【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合材料制备领域，尤其是一种绿色高效的高性能木质素基复合薄膜材料及其制备方法。
技术介绍
1、聚己二酸对苯二甲酸丁二酯，简称pbat，由对苯二甲酸、己二酸、1,4-丁二醇经缩聚反应制得。pbat具有较高的断裂伸长率、良好的柔韧性、与pe相当的力学性能，并且具有良好的生物降解性能，在食品包装、农业和生物医学领域具有广泛前景。但是，尽管有许多潜在的应用，高成本、不耐辐射导致力学性能的削弱、耐水性差、气体阻隔性差等缺点仍然限制了其大范围应用，尤其是在包装和地膜领域。
2、木质素是一种存在于高等植物中的具有芳香环结构的天然有机高分子，储量大，来源丰富。木质素含有大量的苯环、酚羟基、醇羟基、羧基等官能团，具有优异的抗紫外和抗老化性能。近年来，为解决传统塑料对环境造成的严重污染，同时出于对石化资源日趋枯竭的担忧以及对生物质资源利用的重视，利用生物质改性可降解塑料成为研究热点。因此，利用木质素改性pbat，赋予pbat优良的抗紫外性能，同时降低pbat相关产品的生产成本，实现木质素的高值化利用，对于推动生物质资源的有效利用及高分子材料的绿色化发展具有重要意义。
3、通过检索，发现如下三篇与本专利技术专利申请相关的专利公开文献：
4、1、一种甲基化木质素pbat可生物降解塑料及其制备方法(cn 111607202 a)。用定量的dmf、正十二硫醇和碱制备脱甲基化改性木质素。将己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物与甲基化木质素进行充分混合，将所得混合物料经双螺杆挤出机挤出造粒，得到甲基化木质
5、2、一种木质素基可生物降解塑料及其制备方法(cn 109735067a)。将木质素溶于二甲基亚砜(dmso)中，加入碳酸铯和碳酸二甲酯(dmc)制备得到甲基化木质素。将聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(pbat)母料、木质素和甲基化木质素粉末在干燥条件下进行真空干燥，在共混机内加入干燥好的pbat母料、木质素、甲基化木质素粉末以及塑料助剂，充分混合后，得到混合物料，将所得混合物料经双螺杆挤出机在第一挤出条件下挤出造粒，得到木质素基塑料母粒。将所得木质素基可生物降解塑料母粒第一热压条件下进行热压成型，制得木质素基可生物降解塑料。但是，该种处理方法中木质素甲基化改性过程复杂，反应时间长，所用溶剂二甲基亚砜有毒性，不符合绿色环保的原则；在木质素基塑料母粒制备过程中需要加入增塑剂。
6、3、一种甲基化木质素/pbat可生物降解塑料及其制备方法(cn 109943039 a)。将木质素溶解于二甲基亚砜(dmso)中，加入碳酸铯和碳酸二甲酯(dmc)，制备得到甲基化木质素。分别将聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(pbat)母料、甲基化木质素干燥，在高速混合机中加入干燥好的pbat母料、甲基化木质素，充分混合后，得到混合物料，将所得混合物料经双螺杆挤出机挤出得到甲基化木质素/pbat可生物降解塑料母粒。将上述所得甲基化木质素/pbat可生物降解塑料母粒热压成型，制得甲基化木质素/pbat可生物降解塑料。但是，该种处理方法中甲基化改性过程复杂，反应时间长，所用溶剂二甲基亚砜有毒性，不符合绿色环保的原则。
7、通过对比，本专利技术专利申请与上述专利公开文献存在本质的不同。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足之处，提供一种绿色高效的高性能木质素基复合薄膜材料及其制备方法。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种绿色高效的高性能木质素基复合薄膜材料，以质量百分含量计，所述材料由60～90％的pbat和10～40％的改性木质素组成，改性木质素和pbat的总量为100％；
4、其中，所述改性木质素的重均分子量范围为2000～2700g/mol，分子量分散性系数为2.5～3.0。
5、进一步地，所述材料的拉伸强度≥15mpa，其断裂伸长率≥450％。
6、如上所述的绿色高效的高性能木质素基复合薄膜材料的制备方法，所述方法包括将改性木质素与pbat一起混炼、热压成型的步骤。
7、进一步地，所述改性木质素是通过对工业木质素原料甲基化改性得到，具体步骤如下：
8、1)将工业木质素原料溶解于磷酸三甲酯溶剂中，于100～120℃的恒温油浴中搅拌0.5～1.5h；其中，工业木质素原料与磷酸三甲酯溶剂的固液比(g：ml)为1：10～20；
9、2)将上述反应后的混合液滴加到ph值2～4的盐酸溶液中，沉淀出木质素，通过离心得到木质素组分，再用去离子水对木质素洗涤至中性，将洗涤后的木质素冷冻干燥后得到甲基化改性木质素，即为改性木质素。
10、进一步地，所述的工业木质素原料选自硫酸盐木质素和预水解液木质素中的至少一种。
11、进一步地，所述混炼采用挤出机、开炼机中的至少一种进行；所述混炼的温度为140℃～150℃，混炼时间为20min～30min。
12、本专利技术取得的优点和积极效果为：
13、1、本专利技术简化了木质素化学改性的生产流程，减少了反应时间；所用改性方法是一种无溶剂、绿色高效的改性过程；且结构调控的甲基化改性木质素具有较低的玻璃化转变温度(其玻璃化转变温度＜120℃，图1)，远远低于工业木质素原料本身的玻璃化转变温度；在木质素/pbat复合材料的制备温度下具有更好的熔融共混性(图2)，且木质素与pbat间具有良好的界面相互作用，有助于提高木质素/pbat复合材料的机械性能。
14、2、本专利技术所要解决的技术问题是如何简化和优化木质素前期处理工艺，并且提高其在pbat中含量(可高达40％)，在不添加任何增溶剂和助剂情况下，所制备复合材料仍具有理想的机械性能。该方法既能降低pbat复合材料生产成本，并促进木质素高值化利用，还能使复合材料保持较高的机械性能(拉伸强度≥15mpa，断裂伸长率≥450％)，从而更加适于实用。
15、3、本专利技术制备方法包括绿色无溶剂高效制备甲基化改性木质素；改性木质素/pbat可生物降解塑料母粒合成；高性能改性木质素/pbat复合薄膜材料的制备。pbat具有良好的机械性能和加工性，将木质素与pbat复合可以降低复合材料成本，对于环保材料发展意义重大。本专利技术采用一种绿色环保、简洁高效的方法制备得到甲基化改性木质素，然后将其与pbat按照特定比例共混制备复合材料，不添加任何增溶剂和助剂；相比未改性木质素，该方法制备的复合材料整体性能显著提升，相容性有效改善。该方法既能降低该类复合材料的成本，还能保持复合材料较高的机械性能(拉伸强度≥15mpa，断裂伸长率≥450％)，这将极大地促进工业木质素的有效高值转化。
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1.一种绿色高效的高性能木质素基复合薄膜材料，其特征在于：以质量百分含量计，所述材料由60～90％的PBAT和10～40％的改性木质素组成，改性木质素和PBAT的总量为100％；
2.根据权利要求1所述的高性能木质素基复合薄膜材料，其特征在于：所述材料的拉伸强度≥15MPa，其断裂伸长率≥450％。
3.如权利要求1或2所述的绿色高效的高性能木质素基复合薄膜材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括将改性木质素与PBAT一起混炼、热压成型的步骤。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述改性木质素是通过对工业木质素原料甲基化改性得到，具体步骤如下：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述的工业木质素原料选自硫酸盐木质素和预水解液木质素中的至少一种。
6.根据权利要求3至5任一项所述的制备方法，其特征在于：所述混炼采用挤出机、开炼机中的至少一种进行；所述混炼的温度为140℃～150℃，混炼时间为20min～30min。
【技术特征摘要】
1.一种绿色高效的高性能木质素基复合薄膜材料，其特征在于：以质量百分含量计，所述材料由60～90％的pbat和10～40％的改性木质素组成，改性木质素和pbat的总量为100％；
2.根据权利要求1所述的高性能木质素基复合薄膜材料，其特征在于：所述材料的拉伸强度≥15mpa，其断裂伸长率≥450％。
3.如权利要求1或2所述的绿色高效的高性能木质素基复合薄膜材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括将改性木质素与pbat一起混炼...
【专利技术属性】
技术研发人员：王汉敏，常广谦，袁璐璐，侯庆喜，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：
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