脲醛改性木质素高分子相容添加剂的制备与应用制造技术

本发明专利技术提供一种脲醛改性木质素高分子相容添加剂的制备与应用，属于高分子材料及其改性领域；解决现有技术中原有木质素分子结构中极性基团不足，难以和极性聚合物相容、影响木质素－极性高聚物复合材料性能所带来的缺陷；本发明专利技术以木质素或它的衍生物为主要原料，与醛、尿素进行缩聚放映得到脲醛改性木质素；该改性木质素可以作为高分子相容添加剂，对高分子材料进行改性。本发明专利技术使用的原料中尿素、甲醛都是非常廉价的化工原料，使用脲醛改性木质素改性高分子材料，既扩大了可再生资源木质素的应用范围，又可以进一步降低高分子复合材料的成本；并且加工工艺简单、容易实施，改性效果良好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子材料及其改性领域,更具体涉及-一种脲醛改性木质素高分子相容添加剂的制备与应用。
技术介绍
随着高分子科学的发展，高分子材料成为人们衣、食、住、行不可或缺的重要材料。 但是大部分高聚物都是依赖石油化学产品衍生而来。石油、煤炭等矿物、化石原料资源日益 减少，可再生资源的开发、应用成为人们关注的目标。复合材料发展迅速，但是材料的相溶 性直接影响极性不同原料的复合效果，单纯木质素和其他高分子材料复合时，复合材料的 某些性能不佳。为更好地利用生物质资源、降低生产成本，本专利选用溶剂型木质素及其衍 生物制备高分子相容添加剂。溶剂型木质素相比其他方法提取的木质素，在结构上含有丰 富的酚羟基,并能较好的保留各种活性基团，具有更高的化学活性。木质素与甲醛、尿素的 縮合反应机理如下 脲醛改性木质素衍生物的分子结构如下图所示 <formula>formula see original document page 5</formula> 溶剂型木质素苯环上面的活泼氢为其与甲醛反应提供了基础,尿素和甲醛反应的 产物和木质素甲醛反应产物进一步縮合,得到的脲醛改性木质素衍生物的极性增强,增加 与带有极性基团高聚物的相容性，提高复合材料的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供利用溶剂型木质素或它的衍生物经过脲酸縮聚改性产物为 主要原料的高分子相容添加剂的制备及其应用方法；解决现有技术中原有木质素分子结构 中极性基团不足，难以和极性聚合物相容、影响木质素_极性高聚物复合材料性能所带来 的缺陷；尿素、甲醛都是非常廉价的化工原料，使用脲醛改性木质素改性高分子材料，既扩 大了可再生资源木质素的应用范围，又可以进一步降低高分子复合材料的成本；并且加工 工艺简单、容易实施，改性效果良好。 本专利技术的技术方案如下(一)原料配方水木质素或它的衍生物碱催化剂50-80份 5-30份 8-40份 8-35份 0. 2-2. 5份 0. 4—3. 0份(二)制备工艺1)用氢氧化钠或氢氧化钾加水配制重量百分比2%的碱溶液；2)按照所述配比称取添加需要用量的木质素或它的衍生物和水,用2%的碱溶液 调节溶液至P:H = 10. 0-12. 0 ; 3)再按照所述配比称取、添加所需的醛，加热升温至75-95°C ，反应0. 5_2. Oh ; 4)在步骤3)的反应物中加入按照所述原料配比中需要用量的尿素，再继续反应 1. 0-1. 5h ;5)加酸调节步骤4)反应物的p:H值至4. 5-6.()，在75-95。C温度条件下縮聚反应 15-80min : 6)出料歩骤5)縮聚反应完成后的反应物再加酸调pH = 2. 0_3. 0，使其沉降，抽滤，烘干,得到脲醛改性木质素，即为脲醛改性木质素高分子相容添加剂。 本专利技术的脲醛改性木质素高分子相容添加剂的用途所述脲酸改性木质素高分子相容添加剂作为高分子材料的改性剂，与高分子材料的其它原料互混后经过所述高分子材料相应的制备流程得到改性的高分子材料。本专利技术的显著优点 本专利技术采用的溶剂型木质素是从生物质原料或经过生物炼制制备生物天然气、 功能性多糖或生物酒精的残渣中采用溶剂法分离提取的木质素,提取过程没有经过高温、 高压等工序，较好地保留了天然木质素的化学活性，得到的木质素纯度高，其灰分含量小于 3%,远远低于造纸工业得到的木质素磺酸钙或碱木素。溶剂型木质素的原料是可以利用农 林废弃物或生物质炼制产业的废弃残渣，制造成本较低。 由于溶剂型木质素较好地保留了天然木质素的化学活性。在一定的条件下，溶剂型木质素可以制得醛类，酚类，环氧化或异氰酸酯衍生物，可以根据不同类型高聚物相容剂的需要，挑选合适类型的溶剂型木质素或它的衍生物制备相应的相容剂。 溶剂型木质素及其衍生物作为制备高分子相容剂的重要原料可以减少石油化工原料的用量，可以充分利用木质素可再生资源，有利于可持续发展。 溶剂型木质素或其衍生物制备脲醛改性木质素高分子相容剂中脲醛组分的含量 可根据高分子相容剂性能的需要决定，一般可在10-60%之间，其结果大大改善了木质素和 极性高聚物之间的亲和性能，提高木质素-高聚物复合材料的力学性能，与单纯木素相比， 脲醛改性木质素衍生物添加剂不仅加工、使用方便，而且可以扩大木质素改性聚合物的应 用范围，提高可再生资源产品的竞争力。 本专利技术的溶剂型木质素相比其他方法提取的木质素,在结构上含有丰富的酚羟基,并倉fe较好的保留各种活性基团，具有更高的化学活性。溶剂型木质素苯环上面的活泼氢为其与甲醛反应提供了基础，尿素和甲醛反应的产物和木质素甲醛反应产物进一步縮合，得到的脲醛改性木质素衍生物的极性增强，增加与带有极性基团高聚物的相容性,与未经改性的木质素相比，极性高聚物和脲醛改性木质素复合材料之间的相容性得到改善，大大提高了复合材料的力学性能。附图说明 图1是本专利技术应用实施例2中采用注塑机进行注塑的工艺流程图。具体实施例方式制备方法的具体歩骤为 1)用氢氧化钠或氢氧化钾加水配制重量百分比2 %的碱溶液； 2)按照所述配比称取添加需要用量的木质素或它的衍生物和水,用2%的碱溶液调节溶液至pH = 10. 0-12. 0 ; 3)再按照所述配比称取、添加所需的醛，加热升温至75_95°C ，反应0. 5_2. 0h ; 4)在步骤3)的反应物中加入按照所述原料配比中需要用量的尿素，再继续反应1. 0-1. 5h ; 5)加酸调节步骤4)反应物的pH值至4. 5_6. 0，在75-95t;温度条件下縮聚反应15-80min : 6)出料步骤5)縮聚反应完成后的反应物再加酸调pH = 2. 0-3. 0，使其沉降，抽滤，烘干，得到脲醛改性木质素，即为脲酸改性木质素高分子相容添加剂。 其中 碱催化剂为重量百分比2%的氢氧化钠或氢氧化钾水溶液。 酸为为盐酸，硫酸,磷酸或醋酸中的一种。 醛为甲醛，乙酸或多聚甲醛。 木质素为溶剂型木质素，是采用溶剂法从木片，竹子，草木秸秆或果壳为生物质原料提取的，或由所述生物质原料发酵制备生物天然气、乙醇、丁醇、丙酮或提取功能性多糖的残渣中提取得到的新型天然高分子材料。 木质素的衍生物为溶剂型木质素衍生物，是经过所述溶剂型木质素与酸类、环氧化合物、异氰酸酯或酚类的化学反应或溶剂型木质素与其他高分子单体接枝共聚形成的。 本专利技术所用原料中的溶剂型木质素或它的衍生物已经是本领域的现有技术，比如在以下文献中已经详细记载如木质素可以是由从木材、竹子、草木秸杆或果壳等农作物原料发酵制备酒精或功能性多糖的残渣中提取得到的(详见中国专利技术专利,"酶解木质素的分离提取方法"，国家专利技术专利ZL 200510099747. 8 ;"酶解木质素的有机分离提取方法",国家专利技术专利申请号2006101438894)。文献"刘晓玲、程贤甦；酶解木质素的分离与结构研究；纤维素科学与技术，2007年9月第3期，41-51页"就详细的记载了采用两种方法从酶解玉米秸秆制备能源酒精的残渣中分离得到酶解木质素；Chen Y皿ping， Cheng Xiansu. S印aration andCharacteristic Analysis of Steam—exploded Lignin from Cor本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脲醛改性木质素高分子相容添加剂的制备方法，其特征在于：所述添加剂的原料配方中各组分的重量份数包括：　　水　５０－８０份　　木质素或它的衍生物　５－３０份　　醛　８－４０份　　尿素　８－３５份　　碱催化剂　０．２－２．５份　　酸　０．４－３．０份。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程贤甦，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：35[中国|福建]