[发明专利]一种木质素复合聚酰胺自愈合材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种木质素复合聚酰胺自愈合材料，涉及生物质基功能性材料技术领域，本发明主要由以下重量份数的原料制成：木质素1～400份，聚酰胺聚合物100‑1000份，溶剂200‑2000份。本发明还提供上述自愈合材料的制备方法，本发明的有益效果在于：本发明中的木质素复合聚酰胺自愈合材料断裂强度1‑100MPa，断裂伸长率50‑1000％，韧性10‑100MJ/m³，杨氏模量3‑50MPa，室温自主愈合时间为1‑72h。

技术领域

本发明涉及生物质基功能性材料技术领域，具体涉及一种木质素复合聚酰胺自愈合材料及其制备方法。

背景技术

以热固性和热塑性材料为代表的化石燃料聚合物材料已成为现代社会的重要组成部分，但是随着化石燃料资源的匮乏和随着带来的环境问题，这给化石燃料聚合物的发展带来的严重的挑战。面对这些问题，迫切需要从可降解、可再生的生物质资源中开发新的商品聚合物，这些材料包括植物油基聚合物、聚乳酸、聚丁烯琥珀酸酯、纤维素、淀粉、甲壳素和木质素等。其中，木质素是仅次于纤维素的地球上第二丰富的生物质聚合物，木质素是造纸和新兴纤维素乙醇工业大量生产的副产品，由于化石燃料的大量消耗及其对环境的负面影响，木质素已被选择作为化石燃料基础产品的潜在替代品。木质素还具有多种优势，如反应基团充足，易于功能化、碳含量高、密度低、可生物降解性、抗氧化性、抗菌性和稳定性能等，具有广泛的工业应用潜力。

木质素是一种具有三维网状芳香环结构的天然生物质高分子材料，独特的结构性能导致木质素具有独特的特性，但本身结构的复杂庞大，导致对天然木质素的提取和利用仍然存在着困难，同时由于木质素的电荷作用，在与其他材料共混利用时极易团聚，形成大颗粒，从而阻碍复合材料性能的增强。因此，虽然每年木质素生产量达5000多万吨，但只有不到2％用于增值用途，包括混凝土添加剂、稳定剂、分散剂和表面活性剂，其余用作低等级燃烧燃料。

自愈合材料是一种正在蓬勃发展的新型材料，它能识别损害并进行自我修复，材料自愈合性能的研发与应用，能大幅度提高材料的使用寿命，降低资源的消耗与成本，具有可观的经济效益和环保效益。环境友好、清洁、来源广泛、可持续发展的生物质材料具有广阔的发展前景，因此，开发具有自修复性能的生物质材料是十分必要的。

目前，基于生物质的自修复材料在弹性体、水凝胶、涂料等领域得到了广泛的应用，环氧天然橡胶是一种具有良好机械性能的光热诱导生物基自愈弹性体。由于共价交联，生物基自修复弹性体具有较高的力学性能，但其自修复性能是通过外界刺激实现的。纳米纤维素、壳聚糖、多巴胺等生物质材料已广泛应用于生物基自愈水凝胶的应用，有助于提高水凝胶的力学性能。此外，生物基自愈合材料的另一个研究热点是植物油制备的自愈涂层，如印楝油、环氧酯等。总体而言，生物基自修复材料为传感器、机器人执行机构等智能产业的制备提供了广阔的平台。

公告号为CN108659167B的专利公开一种高强度自主愈合材料及其制备方法，其利用蓖麻油基单体通过ADMET(无环烯烃复分解)制备了一系列室温自愈合的弹性体，但是，生物基自愈合材料的机械性能和其他自愈合材料相比较弱，不利于生物基自愈合材料的大规模实际应用。

目前，将木质素引入自愈合体系的研究不多。Dan Kai采用原子转移自由基聚合(ATRP)法制备了木质素接枝超支化共聚物聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA)，主要是通过将木质素接枝改性成超支化结构，然后通过环糊精的主客体相互作用获得一种生物基的快速自愈合水凝胶(Dan Kai*et al.Development of lignin supramolecular hydrogelswith mechanically responsive and self healing properties.ACS SustainableChemistryEngineering.2015,3(9)。该方法相比而言，需要先将木质素改性接枝成超支化聚合物再进行下一步的合成，比较繁琐。

发明内容