。其计算公式如下，设TONC-g-PCL中PCL的含量为X，接枝前的碳残余量为R。，接枝产物的碳残余量为R1,则有(1-X)XR1=R0求解X，即可得到TONC-g-PCL中PCL的含量。与现有技术相比，本专利技术具有的优点与技术效果如下:I)采用氧化纳米纤维素(长径比大)，克服大长径比的纳米纤维素容易发生聚沉和交联而形成团聚，不能在聚合物中均匀分布的不足，更好地增强复合材料的机械强度2)提供一种氧化纳米纤维素本体聚合接枝改性的方法，使接枝产物中疏水性物质的百分比更大，因此，接枝产物能够在复合材料中具有更好的相容性，较少破坏复合材料的弹性性能，更好地增强复合材料的机械强度【附图说明】图1为氧化纳米纤维素改性前(TONC)及接枝产物纳米纤维素-g_己内酯(T0NC-g-PCL)的红外光谱图；其中横坐标Wavenumbers表示波数，纵坐标Transmiss1n表示透射率。【具体实施方式】下面结合实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种本体聚合接枝改性氧化纳米纤维素的方法，其特征在于，包括以下步骤：将经过丙酮、甲苯溶剂转换的含羧基的氧化纳米纤维素、疏水改性物、共引发剂、催化剂加入到反应容器中，加热，搅拌, 疏水改性物进行本体开环聚合反应接枝到氧化纳米纤维素上；反应结束后，降温至常温后，除去均聚物，得到接枝改性的氧化纳米纤维素。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：付时雨，刘瑞，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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