一种纤维素纳米纤丝增强的全生物降解复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纤维素纳米纤丝增强的全生物降解复合材料的制备方法，属于高分子材料技术领域。操作步骤如下：（1）首先以纸浆纤维素为原料制备得到纤维素纳米纤丝；（2）其次以纤维素纳米纤丝、淀粉、增塑剂为原料，制备得到热塑性淀粉和纤维素纳米纤丝的复合材料；（3）再将热塑性淀粉和纤维素纳米纤丝的复合材料、聚己二酸

【技术实现步骤摘要】
一种纤维素纳米纤丝增强的全生物降解复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于高分子材料
，尤其是涉及一种纤维素纳米纤丝增强的全生物降解复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着时代发展和社会进步，可持续发展和环境保护越来越受到人们的重视，由于石油基塑料的不可再生和不可降解等特性而带来的环境污染、能源紧缺等一系列问题也越来越严重，“白色污染”已成为各方关注的焦点，可生物降解材料正在加大力度推广使用。聚己二酸
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对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）是一种石油基可降解共聚酯，具有良好的柔韧性、成膜性和力学性能，在包装材料和卫生用品等领域得到广泛应用，但聚己二酸
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对苯二甲酸丁二醇酯制品存在挺度低、开口性差、成本高等问题。因此改性降本是提升生物降解材料应用推广的重要手段。淀粉由于其原料来源广泛、价格低廉、可再生、对环境污染小、可完全降解等特性引起广泛关注。热塑性淀粉（TPS）是通过增塑剂的加入使淀粉具有可塑性，从而改善淀粉的加工性能和使用性能，因此淀粉塑化后可与生物降解聚合物共混改性来提高材料的综合性能同时降低成本。
[0003]目前，淀粉基生物降解塑料的制备通常是将淀粉塑化进行改性处理改善其热塑成膜性能，再与生物降解塑料及其他功能助剂进行简单共混、注塑成型。公开号CN110845830A公开了一种淀粉填充聚乳酸和聚己二酸
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对苯二甲酸丁二醇酯全生物降解复合材料及其制备方法，通过将聚乳酸、聚己二酸
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对苯二甲酸丁二醇酯、淀粉、甘油、偶联剂等进行简单的共混挤出，从而解决聚乳酸韧性差、脆性易断的问题；公开号CN113088044A公开了一种淀粉填充全生物降解塑料及其制备方法，同样是将聚己二酸
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对苯二甲酸丁二醇酯、淀粉、增塑剂、补强剂、分散剂等进行共混挤出，从而解决聚己二酸
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对苯二甲酸丁二醇酯吹膜困难的缺陷，同时降低成本。但是该种淀粉填充复合材料与纯生物降解塑料相比，机械强度和耐水性较差，特别是当淀粉含量较高时。这主要是由于热塑性淀粉材料对环境湿度十分敏感，在储存和使用过程中容易吸水，结果使得复合材料力学性能降低；另外，热塑性淀粉还存在重结晶的现象，使得制品的尺寸稳定性差并且变脆，无法满足使用的要求。
[0004]因此，开发一种机械强度高、耐水性好、成本低的淀粉基生物降解塑料及其制备方法，是其获得广泛应用的关键。

技术实现思路

[0005]为了提高聚己二酸
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对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）和淀粉共混材料的力学性能，同时保持较高的淀粉添加量，本专利技术提出一种纤维素纳米纤丝增强的全生物降解复合材料的制备方法。
[0006]一种纤维素纳米纤丝增强的全生物降解复合材料的制备操作步骤如下：（1）制备纤维素纳米纤丝（1.1）将5～10g纸浆纤维素分散到1500mL浓度为5～8wt％的氢氧化钠（NaOH）溶液
中，25～35℃下搅拌反应10～12h，水洗至中性，得到预处理纤维素；所述纸浆纤维素为亚麻浆纤维素、或竹浆纤维素、或木浆纤维素；（1.2）将7.42g碳酸钠（Na2CO3）和2.52g碳酸氢钠（NaHCO3）溶解于500mL去离子水中，形成缓冲液；将0.1g 2,2,6,6
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四甲基哌啶氮氧化物（TEMPO）和1g溴化钠（NaBr）超声溶解于缓冲液中，加入5～8g预处理纤维素，在搅拌下缓慢滴加10mL浓度2～4mol/L的次氯酸钠（NaClO）溶液，并用浓度4mol/L的稀盐酸溶液调节反应体系pH值至10.4～10.8，于30℃恒温水浴锅中搅拌反应2～7h，加入10mL无水乙醇终止反应，将反应产物水洗至中性；（1.3）用水将反应产物配制成纤维素含量为1～2wt%的混合物，高压均质，得到半透明凝胶状的纤维素纳米纤丝；所述纤维素纳米纤丝的长度为3～8μm，直径为3～10nm；（2）制备热塑性淀粉和纤维素纳米纤丝的复合材料将700～750g原淀粉、250～300g增塑剂、800～1000g凝胶状的纤维素纳米纤丝搅拌混合均匀，得到预混物，将预混物在双螺杆挤出机中25℃混炼塑化10min，螺杆转速为100～150rpm；升高双螺杆挤出机温度，挤出造粒，得到热塑性淀粉和纤维素纳米纤丝的复合材料；所述原淀粉为玉米淀粉、或木薯淀粉、或小麦淀粉；所述增塑剂为甘油；（3）制备聚己二酸
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对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、热塑性淀粉和纤维素纳米纤丝的复合材料将500g聚己二酸
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对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、500g热塑性淀粉和纤维素纳米纤丝复合材料、5～10g增容剂、1～5g分散剂和2g抗氧剂在高速混合机中，室温下转速800～1500rpm充分混合5～10min；在双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机螺杆转速为200～300rpm，得到颗粒状的全生物降解复合材料；所述聚己二酸
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对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）的熔体质量流动速率为4 g/10min，羧基含量为30 mol/t；所述增容剂为分子结构中至少含有2个异氰酸酯官能团的化合物，具体为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、甲基环己烷二异氰酸酯中的一种；所述分散剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸钠中的一种；所述抗氧剂为抗氧剂1010、或抗氧剂1010和抗氧剂168各二分之一、或抗氧剂1010和抗氧剂1076各二分之一；所述全生物降解复合材料的拉伸强度为14.3～15.2MPa，断裂伸长率为232～258%，吸水率为6.8～9.2%。
[0007]进一步的技术方案如下：步骤（1.3）中，高压均质条件：压力为80～90MPa、温度60～70℃、重复6～8次。
[0008]步骤（2）中，将所述原淀粉预先在温度80℃下干燥4h。
[0009]步骤（2）中，所述双螺杆挤出机为同向双螺杆挤出机，长径比为48:1，螺杆直径为22mm；由加料口至模头分为七段独立温控区域，七段独立温控区域的温度分别为90℃、100℃、100℃、110℃、110℃、110℃、100℃。
[0010]步骤（3）中，将聚己二酸
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对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）预先在温度80℃下干燥6h。
[0011]步骤（3）中，所述双螺杆挤出机为同向双螺杆挤出机，长径比为48:1，螺杆直径为22mm；由加料口至模头分为七段独立温控区域，七段独立温控区域的温度分别为130℃、140℃、145℃、145℃、150℃、150℃、145℃。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果体现在以下方面：（1）本专利技术以纸浆纤维素为原料，采用氢氧化钠预处理结合2,2,6,6
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四甲基哌啶氮氧化物（TEMPO）催化氧化协同高压机械处理的方法制备了纤维素纳米纤丝，有效提高了纤维素的氧化程度和反应效率，所制得的纤维素纳米纤丝具有更大的长径比和更好的分散性，长度为3～8μm，直径为3～10nm。
[0013]（2）本专利技术以纤维素纳米纤丝作为增强填料，在增强淀粉基材料时能够与淀粉基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维素纳米纤丝增强的全生物降解复合材料的制备方法，其特征在于，操作步骤如下：（1）制备纤维素纳米纤丝（1.1）将5～10g纸浆纤维素分散到1500mL浓度为5～8wt％的氢氧化钠溶液中，25～35℃下搅拌反应10～12h，水洗至中性，得到预处理纤维素；所述纸浆纤维素为亚麻浆纤维素、或竹浆纤维素、或木浆纤维素；（1.2）将7.42g碳酸钠和2.52g碳酸氢钠溶解于500mL去离子水中，形成缓冲液；将0.1g 2,2,6,6
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四甲基哌啶氮氧化物和1g溴化钠超声溶解于缓冲液中，加入5～8g预处理纤维素，在搅拌下缓慢滴加10mL浓度2～4mol/L的次氯酸钠溶液，并用浓度4mol/L的稀盐酸溶液调节反应体系pH值至10.4～10.8，于30℃恒温水浴锅中搅拌反应2～7h，加入10mL无水乙醇终止反应，将反应产物水洗至中性；（1.3）用水将反应产物配制成纤维素含量为1～2wt%的混合物，高压均质，得到半透明凝胶状的纤维素纳米纤丝；所述纤维素纳米纤丝的长度为3～8μm，直径为3～10nm；（2）制备热塑性淀粉和纤维素纳米纤丝的复合材料将700～750g原淀粉、250～300g增塑剂、800～1000g凝胶状的纤维素纳米纤丝搅拌混合均匀，得到预混物，将预混物在双螺杆挤出机中25℃混炼塑化10min，螺杆转速为100～150rpm；升高双螺杆挤出机温度，挤出造粒，得到热塑性淀粉和纤维素纳米纤丝的复合材料；所述原淀粉为玉米淀粉、或木薯淀粉、或小麦淀粉；所述增塑剂为甘油；（3）制备聚己二酸
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对苯二甲酸丁二醇酯、热塑性淀粉和纤维素纳米纤丝的复合材料将500g聚己二酸
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对苯二甲酸丁二醇酯、500g热塑性淀粉和纤维素纳米纤丝的复合材料、5～10g增容剂、1～5g分散剂和2g抗氧剂在高速混合机中，室温下转速800～1500rpm充分混合5～10min；在双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机螺杆转速为200～300rpm，得到颗粒状的全...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭玉飞，刘征，钱俊，喻军，
申请(专利权)人：东华工程科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：