[发明专利]以邻苯二甲酸酐改善纤维素纳米晶和脂肪族聚酯相容性的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物纳米复合材料领域，也属于环境友好材料领域，尤其是涉及一种以邻苯二甲酸酐改善纤维素纳米晶和脂肪族聚酯相容性的方法。

背景技术

纤维素是自然界中含量最大的高分子材料，从天然纤维素中加工而成的纤维素微晶现已经广泛应用于食品、医药、化妆品和涂料稳定剂(如CN101481424A；CN1448427A；CN1340651A)、塑料和橡胶的填充剂(如CN1369508A；CN1340651A)以及合成革(如CN101070352A；CN1220271A)的生产中。但由于纤维素微晶尺寸较大，在产品中不能有很好的分散，因此其纳米晶所具有的良好力学性能(杨氏模量和拉伸强度分别可达150GPa和250MPa)、生物相容性好、表面带有高反应活性的羟基、结晶度高等特点就尤为明显。

脂肪族聚酯(如PBS、PBSA、PBAT)已经是商品化的高分子材料，具有优异的生物可降解性能，在堆肥条件下能够自然分解，是一种绿色合成树脂，作为一次性食品容器等使用时，可大大减少环境污染，但是，脂肪族聚酯普遍存在价格较高、力学性能较差的缺点，影响了其工业化推广应用。

将CNs与脂肪族聚酯复合，已经引起诸多研究人员的热情(如CN102493021A；温乾.生物降解塑料PBS的共混改性研究[D]；湖南工业大学，2011；张捷，于九皋.多糖类生物降解材料的研究进展[J].中国塑料，1995，06)：17-25.)。然而，由于纤维素表面羟基过多引起大量分子内氢键，从而导致CNs极易发生自身团聚，且与疏水性脂肪族聚酯共混后，亲水性羟基无法与脂肪族基体相容，从而发生两相呈现明显的相分离，脂肪族聚酯的机械性能下降严重。将马来酸酐引入到聚丁二酸丁二醇酯(PBS)/淀粉合金中，改善了合金材料的力学性能。然而，马来酸酐由于引发剂如DCP、BPO等过氧化物具有强烈的氧化性，对脂肪族聚酯的-C-C-键破坏严重，极易造成分子链断裂，使得样品性能降低(酒永斌，姚维尚，王晓青，et al.PBS-g-MAH及MAH对PBS/淀粉合金力学性能的影响[J].化工新型材料，2006，04)：37-40.)。相对而言，苯酐由于结构上苯环的稳定性，结合二酸酐结构，对多羟基CNs可以有着良好的改性效果，其活跃性基团酸酐结构与PBSA的端羟基反应性较强(牛盾，王育红，王林山，et al.脂化法(邻苯二甲酸酐)改性稻草的研究[J].环境保护科学，2004，(5)：34-36.)。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种以邻苯二甲酸酐改善纤维素纳米晶和脂肪族聚酯相容性的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种以邻苯二甲酸酐改善纤维素纳米晶和脂肪族聚酯相容性的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将纤维素微晶加入硫酸溶液中，在油浴恒温条件下持续搅拌分解，用去离子水清洗得到的纳米晶体，直至中性，以碱液调节纤维素纳米晶悬浮液的pH值至7，最后将悬浮液置于冷冻干燥机中，冷冻干燥即可得到直径50～100nm，长度为1～10μm的CNs体；

(2)将邻苯二甲酸酐与脂肪族聚酯熔融共混，具体方式为采取双螺杆共混或密炼机共混，转矩为2～10N×m，共混时间为5min，得到改性的脂肪族聚酯；

(3)将0.1～50wt％的纤维素纳米晶(CNs)与改性的脂肪族聚酯熔融共混，具体方式为采取双螺杆共混或密炼机共混，转矩为2～10N×m，共混时间为5min。

所述的脂肪族聚酯指聚丁二酸丁二酯(PBS)、聚丁二酸己二酸丁二酯(PBSA)或聚对苯二甲酸己二酸丁二酯(PBAT)。

步骤(1)所述的硫酸溶液浓度范围为4～9mol/L；

所述的油浴酸解温度为70～90℃，酸解时间为1～4h；

所述的碱液为氨水溶液，浓度为1～4mol/L。

步骤(2)和步骤(3)所述的熔融共混温度根据具体脂肪族聚酯而变化，当脂肪族聚酯为PBS时，熔融共混温度为120～130℃，当脂肪族聚酯为PBAT时，熔融共混温度为120～130℃，当脂肪族聚酯为PBSA时，熔融共混温度为110～120℃；

步骤(2)所述的邻苯二甲酸酐含量为脂肪族聚酯重量的0.1～2％。

步骤(2)和步骤(3)合并为一步，即将邻苯二甲酸酐和纤维素纳米晶、脂肪族聚酯在一定剪切作用下一并熔融共混，具体方式为采取双螺杆共混或密炼机共混，转矩为2～10N×m，共混时间为5min；以脂肪族聚酯重量为100％计，邻苯二甲酸酐的含量为0.1～2％，纤维素纳米晶的含量为0.1～50％。