改性纤维素与及应用其的复合材料制造技术

一种改性纤维素，由化学式(1)表示：其中n为60至2500，至少一个R选自于及所组成的群组的其中之一，R1为C11至C32的烷基或C11至C32的烯基，R2为氢、C3至C29的烷基或C3至C29的烯基，R3为C3至C29的烷基或C3至C29的烯基，R4为C4至C8的环烷基或C4至C8的环烯基，n2为15至33，n4为20至40。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纤维素及应用其的复合材料，且特别是涉及一种改性纤维素及应用其的复合材料。
技术介绍
纤维素是存在于自然界中数量最多的高分子，在纤维素中，每一个葡萄糖单元(glucose unit)均含有三个OH基团，由于大部分的OH基团可产生氢键，使纤维素分子形成稳定的结晶体，且纤维素之间彼此产生高度的结合力。此外，纤维素为天然的生物质材料，且具有耐热、高韧性等优势，因此被广泛地运用于复合材料中。然而，一般聚烯烃高分子为低表面能的亲油性材料，极性低且不容易和亲水性植物纤维材料形成介面作用力，因此，不利于制作具有纤维素的复合材料进行机械补强。
技术实现思路
本专利技术涉及一种改性纤维素及应用其的复合材料，以纤维活化技术解开纤维素结晶凝集体，再进行表面改性，与纤维素表面的OH基团进行接枝反应，增加与疏水性高分子的相容性，得到与聚丙烯等石化塑胶相容的纤维素材料，有效解决生物质纤维素所形成的复合材料的相容性、加工性与机械物性等问题。根据本专利技术，提出一种改性纤维素，由化学式(1)表示：其中n为60至2500，至少一个R选自于所组成的群组的其中之一，R1为C11至C32的烷基或C11至C32的烯基，R2为氢、C3至C29的烷基或C3至C29的烯基，R3为C3至C29的烷基或C3至C29的烯基，R4为C4至C8的环烷基或C4至C8的环烯基，n2为15至33，n4为20至40。根据本专利技术，提出一种复合材料，包括聚丙烯(Polypropylene,PP)以及改性纤维素，该改性纤维素由化学式(1)表示：其中n为60至2500，至少一个R选自于所组成的群组的其中之一，R1为C11至C32的烷基或C11至C32的烯基，R2为氢、C3至C29的烷基或C3至C29的烯基，R3为C3至C29的烷基或C3至C29的烯基，R4为C4至C8的环烷基或C4至C8的环烯基，n2为15至33，n4为20至40。为了对本专利技术的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：【具体实施方式】以下详细叙述本专利技术的实施例。需注意的是，本专利技术实施例的流程步骤可能简化或省略部分流程，以便更清楚说明本专利技术的技术，且本专利技术实施例并非作为限缩本专利技术保护范围之用。本专利技术实施例的改性纤维素，可由下列化学式(1)表示：其中n为60至2500，R可为氢、且至少一个R选自于所组成的群组的其中之一，R1为C11至C32的烷基或C11至C32的烯基，R2为氢、C3至C29的烷基或C3至C29的烯基，R3为C3至C29的烷基或C3至C29的烯基，R4为C4至C8的环烷基或C4至C8的环烯基，n2为15至33，n4为20至40。在一实施例中，可包括可包括其中n1为9至15，n3为4或8。上述改性纤维素可由纤维素加入亲油性的改性剂与催化剂进行酯化反应所形成。举例来说，酯化反应可以下列化学反应式(2)表示：在一实施例中，改性剂的结构可包括其中n1为9至15，n1’为9至15，n2为15至33，n3为4或8，n4为20至40。在其他实施例中，改性剂的结构可包括R4为C4至C8的环烷基或C4至C8的环烯基，例如为甲基四氢邻苯二甲酸酐(Methylcyclohexene-1,2-dicarboxylic anhydride，结构：)或甲基-5-降冰片烯-2,3-二羧酸酐(Methyl-5-norbornene-2,3-dicarboxylic
anhydride，结构：)。此外，催化剂可包括硫酸、三乙胺或4-二甲氨基吡啶。在本专利技术的实施例中，改性纤维素的取代度可例如为0.2～2.8，在此，取代度定义为纤维素分子链中，平均每个失水葡萄糖单元上被反应试剂取代的羟基数目。此外，由上述化学反应式(2)所合成的改性纤维素，其重均分子量可例如为10,000～400,000。以下以第一实施例至第六实施例说明本专利技术的改性纤维素的合成方法。第一实施例至第六实施例采用本专利技术不同的改性剂，对纤维素进行改性。要注意的是，本专利技术的改性纤维素的合成方法并未限制于以下任一实施例，只要符合上述改性剂的结构，皆可用以作为本专利技术实施例的改性剂。第一实施例将纤维素先用纯水浸泡并搅拌至膨润后，进行过滤并干燥得到活化纤维素。取活化后纤维素36g、十六酸酐14.4g、硫酸0.86g与醋酸395g置入反应瓶中，升温至85℃反应5小时。反应完成后倒入480mL纯水中，并加以搅拌进行产物沉淀。接着进行过滤、清洗与干燥，得到改性纤维素1。第二实施例将纤维素先用纯水浸泡并搅拌至膨润后，进行过滤并干燥得到活化纤维素。取活化后纤维素20g、聚异丁烯丁二酸酐(Polyisobutylene succinic anhydride,PIBSA)15.12g、三乙胺9.92g与四氢呋喃(Tetrahydrofuran,THF)560g置入反应瓶中，升温至60℃反应6小时。反应完成后倒入正己烷中，并加以搅拌进行产物沉淀。接着进行过滤、清洗与干燥，得到改性纤维素2。第三实施例将纤维素先用纯水浸泡并搅拌至膨润后，进行过滤并干燥得到活化纤维素。取活化后纤维素20g、聚异丁烯马来酸酐(Polyisobutylene maleic anhydride,PIBMA)15.2g、4-二甲氨基吡啶(4-Dimethylaminopyridine,DMAP)6.4g与二甲基亚砜(Dimethyl sulfoxide,DMSO)560g置入反应瓶中，升温至80℃反应6小时。反应完成后倒入乙醇中，并加以搅拌进行产物
沉淀。接着进行过滤、清洗与干燥，得到改性纤维素3。第四实施例将纤维素先用纯水浸泡并搅拌至膨润后，进行过滤并干燥得到活化纤维素。取活化后纤维素20g、四丙烯基琥珀酸酐(Tetrapropenyl succinic anhydride)52.24g、三乙胺19.8g与四氢呋喃400g置入反应瓶中，升温至60℃反应6小时。反应完成后倒入正己烷中，并加以搅拌进行产物沉淀。接着进行过滤、清洗与干燥，得到改性纤维素4。第五实施例将纤维素先用纯水浸泡并搅拌至膨润后，进行过滤并干燥得到活化纤维素。取活化后纤维素20g、月桂酸酐(Lauric anhydride)22.48g、4-二甲氨基吡啶11.96g与二甲基亚砜440g置入反应瓶中，升温至80℃反应6小时。反应完成后倒入乙醇中，并加以搅拌进行产物沉淀。接着进行过滤、清洗与干燥，得到改性纤维素5。第六实施例将纤维素先用纯水浸泡并搅拌至膨润后，进行过滤并干燥得到活化纤维素。取活化后纤维素20g、甲基四氢邻苯二甲酸酐(Methylcyclohexene-1,2-dicarboxylic anhydride)16g、4-二甲氨基吡啶11.96g与二甲基亚砜440g置入反应瓶中，升温至80℃反应6小时。反应完成后倒入纯水中，并加以搅拌进行产物沉淀。接着进行过滤、清洗与干燥，得到改性纤维素6。下表一是整理上述第一实施例至第六实施例所合成的改性纤维素1～6的部分物质特性。表一取代度重均分子量热裂解温度(℃)改性纤维素10.94100,000305改性纤维素22.01136,000333改性纤维素32.20145,000344改性纤维素42.20172,000256改性纤维素本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性纤维素，由化学式(1)表示：其中n为60至2500，至少一个R选自于所组成的群组的其中之一，R1为C11至C32的烷基或C11至C32的烯基，R2为氢、C3至C29的烷基或C3至C29的烯基，R3为C3至C29的烷基或C3至C29的烯基，R4为C4至C8的环烷基或C4至C8的环烯基，n2为15至33，n4为20至40。

【技术特征摘要】
2014.12.29 TW 1031460471.一种改性纤维素，由化学式(1)表示：其中n为60至2500，至少一个R选自于所组成的群组的其中之一，R1为C11至C32的烷基或C11至C32的烯基，R2为氢、C3至C29的烷基或C3至C29的烯基，R3为C3至C29的烷基或C3至C29的烯基，R4为C4至C8的环烷基或C4至C8的环烯基，n2为15至33，n4为20至40。2.如权利要求1所述的改性纤维素，其中该包括该包括n1为9至15，n3为4或8。3.如权利要求1所述的改性纤维素，其中该改性纤维素的取代度为0.2～2.8。4.如权利要求1所述的改性纤维素，其中该改性纤维素由纤维素加入改性剂与催化剂所形成。5.如权利要求4所述的改性纤维素，其中该催化剂包括硫酸、三乙胺或4-二甲氨基吡啶。6.如权利要求4所述的改性纤维素，其中该改性剂包括十六酸酐、聚
\t异丁烯丁二酸酐、聚异丁烯马来酸酐、四丙烯基琥珀酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基-5-降冰片烯-2,3-二羧酸酐或月桂酸酐。7.如权利要求1所述的改性纤维素，其中该改性纤维素的重均分子量为10,000～400,000。8.一种复合材料，包括聚丙烯以及改性纤维素，该改性纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：许玉莹，张德宜，廖如凤，廖圣茹，黄耀正，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71