氧化改性木質(zhì)素基聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法與氧化裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種氧化改性木質(zhì)素基聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法，還涉及氧化改性木質(zhì)素的氧化裝置，該復(fù)合材料至少由下述重量份的原料制備得到：氧化改性的木質(zhì)素?10?70重量份、聚乳酸25?89重量份，擴(kuò)鏈劑1?5重量份。具體制備方法：（1）將木質(zhì)素進(jìn)行氧化改性，得到氧化改性的木質(zhì)素；（2）將步驟一得到的氧化改性的木質(zhì)素與其他原料按照上述比例進(jìn)行熔融復(fù)合，制備復(fù)合材料，再熱壓成型，得到氧化改性木質(zhì)素基聚乳酸復(fù)合材料。該復(fù)合材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能，能夠降低聚乳酸的成本，解決現(xiàn)有木質(zhì)素/聚乳酸復(fù)合材料復(fù)合過程中存在的剪切變稀，及對(duì)木質(zhì)素要求高的技術(shù)問題。

The oxidation of lignin modified polylactic acid composite material and a preparation method thereof and oxidation device

The invention relates to an oxidation modified lignin based polylactic acid composite material and a preparation method thereof, relates to the oxidation of lignin oxidation device, the composite material is composed of at least the weight of raw material was prepared by oxide modified lignin 10 70 weight portions, 25 to 89 parts by weight of polylactic acid the chain extender, 1 5 weight. The specific preparation method: (1) lignin modified by oxidation, oxidation of modified lignin; (2) the oxidation step obtained from the modified lignin and other materials in the proportion of the composite melt, preparation of composite materials, and hot forming, oxidation of lignin modified poly lactic acid composite. The composite material has excellent mechanical properties, can reduce the cost of PLA, the lignin / poly lactic acid composite shear exists in the process of thinning, and technical problems of high lignin.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
氧化改性木質(zhì)素基聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法與氧化裝置
本專利技術(shù)屬于高分子材料復(fù)合及其應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種氧化改性木質(zhì)素基聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法，還涉及一種固態(tài)氧化改性木質(zhì)素時(shí)的氧化裝置。
技術(shù)介紹
木質(zhì)素是一種復(fù)雜的苯基高分子化合物，廣泛存在于陸地植物的細(xì)胞中，來源廣泛，儲(chǔ)量豐富，號(hào)稱是自然界中含量僅次于纖維素的可再生的天然高分子材料。由于木質(zhì)素結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)復(fù)雜，缺乏強(qiáng)親水性官能團(tuán)，可反應(yīng)的高活性官能團(tuán)較少、反應(yīng)活性低，相對(duì)分子質(zhì)量分布范圍大，溶解性差等缺點(diǎn)，制約了其應(yīng)用范圍和實(shí)用價(jià)值。木質(zhì)素作為制漿造紙工業(yè)的副產(chǎn)品每年產(chǎn)量越來越多，如何有效利用木質(zhì)素，實(shí)現(xiàn)變廢為寶，一方面能夠減輕環(huán)境污染,有利于進(jìn)一步治理；另一方面開發(fā)利用可再生資源，解決資源的浪費(fèi)問題，具有巨大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。對(duì)木質(zhì)素進(jìn)行化學(xué)改性，改善其自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，引入高活性基團(tuán)，優(yōu)化其性能，可提高其應(yīng)用價(jià)值。氧化改性木質(zhì)素是使其降解并提高其反應(yīng)活性的有效途徑。木質(zhì)素可以與多種氧化劑反應(yīng)，其結(jié)構(gòu)中多個(gè)基團(tuán)可以與氧化劑進(jìn)行適度的氧化降解反應(yīng)，降低木質(zhì)素分子量，打斷空間網(wǎng)狀大分子結(jié)構(gòu)，使分子量均一化，減少甲氧基含量，增加酚羥基、羰基和羧基含量，提高其反應(yīng)活性，并氧化側(cè)鏈，使其成為水溶性良好的親水基團(tuán)。但現(xiàn)有大多數(shù)氧化改性處理均是在液相中，后處理涉及到木質(zhì)素的分離、提純、干燥等過程，不僅提高了木質(zhì)素的成本，而且由于木質(zhì)素的粉末狀態(tài)，使分離提純過程非常繁瑣，難度較大，造成浪費(fèi)、環(huán)境污染等問題，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。聚乳酸（PLA）是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物，原料來源充分而且可以再生。聚乳酸的生產(chǎn)過程無污染，而且產(chǎn)品可以生物降解，實(shí)現(xiàn)在自然界中的循環(huán)，是最理想的綠色高分子材料。在工業(yè)塑料應(yīng)用中，聚乳酸展現(xiàn)出較高的機(jī)械強(qiáng)度，較好的透明性和較容易的加工成型性能。然而其髙昂的價(jià)格，較低的熱變形溫度，較差的韌性和耐熱性及燃燒時(shí)具有熔融物滴落等缺點(diǎn)大大的限制了其廣泛應(yīng)用。現(xiàn)有技術(shù)人員為了降低聚乳酸的成本，擴(kuò)大聚乳酸的應(yīng)用范圍，提高木質(zhì)素的利用率，曾嘗試將生物質(zhì)木質(zhì)素熔融復(fù)合到聚乳酸中，增強(qiáng)其力學(xué)性能，制備完全可降解的生物材料。但由于聚乳酸和木質(zhì)素之間的相容性有限，木質(zhì)素添加到聚乳酸中大幅度地降低了聚乳酸的拉伸強(qiáng)度，只有將木質(zhì)素添加量控制在低于10wt%時(shí)，才可能提高聚乳酸的沖擊韌性；而且，即便采用馬來酸酐接枝聚乳酸或硅烷偶聯(lián)劑對(duì)木質(zhì)素聚乳酸復(fù)合材料進(jìn)行增容改性，但由于多種原因，復(fù)合后的材料力學(xué)性能改善效果并不理想（參見西南交通大學(xué)，研究生學(xué)位論文，“木質(zhì)素聚乳酸復(fù)合材料的制備與性能研究”）。現(xiàn)有專利（CN102093681B）也公開了“一種增韌聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法”，通過將聚乳酸56-76%、木質(zhì)素8-24%及增韌劑5-30%混合后，熔融擠出造粒。但具體實(shí)施方式中只給出選擇纖維素酶解木質(zhì)素。然而，當(dāng)按照現(xiàn)有專利公開的方法，選擇工業(yè)級(jí)木質(zhì)素時(shí)，考慮可能由于木質(zhì)素中存在的某些雜質(zhì)或木質(zhì)素本身的某個(gè)基團(tuán)會(huì)與聚乳酸發(fā)生反應(yīng)，出現(xiàn)聚乳酸的剪切變稀現(xiàn)象，使復(fù)合材料無法加工成型。說明雖然此方法能夠增強(qiáng)復(fù)合材料的韌性，但由于對(duì)原料的選擇性要求高，不適于工業(yè)生產(chǎn)。由此可見，木質(zhì)素/聚乳酸復(fù)合材料在復(fù)合過程中仍然存在大量問題，需要研發(fā)人員進(jìn)一步研究，從而制備出一種力學(xué)性能好，對(duì)原料要求不苛刻的復(fù)合材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種氧化改性木質(zhì)素基聚乳酸復(fù)合材料，使其具有優(yōu)良的力學(xué)性能，從而降低聚乳酸的成本，解決現(xiàn)有木質(zhì)素/聚乳酸復(fù)合材料復(fù)合過程中存在的剪切變稀，及對(duì)木質(zhì)素要求高的技術(shù)問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)所述技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的，該復(fù)合材料至少由下述重量份的原料制備得到：氧化改性的木質(zhì)素10-70重量份、聚乳酸25-89重量份，擴(kuò)鏈劑1-5重量份。為改善木質(zhì)素與聚乳酸之間的界面結(jié)合作用，使其不會(huì)因?yàn)槟举|(zhì)素加入量的增多而影響復(fù)合材料的力學(xué)性能，所述原料還包括偶聯(lián)劑，所述偶聯(lián)劑1-5重量份。為提高復(fù)合材料的氧指數(shù)，使其達(dá)到阻燃的效果，所述原料還包括阻燃劑，所述阻燃劑為10-30重量份。為提高復(fù)合材料的韌性，所述原料里面還可以加入增韌劑等。所述氧化改性的木質(zhì)素沒有特別限制，可以采用現(xiàn)有任何氧化方法氧化的木質(zhì)素；而且對(duì)氧化時(shí)使用的木質(zhì)素也沒有特別要求，可以是工業(yè)級(jí)純度不高的木質(zhì)素、也可以是純度較高的木質(zhì)素；木質(zhì)素本身可以是有機(jī)溶劑木質(zhì)素、堿木質(zhì)素、磺酸鹽木質(zhì)素；為簡化現(xiàn)有液相氧化改性木質(zhì)素中出現(xiàn)的分離、純化繁瑣等問題，所述氧化改性的木質(zhì)素優(yōu)選的是利用臭氧進(jìn)行固態(tài)氧化改性的有機(jī)溶劑木質(zhì)素。所述聚乳酸的類型沒有特殊限制，包括3051D、4032D、PL104、2002D、3001D、SM332、REVODE101、REVODE201、6252D、2003D、6752D、4043D、4060D、7001D、3052D、3251D、7032D、AZ91T、AD92W、GZ95T、FZ91P、TPS2100、TPS2301、TPS2700、TPS2501等牌號(hào)；優(yōu)選的為4032D。所述擴(kuò)鏈劑沒有特殊限制，包括ADR-4300、ADR-4368、ADR-4370、CX-1、SAG-005、SAG-008和ECL160等牌號(hào)，優(yōu)選為ADR-4370。所述偶聯(lián)劑沒有特殊限制，包括馬來酸酐接枝聚丙烯、DL系列鋁酸酯偶聯(lián)劑、二聚磷酸二異辛酯硬脂酸鎂、粉末硅烷偶聯(lián)劑XH-820系列、TC-130、馬來酸酐接枝聚乙烯、馬來酸酐接枝ABS、馬來酸酐接枝EVA、氨丙基三乙氧基硅烷、縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、疏丙基三甲氧基硅烷、乙二胺丙基三乙氧基硅烷、乙二胺丙基甲基二甲氧基硅烷；優(yōu)選為馬來酸酐接枝聚丙烯。所述的對(duì)阻燃劑沒有特殊限制，優(yōu)選包括三聚氰胺、聚磷酸銨、焦磷酸三聚氰胺、氫氧化鎂、氧化鎂、氫氧化鋁、三氯化二銻、三氧化二銻、氧化銻、紅磷、硼酸鋅、羥基錫酸鋅、六溴環(huán)十二烷、十溴二苯乙烷、磷酸三異丙基苯酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲酚酯、八溴醚、四溴苯酐、TCEP、TCPP、CR505、T-101、DMMP、DEEP、DOP、PBDPE、BZ-54、PHT-4或RB-79，更優(yōu)選為聚磷酸銨。本專利技術(shù)的另一目的是提供一種臭氧進(jìn)行固態(tài)氧化改性木質(zhì)素的氧化裝置，該裝置操作簡單，使用方便，氧化過程容易控制，解決了臭氧在液態(tài)時(shí)氧化木質(zhì)素后處理操作繁瑣、產(chǎn)品損失等問題。該裝置包括臭氧發(fā)生器、兩個(gè)連接管、氣體流量計(jì)、反應(yīng)器；其中，連接管的一端與臭氧發(fā)生器連接，另一端與流量計(jì)的氣體輸入端連接；另一個(gè)連接管的一端與流量計(jì)的氣體輸出端連接，另一端與反應(yīng)器底部的接口連接；所述反應(yīng)器底部設(shè)有棉花，或其它透氣而有阻隔作用的物質(zhì)，以防止木質(zhì)素進(jìn)入連接管，阻塞裝置；所述棉花上設(shè)有濾網(wǎng)，反應(yīng)器頂端安裝有充氣接頭，所述充氣接頭內(nèi)部設(shè)有棉花，或其它透氣而有阻隔作用的物質(zhì)，以防止木質(zhì)素被氣流沖走；反應(yīng)器內(nèi)部用于存放木質(zhì)素，還可以在反應(yīng)器內(nèi)部加入機(jī)械攪拌裝置，以利于對(duì)木質(zhì)素進(jìn)行均勻改性。本專利技術(shù)的再一目的是提供一種氧化改性木質(zhì)素基聚乳酸復(fù)合材料的制備方法，該方法包括以下步驟：步驟一：將木質(zhì)素進(jìn)行氧化改性，得到氧化改性的木質(zhì)素；步驟二：將步驟一得到的氧化改性的木質(zhì)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種氧化改性木質(zhì)素基聚乳酸復(fù)合材料，其特征在于：該復(fù)合材料至少由下述重量份的原料制備得到：氧化改性的木質(zhì)素?10?70重量份、聚乳酸25?89重量份，擴(kuò)鏈劑1?5重量份。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種氧化改性木質(zhì)素基聚乳酸復(fù)合材料，其特征在于：該復(fù)合材料至少由下述重量份的原料制備得到：氧化改性的木質(zhì)素10-70重量份、聚乳酸25-89重量份，擴(kuò)鏈劑1-5重量份。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化改性木質(zhì)素基聚乳酸復(fù)合材料，其特征在于：所述原料還包括偶聯(lián)劑，所述偶聯(lián)劑1-5重量份。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化改性木質(zhì)素基聚乳酸復(fù)合材料，其特征在于：所述原料還包括阻燃劑，所述阻燃劑為10-30重量份。4.一種臭氧進(jìn)行固態(tài)氧化改性木質(zhì)素的氧化裝置，其特征在于：該裝置包括臭氧發(fā)生器、兩個(gè)連接管、氣體流量計(jì)、反應(yīng)器；其中，連接管的一端與臭氧發(fā)生器連接，另一端與氣體流量計(jì)的氣體輸入端連接；另一個(gè)連接管的一端與氣體流量計(jì)的氣體輸出端連接，另一端與反應(yīng)器底部的接口連接；所述反應(yīng)器底部設(shè)有棉花，或其它透氣而有阻隔作用的物質(zhì)，以防止木質(zhì)素進(jìn)入連接管，阻塞裝置；所述棉花上設(shè)有濾網(wǎng)，反應(yīng)器頂端安裝有充氣接頭，所述充氣接頭內(nèi)部設(shè)有棉花，或其它透氣而有阻隔作用的物質(zhì)，以防止木質(zhì)素被氣流沖走；反應(yīng)器內(nèi)部用于存放木質(zhì)素。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種臭氧進(jìn)行固態(tài)氧化改性木質(zhì)素的氧化裝置，其特征在于：所述反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)有機(jī)械攪拌裝置，以利于對(duì)木質(zhì)素進(jìn)行均勻改性。6.一種氧化改性木質(zhì)素基聚乳酸復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：步驟一：將木質(zhì)素進(jìn)行氧化改性，得到氧化改性的木質(zhì)素；步驟二：將步驟一得到的氧化改性的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：呼微，閆茹，楊大雷，胡求學(xué)，趙麒，張明耀，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：長春工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：吉林,22