氧化改性木质素基聚乳酸复合材料及其制备方法与氧化装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种氧化改性木质素基聚乳酸复合材料及其制备方法，还涉及氧化改性木质素的氧化装置，该复合材料至少由下述重量份的原料制备得到：氧化改性的木质素 10‑70重量份、聚乳酸25‑89重量份，扩链剂1‑5重量份。具体制备方法：（1）将木质素进行氧化改性，得到氧化改性的木质素；（2）将步骤一得到的氧化改性的木质素与其他原料按照上述比例进行熔融复合，制备复合材料，再热压成型，得到氧化改性木质素基聚乳酸复合材料。该复合材料具有优良的力学性能，能够降低聚乳酸的成本，解决现有木质素/聚乳酸复合材料复合过程中存在的剪切变稀，及对木质素要求高的技术问题。

The oxidation of lignin modified polylactic acid composite material and a preparation method thereof and oxidation device

The invention relates to an oxidation modified lignin based polylactic acid composite material and a preparation method thereof, relates to the oxidation of lignin oxidation device, the composite material is composed of at least the weight of raw material was prepared by oxide modified lignin 10 70 weight portions, 25 to 89 parts by weight of polylactic acid the chain extender, 1 5 weight. The specific preparation method: (1) lignin modified by oxidation, oxidation of modified lignin; (2) the oxidation step obtained from the modified lignin and other materials in the proportion of the composite melt, preparation of composite materials, and hot forming, oxidation of lignin modified poly lactic acid composite. The composite material has excellent mechanical properties, can reduce the cost of PLA, the lignin / poly lactic acid composite shear exists in the process of thinning, and technical problems of high lignin.

【技术实现步骤摘要】
氧化改性木质素基聚乳酸复合材料及其制备方法与氧化装置
本专利技术属于高分子材料复合及其应用领域，具体涉及一种氧化改性木质素基聚乳酸复合材料及其制备方法，还涉及一种固态氧化改性木质素时的氧化装置。
技术介绍
木质素是一种复杂的苯基高分子化合物，广泛存在于陆地植物的细胞中，来源广泛，储量丰富，号称是自然界中含量仅次于纤维素的可再生的天然高分子材料。由于木质素结构和化学性质复杂，缺乏强亲水性官能团，可反应的高活性官能团较少、反应活性低，相对分子质量分布范围大，溶解性差等缺点，制约了其应用范围和实用价值。木质素作为制浆造纸工业的副产品每年产量越来越多，如何有效利用木质素，实现变废为宝，一方面能够减轻环境污染,有利于进一步治理；另一方面开发利用可再生资源，解决资源的浪费问题，具有巨大的经济、社会和环境效益。对木质素进行化学改性，改善其自身结构的复杂性，引入高活性基团，优化其性能，可提高其应用价值。氧化改性木质素是使其降解并提高其反应活性的有效途径。木质素可以与多种氧化剂反应，其结构中多个基团可以与氧化剂进行适度的氧化降解反应，降低木质素分子量，打断空间网状大分子结构，使分子量均一化，减少甲氧基含量，增加酚羟基、羰基和羧基含量，提高其反应活性，并氧化侧链，使其成为水溶性良好的亲水基团。但现有大多数氧化改性处理均是在液相中，后处理涉及到木质素的分离、提纯、干燥等过程，不仅提高了木质素的成本，而且由于木质素的粉末状态，使分离提纯过程非常繁琐，难度较大，造成浪费、环境污染等问题，难以实现大规模应用。聚乳酸（PLA）是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生。聚乳酸的生产过程无污染，而且产品可以生物降解，实现在自然界中的循环，是最理想的绿色高分子材料。在工业塑料应用中，聚乳酸展现出较高的机械强度，较好的透明性和较容易的加工成型性能。然而其髙昂的价格，较低的热变形温度，较差的韧性和耐热性及燃烧时具有熔融物滴落等缺点大大的限制了其广泛应用。现有技术人员为了降低聚乳酸的成本，扩大聚乳酸的应用范围，提高木质素的利用率，曾尝试将生物质木质素熔融复合到聚乳酸中，增强其力学性能，制备完全可降解的生物材料。但由于聚乳酸和木质素之间的相容性有限，木质素添加到聚乳酸中大幅度地降低了聚乳酸的拉伸强度，只有将木质素添加量控制在低于10wt%时，才可能提高聚乳酸的冲击韧性；而且，即便采用马来酸酐接枝聚乳酸或硅烷偶联剂对木质素聚乳酸复合材料进行增容改性，但由于多种原因，复合后的材料力学性能改善效果并不理想（参见西南交通大学，研究生学位论文，“木质素聚乳酸复合材料的制备与性能研究”）。现有专利（CN102093681B）也公开了“一种增韧聚乳酸复合材料及其制备方法”，通过将聚乳酸56-76%、木质素8-24%及增韧剂5-30%混合后，熔融挤出造粒。但具体实施方式中只给出选择纤维素酶解木质素。然而，当按照现有专利公开的方法，选择工业级木质素时，考虑可能由于木质素中存在的某些杂质或木质素本身的某个基团会与聚乳酸发生反应，出现聚乳酸的剪切变稀现象，使复合材料无法加工成型。说明虽然此方法能够增强复合材料的韧性，但由于对原料的选择性要求高，不适于工业生产。由此可见，木质素/聚乳酸复合材料在复合过程中仍然存在大量问题，需要研发人员进一步研究，从而制备出一种力学性能好，对原料要求不苛刻的复合材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种氧化改性木质素基聚乳酸复合材料，使其具有优良的力学性能，从而降低聚乳酸的成本，解决现有木质素/聚乳酸复合材料复合过程中存在的剪切变稀，及对木质素要求高的技术问题。为实现上述目的，本专利技术所述技术方案是这样实现的，该复合材料至少由下述重量份的原料制备得到：氧化改性的木质素10-70重量份、聚乳酸25-89重量份，扩链剂1-5重量份。为改善木质素与聚乳酸之间的界面结合作用，使其不会因为木质素加入量的增多而影响复合材料的力学性能，所述原料还包括偶联剂，所述偶联剂1-5重量份。为提高复合材料的氧指数，使其达到阻燃的效果，所述原料还包括阻燃剂，所述阻燃剂为10-30重量份。为提高复合材料的韧性，所述原料里面还可以加入增韧剂等。所述氧化改性的木质素没有特别限制，可以采用现有任何氧化方法氧化的木质素；而且对氧化时使用的木质素也没有特别要求，可以是工业级纯度不高的木质素、也可以是纯度较高的木质素；木质素本身可以是有机溶剂木质素、碱木质素、磺酸盐木质素；为简化现有液相氧化改性木质素中出现的分离、纯化繁琐等问题，所述氧化改性的木质素优选的是利用臭氧进行固态氧化改性的有机溶剂木质素。所述聚乳酸的类型没有特殊限制，包括3051D、4032D、PL104、2002D、3001D、SM332、REVODE101、REVODE201、6252D、2003D、6752D、4043D、4060D、7001D、3052D、3251D、7032D、AZ91T、AD92W、GZ95T、FZ91P、TPS2100、TPS2301、TPS2700、TPS2501等牌号；优选的为4032D。所述扩链剂没有特殊限制，包括ADR-4300、ADR-4368、ADR-4370、CX-1、SAG-005、SAG-008和ECL160等牌号，优选为ADR-4370。所述偶联剂没有特殊限制，包括马来酸酐接枝聚丙烯、DL系列铝酸酯偶联剂、二聚磷酸二异辛酯硬脂酸镁、粉末硅烷偶联剂XH-820系列、TC-130、马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝ABS、马来酸酐接枝EVA、氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、疏丙基三甲氧基硅烷、乙二胺丙基三乙氧基硅烷、乙二胺丙基甲基二甲氧基硅烷；优选为马来酸酐接枝聚丙烯。所述的对阻燃剂没有特殊限制，优选包括三聚氰胺、聚磷酸铵、焦磷酸三聚氰胺、氢氧化镁、氧化镁、氢氧化铝、三氯化二锑、三氧化二锑、氧化锑、红磷、硼酸锌、羟基锡酸锌、六溴环十二烷、十溴二苯乙烷、磷酸三异丙基苯酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲酚酯、八溴醚、四溴苯酐、TCEP、TCPP、CR505、T-101、DMMP、DEEP、DOP、PBDPE、BZ-54、PHT-4或RB-79，更优选为聚磷酸铵。本专利技术的另一目的是提供一种臭氧进行固态氧化改性木质素的氧化装置，该装置操作简单，使用方便，氧化过程容易控制，解决了臭氧在液态时氧化木质素后处理操作繁琐、产品损失等问题。该装置包括臭氧发生器、两个连接管、气体流量计、反应器；其中，连接管的一端与臭氧发生器连接，另一端与流量计的气体输入端连接；另一个连接管的一端与流量计的气体输出端连接，另一端与反应器底部的接口连接；所述反应器底部设有棉花，或其它透气而有阻隔作用的物质，以防止木质素进入连接管，阻塞装置；所述棉花上设有滤网，反应器顶端安装有充气接头，所述充气接头内部设有棉花，或其它透气而有阻隔作用的物质，以防止木质素被气流冲走；反应器内部用于存放木质素，还可以在反应器内部加入机械搅拌装置，以利于对木质素进行均匀改性。本专利技术的再一目的是提供一种氧化改性木质素基聚乳酸复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：步骤一：将木质素进行氧化改性，得到氧化改性的木质素；步骤二：将步骤一得到的氧化改性的木质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化改性木质素基聚乳酸复合材料，其特征在于：该复合材料至少由下述重量份的原料制备得到：氧化改性的木质素 10‑70重量份、聚乳酸25‑89重量份，扩链剂1‑5重量份。

【技术特征摘要】
1.一种氧化改性木质素基聚乳酸复合材料，其特征在于：该复合材料至少由下述重量份的原料制备得到：氧化改性的木质素10-70重量份、聚乳酸25-89重量份，扩链剂1-5重量份。2.根据权利要求1所述的一种氧化改性木质素基聚乳酸复合材料，其特征在于：所述原料还包括偶联剂，所述偶联剂1-5重量份。3.根据权利要求1所述的一种氧化改性木质素基聚乳酸复合材料，其特征在于：所述原料还包括阻燃剂，所述阻燃剂为10-30重量份。4.一种臭氧进行固态氧化改性木质素的氧化装置，其特征在于：该装置包括臭氧发生器、两个连接管、气体流量计、反应器；其中，连接管的一端与臭氧发生器连接，另一端与气体流量计的气体输入端连接；另一个连接管的一端与气体流量计的气体输出端连接，另一端与反应器底部的接口连接；所述反应器底部设有棉花，或其它透气而有阻隔作用的物质，以防止木质素进入连接管，阻塞装置；所述棉花上设有滤网，反应器顶端安装有充气接头，所述充气接头内部设有棉花，或其它透气而有阻隔作用的物质，以防止木质素被气流冲走；反应器内部用于存放木质素。5.根据权利要求4所述的一种臭氧进行固态氧化改性木质素的氧化装置，其特征在于：所述反应器内部设有机械搅拌装置，以利于对木质素进行均匀改性。6.一种氧化改性木质素基聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一：将木质素进行氧化改性，得到氧化改性的木质素；步骤二：将步骤一得到的氧化改性的...

【专利技术属性】
技术研发人员：呼微，闫茹，杨大雷，胡求学，赵麒，张明耀，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22