热塑性魔芋葡甘聚糖纳米复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种热塑性魔芋葡甘聚糖纳米复合材料的制备方法，包括(1)制备预处理魔芋葡甘聚糖；(2)与乙烯基单体接枝制备热塑性魔芋葡甘聚糖；(3)将热塑性魔芋葡甘聚糖与纳米氧化石墨烯溶液混合均匀，干燥，得到混合物；(4)将混合物与交联剂、增塑剂在混合机中搅拌混合，干燥，得共混物；(5)将共混物投入双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出造粒，即制得热塑性魔芋葡甘聚糖纳米复合材料。本发明专利技术的热塑性魔芋葡甘聚糖纳米复合材料是一种新性复合材料，具有优良的吸附性、热稳定性和机械韧性，综合性能优良，并且可生物降解，可再生，对环境友好，对环境无污染，在挤塑、吹塑、注塑和发泡过程中加工性能良好，可广泛应用于化工、医药、环保、机建等领域。

Preparation method of thermoplastic konjak glucomannan nano composite material

The invention discloses a method for preparing thermoplastic konjac glucomannan nano composite materials, including (1) preparation pretreatment of konjac glucomannan; (2) and the graft copolymer of vinyl monomer to prepare thermoplastic konjac glucomannan; (3) a thermoplastic konjac glucomannan blend chitosan and nano graphene oxide solution uniformly, drying to obtain a mixture; (4) the mixture of plasticizer and crosslinking agent, mixing in a mixer to dry blend; (5) will blend into a double screw extruder, melt blending, extrusion granulation, preparation of thermoplastic konjak glucomannan nano composite materials. The invention relates to a thermoplastic konjac glucomannan nano composite material is a new kind of composite material with adsorption, thermal stability and excellent mechanical toughness, excellent comprehensive performance, and can be biodegradable, renewable, environmentally friendly, no pollution to the environment, good processability in extrusion and blow molding, injection molding and the foaming process, can be widely used in chemical, pharmaceutical, environmental protection, machine building and other fields.

【技术实现步骤摘要】
热塑性魔芋葡甘聚糖纳米复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种复合材料的制备方法，具体涉及一种热塑性魔芋葡甘聚糖纳米复合材料的制备方法。
技术介绍
20世纪合成高分子材料的问世及其快速发展极大地改善了人类生活，合成高分子材料已与钢铁、木材以及水泥并列为材料领域的四大支柱。但随着高分子化工的主要原料石油、煤炭等资源的日益枯竭，以及传统非降解高分子材料废弃物导致的环境污染日益严重，直接威胁到人类的可持续发展。为了实现世界经济的可持续发展，国内外的相关研究前沿之一是利用清洁生产技术将可再生的生物资源进行改性制备成满足使用要求的环境友好新型高分子材料，以减少对环境的污染和资源的无限开发。为此，利用可再生资源的环境友好性天然高分子新材料的研制日益受到重视。美国能源部估计来自生物质可再生资源材料在2020年将达到10％，2050年将达到50％。魔芋是我国的特产资源，目前我国魔芋产业的现状是重视魔芋精粉出口带来的经济效益而轻视魔芋产品的深度开发，但魔芋精粉主要用于出口，产品附加值低，并且其生产深受国际市场的制约。魔芋加工业基本上仍处于用精粉制作魔芋食品(如豆腐、果冻、仿生食品)或作为食品添加剂的初级加工阶段。KGM热塑改性功能材料的开发与应用研究将为KGM在热塑填充材料、共混、共聚、生物质能材料等方面的大量应用创造了条件和提供了优质的原材料资源。充分利用我国拥有的特产资源优势、自主知识产权优势，并将其转化为工业优势和商品优势，提高产品的国际竞争能力，不仅可以改变我国以出口原料为主的状况提高产品的附加值，而且对调整农村产业结构、开发特产优势可再生的魔芋资源、发展农村经济和社会主义新农村建设、增加农民收入等方面都具有十分重要的意义。魔芋中重要成份的魔芋葡甘聚糖(KGM)是一种天然高分子多糖，主链化学结构是由D葡萄糖和D甘露糖通过β-D-1-4糖苷键按一定比例连接而成的。KGM独特的分子结构，赋予其凝胶性、稳定性、成膜性、乳化性、生物活性、高膨胀性等特殊性能，使得其在食品、环保、医药、化工、石油和纺织等领域具有良好的应用前景。当pH值为4.0-7.0时，KGM具有较强的持水能力，能吸附其自身体积80倍以上的水分子而形成高粘度溶液。魔芋葡甘聚糖上含有大量的活泼羟基，可以在KGM的分子链上引入或脱掉一些基团，发生酯化、硝化、醚化、接枝等化学反应制备高性能的KGM衍生物，从而获得不同用途的新材料。在食品、医药、化工、纺织、印染、造纸、石油、地质等各个生产领域有着广泛的用途，已成为我国中西部地区调整农业结构、农民脱贫致富、出口创汇和增加地方财政的重要支柱产业之一。我国对KGM的研究起步较晚，仅有二十多年的历史，所涉及的研究领域主要集中在KGM的提取、结构分析与表征、食品学性质(如流变性、增稠性等)、物化性质、作为食品的加工方法、药用和保健功能、化学改性等。但所研究开发的产品不多，档次不高，主要用做食品添加剂和增稠剂。近年来，针对天然高分子KGM的热塑改性研究，已经有了突破性的进展。罗学刚等研究探讨了丙烯酸甲酯等对KGM的疏水改性及热塑特性。其所获得的热塑改性KGM具备较好的疏水性与热塑性，但在应用过程中仍存在机械强度不够等问题，尚未规模化生产。石墨烯(Graphene)是单原子厚度的碳原子层,近年才被发现的二维碳原子晶体。它被认为是富勒烯、碳纳米管(CNT)、石墨的基本结构单元，因其力学，量子和电学性质特殊，颇受物理和材料学界重视。除了电学性能优异外,石墨烯的拉伸模量和极限强度与单壁碳纳米管(SWCNT)相当,其质量轻,导热性好且比表面积大。与昂贵的富勒烯和碳纳米管相比,氧化石墨烯价格低廉,原料易得,有望成为聚合物纳米复合材料的优质填料。氧化石墨烯是石墨烯的一种重要的派生物,也被称为功能化的石墨烯,其结构与石墨烯大体相同，只是在二维基面上连有一些官能团,只要是一些含氧官能团,如羟基、羧基、环氧基和羰基等活性功能基团，其中羟基和环氧官能团主要位于石墨的基面上，而羧基、氧基和羰基则处在石墨烯的边缘处，这使得它可与其他一些高分子化合物能够结合成新型复合材料。因此把氧化石墨烯作为一种无机分子填入有机高分子中，可以改进高分子材料的导热、导电和力学性，提高了复合材料的耐热稳定性、耐化学性和机械性能，为复合材料提供了更为广阔的应用领域。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种热塑性魔芋葡甘聚糖纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按重量份，取魔芋葡甘聚糖取15～20份加入到100～120份浓度为10wt％的碱性溶液中，然后置于带搅拌的密封容器中，向其中通入氮气使溶液中氮气饱和，然后将该密封容器置于电子加速器中进行辐照搅拌处理1～3小时，离心，干燥，得到预处理魔芋葡甘聚糖；步骤二、按重量份，在超临界反应装置中加入预处理魔芋葡甘聚糖20～30份、菊粉5～8份、丙烯酸甲酯20～25份、苯乙烯5～10份、过硫酸铵0.02～0.08份、水100～150份、丙酮30～50份，搅拌均匀，然后将体系密封，通入二氧化碳至20～30MPa、温度50～65℃下的条件下反应1～3小时，然后卸去二氧化碳压力，加入过硫酸铵0.02份、乙酸乙烯酯5～10份、N-乙烯基咪唑3～5份，然后再次注入二氧化碳至压力为40～60MPa，搅拌1～3小时，卸压，然后用乙醇沉淀，在70℃下真空干燥，得到反应粗产物，用索氏提取器将粗产物用甲苯洗提直至除去反应产生的均聚物，在75℃下真空干燥24小时，得到热塑性魔芋葡甘聚糖；步骤三、将1重量份的热塑性魔芋葡甘聚糖加入到10～50体积份纳米氧化石墨烯溶液中，搅拌1～3小时，使其混合均匀，过滤，冷冻干燥，得到混合物；步骤四、将干燥的混合物10重量份与交联剂1～3重量份、增塑剂1～3重量份在混合机中搅拌1～2h后，冷冻干燥，得共混物；步骤五、将共混物投入双螺杆挤出机中，于100～140℃的温度下熔融共混5～15分钟后，在0.1～1MPa的压力下挤出、造粒，即制得热塑性魔芋葡甘聚糖纳米复合材料。优选的是，所述纳米氧化石墨烯溶液的溶剂为乙醇或水，浓度为10～25g/L。优选的是，所述碱性溶液为尿素和氢氧化钠的混合，其中尿素和氢氧化钠的重量比为2：1。优选的是，所述电子加速器的电子束能量为15～20MeV；所述电子束辐照的辐照剂量率为500～1500kGy/h，辐照剂量为500～3000kGy；优选的是，所述步骤一和步骤二之间还包括以下过程：取100份重量比为3:1的预处理魔芋葡甘聚糖和羟丙基甲基纤维素，加入150份水和10份重量比为2:1的三聚氰胺和碳酸铵，搅拌均匀，用1mol/L的尿素调节pH至9，加入30份环氧氯丙烷，在30～40℃的条件下搅拌反应4～5小时，卸压，过滤，用乙醇洗涤，干燥，得到预处理交联魔芋葡甘聚糖。优选的是，所述步骤二和步骤三之间还包括：按重量份，在超临界反应装置中加入20～30份热塑性魔芋葡甘聚糖、10～20份对苯二甲酸、80～100份N,N-二甲基乙酰胺和3～5份吡啶，然后将体系密封，通入二氧化碳至10～20MPa、温度70～85℃下的条件下搅拌反应5～10小时，泄压，得到反应后混合物；将反应后混合物冷却至室温后，过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热塑性魔芋葡甘聚糖纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、按重量份，取魔芋葡甘聚糖取15～20份加入到100～120份浓度为10wt％的碱性溶液中，然后置于带搅拌的密封容器中，向其中通入氮气使溶液中氮气饱和，然后将该密封容器置于电子加速器中进行辐照搅拌处理1～3小时，离心，干燥，得到预处理魔芋葡甘聚糖；步骤二、按重量份，在超临界反应装置中加入预处理魔芋葡甘聚糖20～30份、菊粉5～8份、丙烯酸甲酯20～25份、苯乙烯5～10份、过硫酸铵0.02～0.08份、水100～150份、丙酮30～50份，搅拌均匀，然后将体系密封，通入二氧化碳至20～30MPa、温度50～65℃下的条件下反应1～3小时，然后卸去二氧化碳压力，加入过硫酸铵0.02份、乙酸乙烯酯5～10份、N‑乙烯基咪唑3～5份，然后再次注入二氧化碳至压力为40～60MPa，搅拌1～3小时，卸压，然后用乙醇沉淀，在70℃下真空干燥，得到反应粗产物，用索氏提取器将粗产物用甲苯洗提直至除去反应产生的均聚物，在75℃下真空干燥24小时，得到热塑性魔芋葡甘聚糖；步骤三、将1重量份的热塑性魔芋葡甘聚糖加入到10～50体积份纳米氧化石墨烯溶液中，搅拌1～3小时，使其混合均匀，过滤，冷冻干燥，得到混合物；步骤四、将干燥的混合物10重量份与交联剂1～3重量份、增塑剂1～3重量份在混合机中搅拌1～2h后，冷冻干燥，得共混物；步骤五、将共混物投入双螺杆挤出机中，于100～140℃的温度下熔融共混5～15分钟后，在0.1～1MPa的压力下挤出、造粒，即制得热塑性魔芋葡甘聚糖纳米复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种热塑性魔芋葡甘聚糖纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、按重量份，取魔芋葡甘聚糖取15～20份加入到100～120份浓度为10wt％的碱性溶液中，然后置于带搅拌的密封容器中，向其中通入氮气使溶液中氮气饱和，然后将该密封容器置于电子加速器中进行辐照搅拌处理1～3小时，离心，干燥，得到预处理魔芋葡甘聚糖；步骤二、按重量份，在超临界反应装置中加入预处理魔芋葡甘聚糖20～30份、菊粉5～8份、丙烯酸甲酯20～25份、苯乙烯5～10份、过硫酸铵0.02～0.08份、水100～150份、丙酮30～50份，搅拌均匀，然后将体系密封，通入二氧化碳至20～30MPa、温度50～65℃下的条件下反应1～3小时，然后卸去二氧化碳压力，加入过硫酸铵0.02份、乙酸乙烯酯5～10份、N-乙烯基咪唑3～5份，然后再次注入二氧化碳至压力为40～60MPa，搅拌1～3小时，卸压，然后用乙醇沉淀，在70℃下真空干燥，得到反应粗产物，用索氏提取器将粗产物用甲苯洗提直至除去反应产生的均聚物，在75℃下真空干燥24小时，得到热塑性魔芋葡甘聚糖；步骤三、将1重量份的热塑性魔芋葡甘聚糖加入到10～50体积份纳米氧化石墨烯溶液中，搅拌1～3小时，使其混合均匀，过滤，冷冻干燥，得到混合物；步骤四、将干燥的混合物10重量份与交联剂1～3重量份、增塑剂1～3重量份在混合机中搅拌1～2h后，冷冻干燥，得共混物；步骤五、将共混物投入双螺杆挤出机中，于100～140℃的温度下熔融共混5～15分钟后，在0.1～1MPa的压力下挤出、造粒，即制得热塑性魔芋葡甘聚糖纳米复合材料。2.如权利要求1所述的热塑性魔芋葡甘聚糖纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述纳米氧化石墨烯溶液的溶剂为乙醇或水，浓度为10～25g/L。3.如权利要求1所述的热塑性魔芋葡甘聚糖纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液为尿素和氢氧化钠的混合，其中尿素和氢氧化钠的重量比为2：1。4.如权利要求1所述的热塑性魔芋葡甘聚糖纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述电子加速器的电子束能量为15～20MeV；所述电子束辐照的辐照剂量率为500～1500kGy/h，辐照剂量为500～3000kGy。5.如权利要求1所述的热塑性魔芋葡甘聚糖纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一和步骤二之间还包括以下过程：取100份重量比为3:1的预处理魔芋葡甘聚糖和羟丙基甲基纤维素，加入150份水和10份重量比为2:1的三聚氰胺和碳酸铵，搅拌均匀，...

【专利技术属性】
技术研发人员：竹文坤，陆爱霞，龙晓燕，周建，罗勇，杨小艳，王茂，
申请(专利权)人：四川生科力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51