抗紫外老化的木质纤维素及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗紫外老化的木质纤维素及其制备方法，其中制备方法为，先将木粉溶解在离子液体中，然后溶解的木粉与苯甲酰氯进行苯甲酰化反应而成。本发明专利技术方法具有生产过程环保，制得的木质纤维素光稳定性强的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及木质纤维素制造及应用
，具体地说是ー种。
技术介绍
随着石油资源的日益減少、石油价格的连续攀升以及人们对环境问题的广泛关注，木质纤维素资源已成为石化资源的ー个理想替代品。利用可再生生物质资源制备新材料变得越来越有吸引力(Ragauskas等,2006 ;Lucia, 2008)。在过去的几十年中，绿色复合材料由于其优越的机械物理性能及可再生性使其成为ー个研究的热点(Ashori，2008)。由木纤維/木粉与塑料基体(包括聚こ烯、聚丙烯及聚氯こ烯等)共混制备木塑复合材料已有一定的历史，且近年其市场份额不断扩大(LaMantia等，2011)。木塑复合材料的应用领域十分宽广，主要为汽车和建筑行业，如车顶、栅栏、装饰、户外家具、窗户配件、门板等 (Markarian, 2002 ；Pritchard, 2004)。此外，绿色复合材料在航空航天、家电、船舶行业以及ー些重要的电子元器件领域的应用也引起了人们极大的兴趣(Ashori，2008)。尽管木纤维和木粉因其可持续性、可生物降解性、低成本、低密度、无腐蚀性、低能耗等特性优于传统的玻璃纤维而被广泛应用于木塑复合材料的制备，但植物纤维原料在エ业生产中仍存在很大的局限性(Bledzki等，1999 ；Mohanty等,2004)。主要的限制因素是亲水性的木纤维/木粉与疏水性的聚合物基体界面间的不相容性，且制备的产品性能存在一些缺陷，如抗冲击强度低、抗湿性低及在高温下热稳定性差等(Li等，2007 ;Ashori，2008)。这些缺陷很大程度上降低了木塑复合材料的性能并限制了其使用(Eichhorn等，2001)。因此，如何克服这些缺陷，尤其是改善木粉/木纤维和聚合物基体间的界面相容性，势必会提高木塑复合材料的性能。研究表明,通过木材化学改性,聚合物改性以及添加增容剂能改善这一缺陷，(Gardea-Herndindez等,2008)。其中木材通过化学改性因可以改善纤维的表面性能、力学性能以及复合材料的耐腐蚀性能，从而吸引了人们更多的关注。然而，由于木塑复合材料是由聚合物和木纤维等有机物构成，因此对紫外光十分敏感，当暴露于太阳光照下时，会发生一定程度的光降解(Ndiaye等，2008)，从而限制其户外应用。为此，提出通过铬酸化学改性的方法来改变木质素的分子结构以增加木质素的光稳定性。但铬酸具有毒性，不适合大規模エ业生产，且抗紫外老化的效果也不够理想。有人提出在非均相体系中对木质素进行化学改性引入苯甲酰基，但取代度较低，不能得到高取代度的产品，反而降低了其光稳定性。鉴于上述现有的木质纤维素不耐紫外老化的问题，从而限制其应用的缺陷，本专利技术人依靠多年的生产实践及丰富的专业知识积极加以研究和创新，最终专利技术ー种抗紫外老化的木质纤维及其制备方法，从而提高了木质纤维素及其复合材料在户外的应用。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了ー种抗紫外老化的木质纤维素的制备方法，该方法具有生产过程环保，制得的木质纤维素光稳定性强的特点。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术方案抗紫外老化的木质纤维素的制备方法，先将木粉溶解在离子液体中，然后溶解的木粉与苯甲酰氯进行苯甲酰化反应而成。进ー步,所述木粉与离子液体的质量比为I :11 25。优选为1:11. 5-19,进ー步优选为1:19。进ー步，所述木粉在离子液体中溶解的温度为80_130°C。优选为110_130°C。进ー步，所述的离子液体为咪唑基离子液体。进ー步，所述的咪唑基离子液体的阳离子为I-丁基-3-甲基咪唑、I-烯丙基-3-甲基咪唑或I-こ基-3-甲基咪唑，阴离子为氯离子或醋酸根离子。进ー步，所述苯甲酰化反应中加入三こ胺或吡啶作为缚酸剂。进ー步，所述苯甲酰化反应的反应温度为90-110°C，反应时间为O. 5_3h。进ー步，所述苯甲酰氯与木粉中羟基值的摩尔比为I :1 3。优选为I :3。进ー步，所述苯甲酰化反应后，还对苯甲酰化产物进行纯化处理。其中，纯化处理包括将苯甲酰化反应后的产物加入到甲醇和/或水中，沉淀，过滤、干燥，即得抗紫外老化的木质纤维素。特别是，苯甲酰化反应后的产物与甲醇或水的体积之比为I :8_12。尤其是，将苯甲酰化反应后的混合物首先加入到甲醇中，沉淀，接着再加入水，然 后依次进行过滤，干燥，即得酯化改性木质纤维素。其中，加入的甲醇与酯化反应后的混合物的体积之比为8-12:1，优选为10:1 ;カロ入的水与酯化反应后的混合物的体积之比为8-12:1，优选为10:1。特别是，加入的甲醇与水的体积之比为1:1。本专利技术的另一目的为提供ー种抗紫外老化的木质纤维素，该木质纤维素具有光稳定性强的特点。实现该目的的技术方案如下抗紫外老化的木质纤维素，其由上述任一方法制备而成。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于I、本专利技术通过离子液体这一新溶剂体系制备高取代的苯甲酰化木粉。从而增加木质纤维素的热稳定性，使木粉纤维状表面的宏观结构变得更加均匀，并且苯甲酰化后的木粉的疏水性增强。2、利用该离子液体全溶体系制备得到了高取代的苯甲酰化木粉，不仅提高了改性后样品与疏水性高聚物的界面相容性还大幅提高了其抗紫外老化性能，以利于制备户外用复合材料附图说明图IA和图IB分别为对木粉和不同WPG值苯甲酰化木粉的热稳定性进行分析得到的热失重法(TGA)和差热重量分析法(DTG)的曲线图；图2A至图2F分别为苯甲酰化前的原木粉和5个实施例得到的苯甲酰化木质纤维素在紫外加速老化前及老化24小时、72小时、144小时的红外光谱图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进ー步详细描述，但不作为对本专利技术的限定。本专利技术实施例中选用杨木木粉进行苯甲酰化改性，除了杨木木粉之外，其它木粉如松木木粉、杉木木粉、桦木木粉、榆木木粉、橡木木粉、栎木木粉、柏木木粉等均适用于本专利技术。本专利技术中使用的离子液体[C4mim] Cl (I-丁基-3-甲基咪唑氯盐，纯度彡99%)从兰州化学物理研究所购买，苯甲酰氯、三こ胺、甲醇等化学试剂均为试剂纯，购买后直接使用。实施例I将脱蜡后的杨木粉放在ー个含有10个直径为20mm和25个直径为IOmm的氧化锆珠子的氧化锆罐体(500mL)中行星球磨。行星球磨速度为500转/分钟，球磨在氮气氛围下进行，每球磨IOmin后暂停lOmin，累计球磨时间为2h。将O. 3g球磨木粉和6g[C4mim]Cl —起置于ー干燥的50mL三ロ烧瓶中，在氮气保护下在IKA 加热器上130°C油浴加热5h，三ロ瓶中磁子搅拌速度为600转/分钟。使木粉完全溶于[C4mim]Cl离子液体中。当木粉在离子液体中完全溶解后，将溶有木粉的离子液体溶液冷却到80°C左右，然后加入三こ胺(TEA)在600转/分钟的转速下充分搅拌5min，随后加入苯甲酰氯，在90°C条件下进行苯甲酰化反应O. 5小吋。其中三こ胺与苯甲酰氯的摩尔比为I :1，苯甲酰氯与杨木中轻基(OH)的摩尔比为I :1 (设定杨木的轻基值为14. 6mmol/g)。反应结束后，将热的反应溶液转移到50mL的甲醇中沉淀析出苯甲酰化样品，接着加入50mL水，以600转/分钟的速度在室温下搅拌30min。析出样品用70mL50%的甲醇水溶液在同样的条件下洗涤，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.抗紫外老化的木质纤维素的制备方法，其特征在于，先将木粉溶解在离子液体中，然后溶解的木粉与苯甲酰氯进行苯甲酰化反应而成。2.根据权利要求I所述的抗紫外老化的木质纤维素的制备方法，其特征在于，所述木粉与尚子液体的质量比为I :11 25。3.根据权利要求I所述的抗紫外老化的木质纤维素的制备方法，其特征在于，所述木粉在离子液体中溶解的温度为80-130°C。4.根据权利要求I所述的抗紫外老化的木质纤维素的制备方法，其特征在于，所述的离子液体为咪唑基离子液体。5.根据权利要求4所述的抗紫外老化的木质纤维素的制备方法，其特征在干，所述的咪唑基离子液体的阳离子为I-丁基-3-甲基咪唑、I-烯丙基-3-甲基咪唑或I-こ基-3-...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁同琦，许凤，孙润仓，张利鸣，孙少妮，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：