專利名稱：一種植物纖維紙張制備可生物降解的新材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及一種制備生物可降解材料及其制備方法，尤其是一植物纖維紙張制備可完全生物降解的高分子材料的工藝方法。
背景技術(shù)：
由于化工工業(yè)的發(fā)展，高分子材料制品的廣泛使用，給人們的生活帶來(lái)極大方便。許多包裝材料，以其優(yōu)良的性能得到了廣泛的應(yīng)用，另一方面，由其引起的污染又給人類的生產(chǎn)和生活環(huán)境帶來(lái)了極大的危害，其不可降解性也使其成污染的罪魁禍?zhǔn)?隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和對(duì)環(huán)境重視性的提高，很多高分子材料應(yīng)用將受到極大限制。生物降解塑料作為一種可自然降解材料，必須是能被微生物完全消化，并只產(chǎn)生自然副產(chǎn)物(C02、甲烷、水)等，因此它被稱為清潔材料，可生物降解塑料的開發(fā)和使用已越來(lái)越受到人們的重 視。所以要從根本上解決高分子制品的污染，積極開發(fā)可降解性材料是一條很好的出路纖維素以其豐富的來(lái)源和優(yōu)良的生物降解性成為目前合成可生物降解塑料的重要原材料。主要是由于它具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)(I)纖維素大分子鏈上有許多羥基，具有較強(qiáng)的反應(yīng)性能和相互作用性能。因此，這類材料加工工藝比較簡(jiǎn)單，成本低，加工過(guò)程無(wú)污染(2)能夠被微生物完全降解；(3)纖維素材料本身無(wú)毒，可得到廣泛應(yīng)用；(4)生物相容性好。由于纖維素分子問(wèn)有強(qiáng)氫鍵、取向度、結(jié)晶度高，且不溶于一般溶劑，高溫下分解而不融，因此不能直接用來(lái)制作生物降解材料，必須對(duì)其改性。纖維素改性的方法主要有酯化、醚化，以及氧化成醛、酮、酸等。纖維素基生物降解材料應(yīng)用范圍非常廣，包括趣味性園藝品，農(nóng)、林、水產(chǎn)用品，醫(yī)藥用品，包裝材料及光電子化學(xué)品等；特別是在醫(yī)學(xué)、光電子化學(xué)、精細(xì)化工等高新技術(shù)領(lǐng)域能得到更好的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本研究通過(guò)溶膠一凝膠方法，使植物纖維紙張?jiān)诶w維素溶解體系中反應(yīng)，將紙張中的植物纖維處理至潤(rùn)脹 溶解狀態(tài)之間，然后取出樣品繼續(xù)緩慢反應(yīng)后，經(jīng)凝固溶液中增塑并且凝固成型，最后干燥制得可完全生物降解材料，新材料具備強(qiáng)度高、韌性好、耐高溫、無(wú)毒無(wú)味、可完全生物降解的優(yōu)越性能。此工藝方法不僅工藝流程短、易于控制、成本低,制備出材料在一年之內(nèi)能夠完全被生物降解，不給環(huán)境造成污染，改善土壤；同時(shí)使纖維素天然資源多功能化，提高其附加價(jià)值，給社會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。一種植物纖維紙張制備可完全生物降解的材料及其制備方法，其特征在于，可完全生物降解材料的制備工藝方法如下I)將植物纖維紙張至于60°C -100°C的鹵化鋅水溶液，濃度為55% _80%，反應(yīng)O-IOmin,使纖維素潤(rùn)張且接近溶解狀態(tài)；2)將I)中反應(yīng)后的植物纖維紙張取出繼續(xù)緩慢反應(yīng)；
3)然后經(jīng)0-50%的增塑劑水溶液中增塑與凝固成型。4)將凝固成型的材料在90 0C的烘箱中烘6h。所述的纖維素溶解體系為鹵化鋅水溶液中的一種或幾種；所述的纖維素溶解體系的溫度60°C _100°C，體系的濃度55% -80% ；所述的增塑劑為含至少一個(gè)羥 基官能團(tuán)的有機(jī)物或聚合物，油脂類有機(jī)物或聚合物及其乳液的一種或幾種；所述增塑劑濃度0 % -50 %。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)闡述，實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例I.將由植物纖維抄造的紙張(80g/m2)置于65%氯化鋅水溶液反應(yīng)，溶劑溫度70°C，浸潰時(shí)間5s ;取出放置緩慢反應(yīng)IOmin ;將材料半成品置于20°C的甘油水溶液中凝固增塑，甘油溶液體積分?jǐn)?shù)10%，凝固增塑時(shí)間為30min ;最后在90°C的烘箱中烘6h即可制備出可生物降解材料。新材料物理性能定量130kg/m2、厚度0. 55mm、濕態(tài)抗張強(qiáng)度I. 17MPa、抗張強(qiáng)度9. 39MPa、耐破強(qiáng)度455MPa、斷裂伸長(zhǎng)率181%。實(shí)施例2.將由植物纖維抄造的紙張(80g/m2)置于65%氯化鋅水溶溶膠，溶劑溫度70°C，浸潰時(shí)間5s ;取出放置緩慢反應(yīng)IOmin ;將材料半成品置于20°C的水溶液中凝固增塑，凝固增塑時(shí)間為30min ;最后在90°C的烘箱中烘6h即可制備出韌性較好的可生物降解材料。新材料物理性能定量130kg/m2、厚度0. 51mm、濕態(tài)抗張強(qiáng)度0. 94MPa、抗張強(qiáng)度9. 53MPa、材料脆性較明顯。實(shí)施例3.將由植物纖維抄造的紙張(80g/m2)置于55%氯化鋅水溶液溶劑中，溶劑溫度100°c，浸潰時(shí)間Is ;取出放置緩慢反應(yīng)IOmin ;最后將材料半成品置于20°C的甘油水溶液中凝固增塑，甘油溶液體積分?jǐn)?shù)10%，凝固增塑時(shí)間為30min ;最后在90°C的烘箱中烘6h即可制備出韌性較好的可生物降解材料。新材料物理性能定量130kg/m2、厚度0. 58mm、濕態(tài)抗張強(qiáng)度I. 02MPa、抗張強(qiáng)度9. 09MPa、耐破強(qiáng)度432MPa、斷裂伸長(zhǎng)率140%。實(shí)施例4.將由植物纖維抄造的紙張(80g/m2)置于80%氯化鋅水溶液，溶劑溫度60°C，浸潰時(shí)間IOmin ;取出放置緩慢反應(yīng)IOmin ;最后將材料半成品置于20°C的甘油水溶液中凝固增塑，甘油溶液體積分?jǐn)?shù)50%，凝固增塑時(shí)間為30min ;最后在90°C的烘箱中烘6h即可制備出韌性較好的可生物降解材料。新材料物理性能定量130kg/m2、厚度0. 55mm、濕態(tài)抗張強(qiáng)度0. 75MPa、抗張強(qiáng)度4. 45MPa、耐破強(qiáng)度260MPa、斷裂伸長(zhǎng)率73%。實(shí)施例5.將由植物纖維抄造的紙張(80g/m2)置于65%氯化鋅水溶液，溶劑溫度70°C，浸潰時(shí)間5s ;取出放置緩慢反應(yīng)IOmin ;最后將材料半成品置于20°C的氨基硅油乳液中凝固增塑，氨基硅油乳液質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%，凝固增塑時(shí)間為Ih ;最后在90°C的烘箱中烘6h即可制備出韌性較好的可生物降解材料。新材料物理性能定量130kg/m2、厚度0. 5 3mm、濕態(tài)抗張強(qiáng)度I. IOMPa抗張強(qiáng)度9. 25MPa、耐破強(qiáng)度410MPa、斷裂伸長(zhǎng)率72%。
權(quán)利要求
1.一種植物纖維紙張制備可完全生物降解的材料及其制備方法，其特征在于，可完全生物降解材料的制備工藝方法如下 1)將植物纖維紙張至于60°C -100 °C的鹵化鋅水溶液，濃度為55% -80%,反應(yīng)O-IOmin,使纖維素潤(rùn)張且接近溶解狀態(tài)； 2)將I)中反應(yīng)后的植物纖維紙張取出繼續(xù)緩慢反應(yīng)； 3)然后經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0-50%的增塑劑水溶液中增塑與凝固成型； 4)將凝固成型的材料經(jīng)90°C烘箱烘6h。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種植物纖維紙張制備可完全生物降解的材料工藝方法，其特征在于所述的纖維素溶解體系為鹵化鋅水溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種植物纖維紙張制備可完全生物降解的材料工藝方法，其特征在于鹵化鋅水溶液溫度60°C _100°C，體系的濃度55% -80%。
4.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種植物纖維紙張制備可完全生物降解的材料工藝方法，其特征在于植物纖維紙張?jiān)邴u化鋅水溶液中反應(yīng)到纖維素潤(rùn)張 溶解狀態(tài)，反應(yīng)時(shí)間O-IOmin0
5.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種植物纖維紙張制備可完全生物降解的材料工藝方法，其特征在于所述的增塑劑為含至少一個(gè)羥基官能團(tuán)的有機(jī)物或聚合物、油脂類有機(jī)物或聚合物及其乳液。
全文摘要
本發(fā)明是一種以植物纖維紙張制備可完全生物降解新材料及其制備方法。運(yùn)用濃度55％-80％的鹵化鋅水溶液在60℃-100℃條件下處理植物纖維紙張至纖維素潤(rùn)脹～溶解狀態(tài)之間，然后取出樣品繼續(xù)緩慢反應(yīng)后，經(jīng)凝固溶液中增塑并且凝固成型，最后干燥制得可完全生物降解材料，本材料具備高強(qiáng)度、高伸長(zhǎng)率、高韌性、無(wú)毒無(wú)味、可完全生物降解的優(yōu)良性能。同時(shí)該工藝流程短、易于控制、成本低，污染小；并且使植物纖維多功能化，高效循環(huán)利用資源。
文檔編號(hào)D21C5/02GK102787520SQ20121021440
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月27日
發(fā)明者吳偉兵, 周小凡, 韓杰, 馬金霞 申請(qǐng)人:南京林業(yè)大學(xué)