一种高分子复合材料添加剂及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种高分子复合材料添加剂及其应用，属于生物质高值化利用领域。该复合材料添加剂是由无机颗粒和改性生物质油组成的混合物。本发明专利技术的生物质油同时具有分散和增塑作用，使得高分子复合材料中不必再额外添加大量的增塑剂和改性剂，避免了工业废物处理压力，有利于成本的降低和环境的保护。有利于成本的降低和环境的保护。有利于成本的降低和环境的保护。

【技术实现步骤摘要】
一种高分子复合材料添加剂及其应用


[0001]本专利技术涉及一种生物质高值化利用领域，通过催化提质及产品工程理念将生物质油转化为高分子材料加工助剂。

技术介绍

[0002]利用生物质开发绿色化工原料和功能材料已成为目前可持续发展研究的热点与前沿。高效的生物炼制过程可以将生物质转化为小分子的液体燃料和平台化合物，再聚合制备相关产品。然而，复杂的工艺流程和生物质本身天然结构的未充分利用，使生物质转化过程技术经济性低，无法大规模应用。
[0003]《欧盟Horizon2020计划》提出，新一代生物质利用策略应由现有的借鉴化石能源的“物性替代”，转变成面向应用的“功能替代”。近年来，涌现出一些面向生物质的分子编辑产品工程研究，如利用木质素中独特低聚物的结构特点，定向解聚将其转化为高附加值的功能材料(打印墨水等)。然而此过程需要兼顾应用的功能性和生物质的结构性，往往涉及到多学科交叉，其关键是针对生物质超分子结构，通过定向裁剪和改性的方式对生物质材料进行功能调变。
[0004]将农林废弃生物质原料通过热处理液化技术转化为生物质液化油是一种重要方法。但是生物热解油含有上百种产物(结构复杂、分离成本高)，其含有大量含氧官能团(热值低)、低聚物(粘度高)和有机酸(酸度高、设备腐蚀)的特点等问题，替代化石燃料有一定距离。一般采用催化加氢、催化裂解等改性工艺处理含氧官能团及粘度问题，但最终面临制备能耗高、分离成本高、附加值低的“二高一低”难题。
[0005]纳米颗粒的均匀分散是构筑填料与聚合物的纳米结构基础，同是也决定着复合材料的性能优劣，然而目前无机纳米颗粒存在分散性差、难混入，且易在复合材料中产生无机相团聚体，不仅难以达到纳米级的复合，无法更好地发挥纳米效应，且可能增加材料缺陷，限制了其广泛应用。而目前使用的硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂等价格昂贵，同时需要一定毒性的有机溶剂作为助剂对无机纳米颗粒进行表面改性，且无法在常温和常压下制备，从而增大了成本，因此有必要研究和开发生物质无毒无机填料分散剂。

技术实现思路

[0006]为解决该问题，本专利技术提供一种高分子复合材料添加剂，所述高分子复合材料添加剂具有促进填料分散和増塑作用。
[0007]一种高分子复合材料添加剂，该复合材料添加剂是由无机颗粒和改性生物质油组成的混合物，无机颗粒和改性生物质油的质量比为100：0.5～20。
[0008]本专利技术技术方案中：所述的无机颗粒为二氧化硅、氧化铝、氧化锌、二氧化钛或碳酸钙中的一种或几种，且所述无机颗粒的D50粒径＜0.5μm。
[0009]本专利技术技术方案中：所述的生物质油是木质纤维素在200
‑
600℃及0.04
‑
3MPa表压条件下液化获得。
[0010]本专利技术提供的第一种改性生物质油的制备方法为：将生物质油与环氧化试剂先进行环氧化反应，反应结束后将产物1进行烷基化反应或酯化反应，即可得到改性生物质油。
[0011]在一些优选的技术方案中：在固体酸催化剂的作用下，将生物质油与环氧化试剂先进行环氧化反应，反应结束后将产物1进行烷基化反应或酯化反应，即可得到改性生物质油。，固体酸催化剂占生物油质量比的0.1wt％
‑
5wt％。
[0012]第一种改性方法中：环氧化反应是将过氧化氢加入生物质油中，其中过氧化氢占生物油质量比的10wt％
‑
50wt％，反应温度为40
‑
80℃；反应时间为2
‑
5h；
[0013]第一种改性方法中：烷基化反应是将产物1与烷基化试剂进行反应，其中烷基化试剂占产物1质量比的1wt％
‑
20wt％，反应温度为80～120℃；反应时间为1
‑
3h；所述的烷基化试剂为碳原子数是4
‑
18的醇；进一步优选所述的烷基化试剂为碳原子数是8
‑
10的醇；最优选：所述的烷基化试剂为脂肪醇，如正辛醇、异辛醇、丁醇、壬醇中的一种或几种。
[0014]第一种改性的方法中：酯化反应是将产物1与醇类物质进行酯化反应，其中酯化试剂占产物1质量比的1wt％
‑
20wt％，反应温度为80～120℃；反应时间为1
‑
3h；所述的醇类物质为碳原子数是3
‑
6的多元醇，进一步优选：所述的醇类物质为季戊四醇、甘油、三羟甲基乙烷、木糖醇、山梨醇等多元醇其中的一种或多种。
[0015]本专利技术技术方案中：固体酸催化剂以1g无机材料与1ml 0.25
‑
1.25mol/L H2SO4溶液的比例进行浸渍处理6
‑
16h,于100℃干燥6
‑
12h,再将所得样品分别经200～600℃焙烧活化1
‑
4h，即得到相应的固体酸催化剂。
[0016]进一步的：所述的无机材料为二氧化硅、氧化铝、氧化锌、二氧化钛或碳酸钙中的一种或几种。
[0017]本专利技术提供的第二种改性生物质油的制备方法为：将生物质油与环氧化试剂先进行环氧化反应，反应结束后将产物1进行烷基化反应，得到产物2，将产物2进行酯化反应，即可得到改性生物质油。
[0018]在一些优选的技术方案中：在固体酸催化剂的作用下，将生物质油与环氧化试剂先进行环氧化反应，反应结束后将产物1进行烷基化反应，得到产物2，将产物2进行酯化反应，即可得到改性生物质油。固体酸催化剂占生物油质量比的0.1wt％
‑
5wt％。
[0019]第二种改性方法中：环氧化反应是过氧化氢加入生物质油中，其中过氧化氢占生物油质量比的10wt％
‑
50wt％，反应温度为40
‑
80℃；反应时间为2
‑
5h。
[0020]第二种改性的方法中：烷基化反应是将产物1与烷基化试剂进行反应，其中烷基化试剂占产物1质量比的1wt％
‑
20wt％，反应温度为80～120℃；反应时间为1
‑
3h；所述的烷基化试剂为碳原子数是4
‑
18的长链醇；进一步优选所述的烷基化试剂为碳原子数是8
‑
10的醇；最优选：所述的烷基化试剂为脂肪醇，如正辛醇、异辛醇、丁醇、壬醇中的一种或几种。
[0021]第二种改性的方法中：酯化反应是将产物2与醇类物质进行酯化反应，其中酯化试剂占产物2质量比的1wt％
‑
20wt％，反应温度为80～120℃；反应时间为1
‑
3h；所述的醇类物质为碳原子数是3
‑
6的醇，进一步优选：所述的醇类物质为季戊四醇、甘油、三羟甲基乙烷、木糖醇、山梨醇等多元醇其中的一种或多种。
[0022]本专利技术技术方案中：固体酸催化剂以1g无机材料与1ml 0.25
‑
1.25mol/L H2SO4溶液的比例进行浸渍处理6
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高分子复合材料添加剂，其特征在于，该复合材料添加剂是由无机颗粒和改性生物质油组成的混合物，无机颗粒和改性生物质油的质量比为100：0.5～20；其中：所述的无机颗粒为纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米二氧化钛或纳米碳酸钙中的一种或几种，且所述无机颗粒的D50粒径＜0.5μm。2.根据权利要求1所述的高分子复合材料添加剂，其特征在于：生物质油是木质纤维素液化获得。3.根据权利要求2所述的高分子复合材料添加剂，其特征在于：改性生物质油是将生物质油与环氧化试剂先进行环氧化反应，反应结束后将产物1进行烷基化反应或酯化反应，即可得到改性生物质油；或：在固体酸催化剂的作用下，将生物质油与环氧化试剂先进行环氧化反应，反应结束后将产物1进行烷基化反应或酯化反应，即可得到改性生物质油。4.根据权利要求2所述的高分子复合材料添加剂，其特征在于：改性生物质油是将生物质油与环氧化试剂先进行环氧化反应，反应结束后将产物1进行烷基化反应，得到产物2，将产物2进行酯化反应，即可得到改性生物质油；或：在固体酸催化剂的作用下，将生物质油与环氧化试剂先进行环氧化反应，反应结束后将产物1进行烷基化反应，得到产物2，将产物2进行酯化反应，即可得到改性生物质油。5.根据权利要求2所述的高分子复合材料添加剂，其特征在于：改性生物质油是将生物质油与环氧化试剂先进行环氧化反应，反应结束后将产物1进行酯化反应，得到产物3，将产物3进行烷基化反应，即可得到改性生物质油；或：在固体酸催化剂的作用下，改性生物质油是将生物质油与环氧化试剂先进行环氧化反应，反应结束后将产物1进行酯化反应，得到产物3，将产物3进行烷基化反应，即可得到改性生物质油。6.根据权利要求3～5任一项所述的高分子复合材料添加剂，其特征在于：固体酸催化剂占生物油质量比的0.1wt％
‑
5wt％；进一步优选：固体酸催化剂以1g无机材料0.25
‑
1.25mol/L H2SO4溶液的比例进行浸渍处理6
‑
16h,于100℃干燥6
‑
12h,再将所得样品分别经200～600℃焙烧活化1
‑
4h,即得到相应的固体酸催化剂；最优选：所述的无机材料为二氧化硅、氧化铝、氧化锌、二氧化钛或碳酸钙中的一种或几种。7.根据权利要求3～5任一项所述的高分子复合材料添加剂，其特征在于：环氧化反应是将过氧化氢加入生物质油中，其中过氧化氢占生物油质量比的10wt％
‑
5...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆立文，曹丹阳，张同桓，冯新，朱家华，陆小华，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：