[发明专利]一种阳离子接枝改性的热塑性植物纤维材料及其制备方法

说明书

本发明属于热塑性植物纤维的技术领域，公开了一种阳离子接枝改性的热塑性植物纤维材料及其制备方法。方法：1)将植物纤维原料进行预处理，获得预处理的植物纤维；2)在水中，在高碘酸盐的作用下，预处理的植物纤维进行氧化开环反应，获得醛基化植物纤维；3)将醛基化植物纤维中醛基氧化成羧基，获得羧化植物纤维；4)在水中，羧化植物纤维与季铵盐进行反应，获得阳离子接枝改性的热塑性植物纤维材料。本发明的热塑性植物纤维材料为全组分植物纤维，具备良好的流动性和变形能力，热塑性好，易于加工成型，可重复热压成型，而且材料的性能好。本发明的方法简单，得率高、成本低。

技术领域

本发明属于热塑性植物纤维材料的技术领域，具体涉及一种阳离子接枝改性的热塑性植物纤维材料及其制备方法。

背景技术

随着不可再生资源(石油、煤炭和天然气)的不断消耗以及石油聚合物造成的环境污染，促使人们对那些可生物降解、非石油基和对环境低风险的可再生资源的需求日益增加。天然植物纤维是自然界储量最为丰富的可再生资源，具有优良的力学性能，以其为原料制备环境友好型的新材料，不仅能减少对化石资源的依赖，又能高效利用天然植物纤维。

如果植物纤维能像塑料一样通过加热熔融进行加工成型，将部分替代石油基聚合物，有效解决当前日益严重的资源和环境问题。但是基于植物纤维特殊的结构特点，其具有高的结晶度和致密的氢键网络，分子内/间作用力强，分子链的运动能力受到严重限制，导致植物纤维的熔融温度远高于热分解温度，从而难以熔融与加工，严重限制其适用范围。

目前天然植物纤维热塑化的方法主要包括：酯化改性和醚化改性。用尺寸大且相互作用小的官能团来取代植物纤维中的羟基，以削弱各组分之间的氢键作用，使其分子之间的结合力下降，并破坏纤维素的结晶结构，从而提高植物纤维中分子链的运动能力和流动性，成为热塑性材料。然而，酯化和醚化法常只针对植物纤维中纤维素的改性，涉及繁杂的植物纤维组分分离，未能对半纤维素和木质素等组分进行高效地利用，并且对纤维素的晶体结构破坏严重，从而导致材料的性能下降且产率低；另外，改性过程中需要消耗大量的有机溶剂、溶胀剂和催化剂等助剂，后处理过程复杂，成本高，对环境也有一定的污染，经济性和实用性较差，难以进行工业化生产与应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种阳离子接枝改性的热塑性植物纤维材料及其制备方法。本发明以水相为溶剂，制备条件温和，高效且得率高。植物纤维经过本发明的改性后不仅得率高，全组分植物纤维的热塑性好，易于加工成型，材料的性能好。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种阳离子接枝改性的热塑性植物纤维材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将植物纤维原料进行预处理，获得预处理的植物纤维；

2)在水中，在高碘酸盐的作用下，预处理的植物纤维进行氧化开环反应，获得醛基化植物纤维；

3)将醛基化植物纤维中醛基氧化成羧基，获得羧化植物纤维；

4)在水中，羧化植物纤维与季铵盐进行反应，获得阳离子接枝改性的热塑性植物纤维材料。

所述季铵盐为十二烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、苄基三甲基氯化铵、2，3-环氧丙基三甲基氯化铵、双十二烷基二甲基氯化铵、双十六烷基二甲基氯化铵和双十八烷基二甲基氯化铵中一种以上。

步骤1)中所述预处理包括研磨、高剪切均质和/或蒸汽爆破等，提高植物纤维的反应可及度。蒸汽爆破如：蒸汽爆破设备，连续式螺杆挤出闪爆设备。

步骤2)中预处理的植物纤维(绝干)与水的质量比为(0.1～10)∶100；所述高碘酸盐(如：高碘酸钠、高碘酸钾等)与预处理植物纤维的质量比为(0.1～2)∶1，优选为(0.2～1)∶1。