CN100556955C - 一种木素热塑改性方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种木素热塑改性方法，属含木质素材料的组合物技术领域。包含以下过程：按重量百分数称取木素80～90%、接枝改性物1～10%、引发剂0.1～1%、增塑剂2～10%、抗氧剂0.1～2%。将上述各组分机械混合后，在热塑机或混炼机中于100～200℃、10～80rpm条件下进行熔融共混3～10分钟，热塑改性，使其分子量增加，分子形状转化为线形高聚物，然后在110～210℃、0.1～1MPa下热压得到改性木素片材、或制成条状、或用造粒机制成颗粒状。该木素热塑改性工艺简单、成本低廉、无污染，产品具有良好的力学性能、抗溶胀性能、热塑性能，完全降解且环境友好，是一种具有很大发展潜力的新型绿色多功能材料。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种木素热塑改性方法，属于含木质素材料的组合物。
(二)背景技术
地球上天然植物材料-木素的数量仅次于纤维素，估计每年全世界由植物生长可产生1500亿吨木素。人类利用纤维素已有几千年的历史，而木素真正开始研究是1930年以后的事，而且至今没有很好的利用，大自然提供给人类的大宗资源，每年白白浪费掉了。木质纤维素物质三大组分中，只有木素没有获得有效利用，而且成为相关工业应用中的障碍物和环境污染物，因此木素资源的利用无论从自然界碳素循环还是人类社会可持续发展角度看意义都非常重大。
木素是苯丙烷单体的无定形高聚物，且在苯环3、5位有甲氧基，因此化学性质极不活泼。分子量分布十分广泛，造成在木素利用过程中，分子量的控制十分困难，产物性质很不稳定。木素溶液的主要特征是低粘度。木素的特性粘度仅为高聚糖的1/40，为合成线型高聚物的1/4。木素分子的形状处于Einstein球和紧密卷曲体之间。木素结构单元中芳环的化学反应和木素苯丙烷单元侧链上发生的主要化学反应都与木素改性有关。如何筛选改性方法和条件，使其相对分子质量增大，分子形状转化为线形高聚物，是木素开发利用的关键问题之一。
(三)发明内容
1、发明目的本发明的目的是提供一种改变木素性质的方法，为木素的大规模有效利用服务。
2、技术方案本发明的技术方案是：将木素、接枝改性物、引发剂、增塑剂、抗氧剂等按重量份配比称量并机械混合；再将上述配料置入热塑机或混炼机中熔融共混，热塑改性，使其分子量增加，分子形状转化为线形高聚物，然后热压得到改性木素片材、或制成条状、或造粒成颗粒状产品。
各组分的重量百分含量如下：木素80～90％，接枝改性物1～10％，引发剂0.1～1％，增塑剂2～10％，抗氧剂0.1～2％。
木素原料可来自有机溶剂制浆、碱法制浆、亚硫酸盐法制浆、亚氨法制浆、机械法制浆、生物法制浆等过程。以有机溶剂制浆、机械法制浆得到的木素为最佳。分子量＞1000以上，纯度＞60％以上。
接枝改性物是长链不饱和羧酸及其酯类中的一种或一种以上，如十一烯基丁二酸酐、十二烯基丁二酸酯、十八烯酸、聚乳酸等和其它三官能或多脂族或脂环族多羧酸，或这些化合物的酸酐等。主要用于提高改性木素的拉伸强度、断裂伸长率等力学特性。可将其中的一种或几种配比使用。
引发剂是有机过氧化物，如过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过氧化二异丙苯和其它过氧化物；和偶氮双异丁腈和其它偶氮化合物。用于引发木素产生活化基团，以利于木素接枝共聚。可将其中的一种或几种配比使用。
增塑剂为多元醇、多元醇酯类中的一种或一种以上。如聚乙二醇、己二酸二丁酯、己二酸二(2-乙基己基)酯(DOA)、邻苯二甲酸二丁酯等；用于调节木素热溶胶在热塑改性时的流变特性。可将其中的一种或几种配比使用。
抗氧剂是受阻酚类或受阻胺类中的一种或一种以上，如防老剂甲、防老剂AP、二叔丁基苯酚、抗氧剂246等，防止热塑改性加工中木素的氧化。
将上述各组分机械混合后，在热塑机或混炼机中于100～200℃、10～80rpm条件下进行熔融共混3～10分钟，热塑改性，使其分子量增加，分子形状转化为线形高聚物，然后在110～210℃、0.1～1MPa下热压得到改性木素片材、或制成条状、或用造粒机制成颗粒状。
3、有益效果通过热塑将木素改性，使其相对分子质量增大，分子形状由Einstein球和紧密卷曲体转化为线形高聚物，使其有利于接枝共聚，增强成膜、网络状成形性和控释特性。将木素所具有的一系列优良属性，如生物降解、接枝共聚、玻璃化成膜、吸附缓释、土壤改良等，在热塑改性中得以再现和叠加。热塑改性后的木素产品用于完全降解的生态环境材料，可以热塑成型、成膜，具有能够满足使用要求的机械强度；具有缓释、包囊、载体材料的控释功能，在自然环境(光、热、微生物等)条件下能够完全降解，其降解诱导期应能够控制。逐步降解后的木素共聚合控释材料可转变成腐植酸肥料，并能改善土壤团粒结构。在塑料、包装、医学、制药、化肥、农药、农膜、环境治理等方面具有广阔的应用前景。
(四)具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1 按木素80％、十一烯基丁二酸酐10％、过氧化苯甲酰1％、邻苯二甲酸二丁酯8％、防老剂AP 1％配料并机械混合；然后在热塑机或混炼机中于120℃、30rpm条件下进行熔融共混10分钟，热塑改性，然后在130℃、1MPa下热压得到改性木素片材。
实施例二：按木素85％、十八烯酸8％、过氧化月桂酰1％、己二酸二丁酯5％、防老剂甲1％配料并机械混合；然后在热塑机或混炼机中于150℃、40rpm条件下进行熔融共混8分钟，热塑改性，然后在160℃、1MPa下挤压制成条状材料。
实施例三：按木素90％、十二烯基丁二酸酯5％、过氧化二异丙苯1％、己二酸二(2-乙基己基)酯3％、二叔丁基苯酚1％配料并机械混合；然后在热塑机或混炼机中于180℃、50rpm条件下进行熔融共混10分钟，热塑改性，然后在200℃、1MPa下用造粒机制成颗粒状。
Claims (1)
1、一种木素热塑改性方法，其特征在于，按重量百分数称取木素80～90％、接枝改性物1～10％、引发剂0.1～1％、增塑剂2～10％、抗氧剂0.1～2％；将上述各组分机械混合后，在热塑机或混炼机中于100～200℃、10～80rpm条件下进行熔融共混3～10分钟，热塑改性，使其分子量增加，分子形状转化为线形高聚物，然后在110～210℃、0.1～1MPa下热压得到改性木素片材、或制成条状、或用造粒机制成颗粒状；所述的木素原料来自有机溶剂制浆、碱法制浆、亚硫酸盐法制浆、亚氨法制浆、机械法制浆、生物法制浆过程；分子量＞1000，纯度＞60％；所述的接枝改性物是长链不饱和羧酸十一烯基丁二酸酐、十八烯酸及其酯类中的一种以上；所述的引发剂是有机过氧化物；所述的增塑剂为多元醇、多元醇酯类中的一种以上；所述的抗氧剂是受阻酚类或受阻胺类中的一种以上。
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