氧化还原改性植物纤维的热塑性和韧性调控方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种氧化还原改性植物纤维的热塑性和韧性调控方法，包括以下步骤：(1)植物纤维的前处理；(2)加入氧化剂溶液反应后经过滤洗涤得氧化改性植物纤维；加入还原剂溶液反应后经过滤洗涤得氧化还原改性植物纤维；(3)加入增塑剂与氧化还原改性植物纤维混合均匀；所述增塑剂为羟基类增塑剂、离子液体类增塑剂、低共熔溶剂类增塑剂、酯类增塑剂、胺类增塑剂、缩水甘油醚类增塑剂或无机盐类增塑剂。本发明专利技术所述的方法能提高氧化还原改性植物纤维材料的柔韧性，降低植物纤维材料的加工温度，拓展植物纤维材料的加工窗口。

Thermoplasticity and toughness control of redox modified vegetable fibers and its application

The invention relates to a thermoplasticity and toughness control method of redox modified plant fibers, which comprises the following steps: (1) pretreatment of plant fibers; (2) oxidation modified plant fibers are obtained by filtering and washing after adding oxidant solution reaction; redox modified plant fibers are obtained by filtering and washing after adding reductant solution reaction; (3) plasticizer and redox modified plant fibers are added. The plasticizer is hydroxyl plasticizer, ionic liquid plasticizer, low eutectic solvent plasticizer, ester plasticizer, amine plasticizer, glycidyl ether plasticizer or inorganic salt plasticizer. The method of the invention can improve the flexibility of the redox modified plant fiber material, reduce the processing temperature of the plant fiber material and expand the processing window of the plant fiber material.

【技术实现步骤摘要】
氧化还原改性植物纤维的热塑性和韧性调控方法及其应用
本专利技术属于天然高分子材料领域，特别涉及一种氧化还原改性植物纤维的热塑性和韧性调控方法及其应用。
技术介绍
20世纪以来，大量石油基高分子材料的生产造成了石油资源的短缺和严重的环境污染。以储量丰富、来源广泛、可生物降解的植物纤维原料制备具备优异性能的绿色高分子材料，从而部分替代石油基聚合物，将有效解决当前日益严重的资源和环境问题。在长期的进化中，植物纤维的三种组分交织成复杂而致密的微纳复合结构。这种复杂机构使得其不能在高温下熔融加工，因为其在熔融之前，三大组分就已经发生了降解。传统的酯化、醚化虽然可实现植物纤维的塑化加工，但改性过程中大量酸酐和有机溶剂的使用不仅会污染环境、提高设备成本和回收成本，而且改性过程中会引起材料较大程度的降解，导致材料力学性能较差。针对上述问题，CN201710662662.9木质纤维素塑化改性的方法及其应用，对植物纤维原料进行氧化还原反应，可较好地保留材料本身的强度，植物纤维经塑化改性后的玻璃化转变温度在90～110℃之间，从而实现植物纤维改性材料的热塑化加工。但是，该方法加工温度仍然较高，加工温度窗口依旧较窄，且制备得到的植物纤维材料的刚性较强，而韧性较差。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种氧化还原改性植物纤维的热塑加工性能和韧性的调控方法，使得处理后得到的植物纤维热塑加工性能得到进一步改善，可以在较低温度热压成型，在扩宽加工温度窗口的同时提高材料的韧性。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种氧化还原改性植物纤维的热塑性和韧性调控方法，包括以下步骤：(1)将植物纤维进行前处理；(2)对前处理后的植物纤维进行氧化改性，对氧化改性的植物纤维进行还原改性，得氧化还原改性植物纤维；(3)将增塑剂与氧化还原改性植物纤维混合均匀；所述增塑剂为羟基类增塑剂、离子液体类增塑剂、低共熔溶剂类增塑剂、酯类增塑剂、胺类增塑剂、缩水甘油醚类增塑剂或无机盐类增塑剂。本专利技术还提供了一种具备热塑性和韧性的改性植物纤维材料，具体技术方案如下：一种具备热塑性和韧性的改性植物纤维材料，由如上所述的方法处理后的植物纤维，通过干燥、热压制备得到。基于上述技术方案，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术针对改性植物纤维原料加工温度较高，加工温度窗口较窄，材料韧性较差的问题，在氧化还原塑化改性的基础上，结合植物纤维这一特定基材的结构特性，合理地利用增塑剂，其中氧化还原改性纤维素和半纤维素开环以提高纤维素和半纤维素分子链的运动能力，再通过添加羟基类、离子液体类或低共熔溶剂类等增塑剂能进一步有效地破坏分子内和分子间的氢键作用，该增塑剂与植物纤维具备良好的相容性，在特定基材、氧化还原改性以及特定类型的增塑剂的配合下，扩展了植物纤维塑化加工温度窗口的同时，使其具备更好的加工流动性，还大幅度地提升材料的热塑性和韧性。本专利技术制备得到的热塑性和韧性的氧化还原改性植物纤维材料还具备成本低廉、可生物降解、环境友好等特点，是一种生物质资源的高值化利用方式，具有广阔的研究前景。本专利技术大大拓展了全组分植物纤维材料的应用范围，对现有的部分石油基材料能起到一定的替代作用。附图说明图1为实施例1、实施例2、实施例3和对比例1的损耗因子曲线图；图2为实施例4、实施例5、实施例6和对比例2的损耗因子曲线图；图3为实施例1制备的具备热塑性和韧性的改性剑麻纤维材料；图4为对比例1制备的未添加增塑剂氧化还原改性剑麻纤维材料。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照实施例对本专利技术进行更全面的描述，以下给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。应理解，下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。实施例中所用到的各种常用试剂，均为市售产品。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本专利技术的一种氧化还原改性植物纤维的热塑性和韧性调控方法，包括以下步骤：(1)将植物纤维进行前处理；(2)对前处理后的植物纤维进行氧化改性，对氧化改性的植物纤维进行还原改性，得氧化还原改性植物纤维；(3)将增塑剂与氧化还原改性植物纤维混合均匀；所述增塑剂为羟基类增塑剂、离子液体类增塑剂、低共熔溶剂类增塑剂、酯类增塑剂、胺类增塑剂、缩水甘油醚类增塑剂或无机盐类增塑剂。其中，本专利技术中所述增塑剂选自羟基类增塑剂、离子液体类增塑剂、低共熔溶剂类增塑剂、酯类增塑剂、胺类增塑剂、缩水甘油醚类增塑剂或无机盐类增塑剂。其中，可选地，所述羟基类增塑剂包括：丙三醇、乙二醇、山梨醇或木糖醇。可选地，所述离子液体类增塑剂包括：1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-丁基-3-甲基咪唑乙酸盐、四氟硼酸N-乙基吡啶或四氟硼酸N-乙基吡啶。可选地，所述低共熔溶剂类增塑剂为氢键受体和氢键供体的混合物；所述氢键受体包括：氯化胆碱或甜菜碱；所述氢键供体包括：尿素、硫脲、甘油、丁二醇、木糖醇或氨基酸、葡萄糖。可选地，所述脂类增塑剂包括：邻苯二甲酸二乙酯、柠檬酸三甲酯、碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯。可选地，所述胺类增塑剂包括：尿素、乙酰胺或氨基酸。可选地，所述缩水甘油醚类增塑剂包括：缩水甘油醚、乙二醇一缩水甘油醚或丙三醇二缩水甘油醚。可选地，所述无机盐类增塑剂包括：氯化锌、氯化锂或氯化铁。优选地，所述增塑剂为：羟基类增塑剂、离子液体类增塑剂或低共熔溶剂类增塑剂。其主要原理为：植物纤维的聚集态为纤维素、半纤维素和木质素相互交织而成的致密微纳结构，纤维素、半纤维素和木质素三大组分均为极性高分子，分子内和分子间存在着强烈氢键作用，且纤维素具备较高的结晶度。材料的特性影响增塑剂的选择，本专利技术采用的增塑剂在氧化还原改性纤维素和半纤维素开环以提高纤维素和半纤维素分子链的运动能力的基础上，进一步有效地破坏分子内和分子间的氢键作用，且增塑剂与植物纤维具备良好的相容性，在两者的配合下，使得植物纤维材料具备更好的加工流动性，在扩展塑化加工温度窗口的同时，还大幅度地提升材料的热塑性和韧性。优选地，所述增塑剂的添加量与所述氧化还原改性植物纤维的重量比为(0.01～0.5)：1。更优选地，所述增塑剂的添加量与所述氧化还原改性植物纤维的重量比为(0.05～0.25)：1。更优选地，所述增塑剂为丙三醇(甘油)时，增塑剂与氧化还原改性植物纤维的重量比为(0.04～0.2):1，可进一步优选为(0.05～0.15):1；所述增塑剂为氯化胆碱和木糖醇组成的低共熔溶剂时，增塑剂与氧化还原改性植物纤维的重量比为(0.05～0.25)：1，可进一步优选为(0.1～0.2)：1；所述增塑剂为1-丁基-3-甲基咪唑氯盐时，增塑剂与氧化还原改性植物纤维的重量比为(0.05～0.25)：1，可进一步优选为(0.1～0.2)：1。可选地，所述植物纤维选自：木本纤维、禾本科纤维、叶部纤维、树皮类纤维、麻类纤维、种毛纤维。合适的植物纤维与增塑剂的配合，降低了植物纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化还原改性植物纤维的热塑性和韧性调控方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对植物纤维进行前处理；(2)对前处理后的植物纤维进行氧化改性，对氧化改性的植物纤维进行还原改性，得氧化还原改性植物纤维；(3)将增塑剂与氧化还原改性植物纤维混合均匀；所述增塑剂为羟基类增塑剂、离子液体类增塑剂、低共熔溶剂类增塑剂、酯类增塑剂、胺类增塑剂、缩水甘油醚类增塑剂或无机盐类增塑剂。

【技术特征摘要】
1.一种氧化还原改性植物纤维的热塑性和韧性调控方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对植物纤维进行前处理；(2)对前处理后的植物纤维进行氧化改性，对氧化改性的植物纤维进行还原改性，得氧化还原改性植物纤维；(3)将增塑剂与氧化还原改性植物纤维混合均匀；所述增塑剂为羟基类增塑剂、离子液体类增塑剂、低共熔溶剂类增塑剂、酯类增塑剂、胺类增塑剂、缩水甘油醚类增塑剂或无机盐类增塑剂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述羟基类增塑剂包括：丙三醇、乙二醇、山梨醇或木糖醇；和/或所述离子液体类增塑剂包括：1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-丁基-3-甲基咪唑乙酸盐、四氟硼酸N-乙基吡啶或四氟硼酸N-乙基吡啶；和/或所述低共熔溶剂类增塑剂为氢键受体和氢键供体的混合物；所述氢键受体包括：氯化胆碱或甜菜碱；所述氢键供体包括：尿素、硫脲、甘油、丁二醇、木糖醇、氨基酸或葡萄糖；和/或所述脂类增塑剂包括：邻苯二甲酸二乙酯、柠檬酸三甲酯、碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯；和/或所述胺类增塑剂包括：尿素、乙酰胺或氨基酸；和/或所述缩水甘油醚类增塑剂包括：缩水甘油醚、乙二醇一缩水甘油醚或丙三醇二缩水甘油醚；和/或所述无机盐类增塑剂包括：氯化锌、氯化锂或氯化铁。3.根据权利要求2所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯彦洪，程航，雷波，邹新良，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44