[发明专利]酶改性纸浆纤维、木塑复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种酶改性纸浆纤维、木塑复合材料及其制备方法。

背景技术

由于快速增长的环保意识，日益严重的全球污染问题以及石油资源的缺乏和价格等原因，可持续发展及可再生资源的利用与开发受到了原来越多的重视。天然纤维，特别是木质纤维增强的热固性及热塑性聚合物复合材料-木塑复合材料成为21世纪以来复合材料领域的一个研究热点，并已在汽车、建筑、包装等行业得到了越来越多的应用。

木质纤维是天然可再生木材经过机械加工得到的有机絮状纤维物质，具有来源丰富，碳中性，可生物降解，低成本和低密度等优点，使得其在复合材料中成为合成纤维的有力竞争。但是木质纤维具有极性的亲水性表面，导致其与非极性的聚合物基体间的相容性不好，从而使得木质纤维在基体中的分散性差，两相之间相互作用弱，复合材料性能下降。因此，在木塑复合材料的发展中，木质纤维的表面改性成为研究的热点之一。

酶技术在食品、纺织和造纸等行业有着广泛的应用，其主要原因是酶技术是环境友好的，同时，酶技术具有很强的选择性，它们只催化特定的反应，而不会去除或损伤其他分子。除此之外，酶技术的优点还有缩减成本，节约能源和用水，改善产品性能等。

李芳等在《塑料科技》2010年38卷第5期57-61页发表的论文中，采用三种不同的纤维素复合酶对杨木粉进行改性，并制备了改性木粉/高密度聚乙烯复合材料。研究发现，复合酶改性提高了木塑复合材料的弯曲强度、拉伸强度和弹性模量。

周亚巍等在《复合材料学报》2014年31卷第2期338-344页发表的论文中，使用木聚糖酶对桦木粉进行处理，并制备了改性木粉/高密度聚乙烯复合材料。研究发现，酶处理增强了木粉与聚合物基体间的界面结合，提高了复合材料的力学性能。

上述关于酶技术应用于木塑复合材料的报道均是使用酶对木粉进行改性，尚未有使用酶对木塑复合材料中所使用的纸浆纤维进行改性的报道。主要原因由于木质纤维具有多级结构，除了纤维素外，还含有半纤维素、木质素、果胶等多种组分，因而使用单一的酶对木粉进行改性，其效果有限；而使用纤维素复合酶对木粉进行改性时，则会在一定程度上降低纤维素的分子量，影响其力学性能。

因此，本领域亟需一种新的木塑复合材料，以解决上述技术难题，提高木塑复合材料的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服木塑复合材料中木质纤维在基体中的分散性差，两相之间相互作用弱，使得用其制备得到的木塑复合材料的机械性能差等缺陷，而提供了一种酶改性纸浆纤维、木塑复合材料及其制备方法。采用本发明的酶改性纸浆纤维制得的木塑复合材料，机械性能好，并且酶改性纸浆纤维及木塑复合材料的制备方法操作简单，对环境友好，更适用于工业化生产。

对于纸浆纤维而言，由于经过了制浆的过程，纸浆纤维中的果胶、木质素等杂质的含量很低，主要组成为半纤维素和纤维素，同时，制浆处理对木质纤维的多级结构产生破坏，当使用酶对纸浆纤维进行改性时，可以提高酶改性的效率。发明人经过大量试验研究发现，通过使用特定组分及含量的复合酶对纸浆纤维进行改性，制得的酶改性纸浆纤维在用于制备木塑复合材料时，其机械性能较好，同时制备方法简单，绿色环保，从而完成了本发明。

本发明主要是通过以下技术方案解决上述技术问题的。

本发明提供了一种酶改性纸浆纤维的方法，其包含下列步骤：采用复合酶对纸浆纤维进行改性，即可；所述的复合酶为半纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶的混合物；所述的复合酶的质量为纸浆纤维质量的10％～30％。

所述的酶改性纸浆纤维的方法包含下列步骤：采用复合酶对纸浆纤维进行改性，即可；所述的复合酶为半纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶的混合物；所述的半纤维素酶、所述的木聚糖酶和所述的果胶酶的质量比为2:2:1～2:1:0；所述的复合酶的质量为纸浆纤维质量的10％～30％。

其中，所述的半纤维素酶、所述的木聚糖酶和所述的果胶酶的质量比，本领域技术人员根据本领域普通技术知识能够理解，一般是指所述的半纤维素酶与所述的木聚糖酶的质量比为1:1～2:1且所述的半纤维素酶和所述的果胶酶的质量比为2：(1～0)。

所述的采用复合酶对纸浆纤维进行改性的方法可为本领域酶对纤维改性的常规方法，本发明中，所述的采用复合酶对纸浆纤维进行改性的方法优选包含下列步骤：

(1)将纸浆纤维水溶液和复合酶混合，得混合溶液A；用缓冲溶液调节混合溶液A的pH值至4～5，得混合溶液B；

(2)将所述的混合溶液B于45～50℃下反应2～5小时；