一种聚合物纳米复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种聚合物纳米复合材料及其制备方法和应用，涉及材料领域，制备方法包括将聚醋酸乙烯酯接枝改性的纳米纤维素湿粉经热塑加工设备加工成型，得到聚合物纳米复合材料，其中，所述聚醋酸乙烯酯接枝改性的纳米纤维素湿粉的含水量为8～30wt％，热塑加工温度为40～90℃。本发明专利技术通过聚醋酸乙烯酯接枝改性的纳米纤维素纤维素湿粉，在含水条件下该湿粉可在40～90℃下进行热塑加工，不需要160℃的加工温度，使加工温度由160℃降低至90℃以下，且可通过吸水进行再加工，加工次数对高分子力学性能影响较小。此外，与纯聚醋酸乙烯酯相比，本发明专利技术制备的纳米复合材料更易生物降解，经过180天土埋后可完全生物降解。180天土埋后可完全生物降解。180天土埋后可完全生物降解。

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物纳米复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及材料领域，尤其涉及一种聚合物纳米复合材料的制备方法、聚合物纳米复合材料，及它们的应用。

技术介绍

[0002]塑料制品在给人们生活带来方便的同时，也引发了一系列问题，特别是难生物降解的石油基塑料制品造成的环境“白色污染”。目前，存在两种途径以解决这一问题：1)将石油基高分子材料的回收加工再利用；2)使用生物可降解高分子。
[0003]事实上，无论对于石油基高分子还是生物可降解高分子，材料的回收加工再利用都是有必要的和更可持续的。其中，熔融加工是高分子材料成型的常用的、易于工业化的方法，也是高分子材料回收加工再利用的常见手段。然而，较高的加工温度会使高分子材料在加工过程中不可避免地发生降解断链，使材料的分子量降低，最终使材料的力学性能变差。经多次再加工后的高分子材料力学性能严重恶化，无法再使用。此外，材料分解产生的小分子往往会对人体和环境有毒害作用，且高的加工温度也会产生较高的能耗。

技术实现思路

[0004]技术问题
[0005]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题是，如何提供一种可水塑加工、可生物降解的聚合物纳米复合材料的制备方法、聚合物纳米复合材料，及它们的应用。
[0006]本专利技术通过聚醋酸乙烯酯接枝改性的纳米纤维素纤维素湿粉，在含水条件下该湿粉可在40～90℃下进行热塑加工，不需要160℃的加工温度，使加工温度由160℃降低至60℃，且可通过吸水进行再加工，加工次数对高分子力学性能影响较小。本专利技术采用较低的加工温度有利于节能减排，且不会使高分子在加工过程中发生热降解而降低力学性能。
[0007]解决方案
[0008]为解决以上技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种聚合物纳米复合材料的制备方法，将聚醋酸乙烯酯接枝改性的纳米纤维素湿粉经热塑加工设备加工成型，得到聚合物纳米复合材料，其中，所述聚醋酸乙烯酯接枝改性的纳米纤维素湿粉的含水量为8～30wt％，热塑温度为40～90℃。
[0010]进一步地，所述聚醋酸乙烯酯接枝改性的纳米纤维素湿粉的含水量为10～25wt％，可选地为10～20wt％，可选地为15～20wt％。
[0011]进一步地，热塑温度为40～85℃，可选地为60～80℃，可选地为60℃。
[0012]进一步地，热塑加工的方法选自挤出成型、模压成型、注射成型、吹塑成型、3D打印成型中的一种或几种。
[0013]进一步地，所述聚合物纳米复合材料通过吸水能实现再加工。
[0014]进一步地，所述聚醋酸乙烯酯接枝改性的纳米纤维素湿粉的制备方法包括：
[0015]1)将纳米纤维素分散于水中，向其中加入醋酸乙烯酯单体和引发剂；
[0016]2)将步骤1)的水分散液搅拌均匀后反应，得沉淀，将沉淀进行抽滤、洗涤，得到聚醋酸乙烯酯接枝改性纳米纤维素湿粉。
[0017]进一步地，所述步骤1)中，纳米纤维素选自纤维素纳米晶、纤维素纳米球、纤维素纳米纤维和细菌纤维素中的一种或几种。
[0018]进一步地，所述步骤1)中，醋酸乙烯酯单体与纳米纤维素的质量比为1:1～15:1，可选地为3:1～10:1，可选地为3:1～9:1，可选地为5:1～10:1，可选地为6:1～9:1。
[0019]专利技术人在不断研发中发现，纳米纤维素太多和太少都不利于水塑加工。该材料的水塑加工一方面依靠聚醋酸乙烯酯的良好的加工流动性，另一方面靠纳米纤维素的亲水性提高吸水率，水作为增塑剂使材料在较低的温度的作用下能够融合。
[0020]进一步地，所述步骤1)中，引发剂的加入量为醋酸乙烯酯单体质量的0.01～0.1％。
[0021]进一步地，所述步骤1)中，引发剂选自偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、过硫酸盐、高锰酸钾/草酸、硝酸铈铵、硫酸铈、过氧化氢中的一种或几种。其中，高锰酸钾/草酸是指高锰酸钾和草酸组成的氧化还原引发体系。
[0022]进一步地，所述步骤2)中，混匀后反应时间为0.5～3h，可选地为1.5～3h，可选地为1.5～2.5h。
[0023]第二方面，提供一种所述的制备方法制备的聚合物纳米复合材料，可选地，所述聚合物纳米复合材料可生物降解。
[0024]所述聚合物纳米复合材料在需要再加工时，可以让材料重新吸水再加工，增加循环利用性。
[0025]第三方面，提供一种所述的制备方法制备的聚合物纳米复合材料或第二方面所述的聚合物纳米复合材料在可生物降解材料中的应用。
[0026]有益效果
[0027](1)本专利技术通过聚醋酸乙烯酯接枝改性的纳米纤维素纤维素湿粉，在含水条件下该湿粉可在40～90℃下进行热塑加工，不需要160℃的加工温度，使加工温度由160℃降低至90℃甚至更低，且可通过吸水进行再加工，加工次数对高分子力学性能影响较小。本专利技术采用较低的加工温度有利于节能减排，且不会使高分子在加工过程中发生热降解而降低力学性能。
[0028](2)本专利技术的聚醋酸乙烯酯接枝改性的纳米纤维素纤维素复合材料在含有少量水的情况下可大幅降低加工温度。其中水分子无毒无害，且在加工成型后可简单除去。
[0029](3)本专利技术醋酸乙烯酯在纳米纤维素分散液中原位聚合，使纳米纤维素在复合材料中均匀分散，且纳米纤维素在复合材料中含量高，形成亲水的填料网络，有利于水对材料内部的浸润。因此，在加工成型后材料具有更小的内应力，具有更强的形状保持能力；此外，与聚醋酸乙烯酯均聚物相比，高纳米纤维素填充的复合材料具有更优异的力学性能和热稳定性。
[0030](4)本专利技术中的复合材料中可在土埋180天后完全生物降解。但传统方法热塑而成的聚醋酸乙烯酯因其疏水性，降解酶难以渗透到材料内部，从而使聚醋酸乙烯酯难降解。而本专利技术的聚醋酸乙烯酯接枝改性的纳米纤维素纤维素复合材料中由于存在亲水的填料网络，这有利于降解酶对复合材料的降解，从而对该复合材料具有较强的生物降解性。
[0031]上述说明仅为本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本专利技术的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本专利技术的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。
附图说明
[0032]一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
[0033]图1为本专利技术经水塑加工得到的不同形状的样品。
[0034]图2为本专利技术实施例1聚醋酸乙烯酯接枝改性的纳米纤维素样品经碎片化后，吸水再加工的图片；其中，(A)为碎片化的聚醋酸乙烯酯接枝改性的纳米纤维素；(B)为再加工后的样品。
[0035]图3为本专利技术实施例1聚醋酸乙烯酯接枝改性的纳米纤维素样品的重量随土埋时间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物纳米复合材料的制备方法，其特征在于，将聚醋酸乙烯酯接枝改性的纳米纤维素湿粉经热塑加工设备加工成型，得到聚合物纳米复合材料，其中，所述聚醋酸乙烯酯接枝改性的纳米纤维素湿粉的含水量为8～30wt％，热塑加工温度为40～90℃。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚醋酸乙烯酯接枝改性的纳米纤维素湿粉的含水量为10～25wt％，可选地为10～20wt％，可选地为15～20wt％。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，热塑温度为40～85℃，可选地为60～80℃，可选地为60℃。4.根据权利要求1至3任一所述的制备方法，其特征在于，热塑加工的方法选自挤出成型、模压成型、注射成型、吹塑成型、3D打印成型中的一种或几种。5.根据权利要求1至4任一所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物纳米复合材料通过吸水能实现再加工。6.根据权利要求1至5任一所述的制备方法，其特征在于，所述聚醋酸乙烯酯接枝改性的纳米纤维素湿粉的制备方法包括：1)将纳米纤维素分散于水中，向其中加入醋酸乙烯酯单体和引发剂；2)将步骤1)的水分散液搅拌均匀后反应，得沉淀，将沉淀进行抽滤、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建明，许鸿泽，华相东，刘云霄，段咏欣，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：