一种低共熔溶剂塑化增强的木糖渣多功能性膜塑材料的制备

本发明涉及一种低共熔溶剂塑化增强的木糖渣多功能性膜塑材料的制备，属于材料制备。

背景技术：

1、随着科学技术的进步和人们生态保护意识的提升，越来越多的研究人员把目光转向为生物质原料中提取纤维素制备功能性材料。木糖渣作为提取糠醛、木糖等产品的功能副产物，每年都会有丰富的产量，而且是一种优质的木质纤维资源。为了实现其高值化利用能力，从木糖渣中获取微纳米木质纤维素制备多功能性材料具有很大的市场应用潜力，同时，也为开发纤维素基功能材料提供了更广阔的资源。

2、纳米纤维素膜作为一种高分子材料，具有优异的热稳定、生物相容性和可降解性，因此在生物医学、电子、包装等领域具有广泛的应用前景，深受消费者的青睐。然而，纳米纤维素膜也存在一些性能上的难题，如脆性很大、柔韧性难以满足要求等，这些因素限制了其在某些领域的应用。增塑剂是一种能够增加高分子材料塑性的物质，其作用机理主要是通过降低高分子链间的相互作用，增加链段的流动性，从而提高材料的柔韧性和加工性能。在纳米纤维素膜中加入适量的增塑剂，可以有效地改善其脆性的问题，提高柔韧性和拉伸性能，使其更能适用于各种复杂的应用场景。传统的增塑剂主要通过插入聚合物分子链之间，增大分子链之间的距离，削弱分子间作用力，从而使聚合物变得柔软，以达到改善性能的要求。但是传统的增塑剂的某些成分可能会对人体健康和环境造成一定的危害。

3、为解决上述问题，本研究开发了一种兼具交联剂和塑化剂的绿色可降解低共熔溶剂，该溶剂是由作为氢键供体(hbd)和氢键受体(hba)的两种或两种以上化合物以一定的试剂比例混合，并且在室温下可以稳定存在的液体共熔混合物。本研究以探索多元醇体系组成des用于纳米纤维素膜，使其提高其性能，解决应用方面的瓶颈，从而满足不同领域对材料性能的需求。

4、在本技术中，利用木糖渣经过高压均质制备微纳米木质纤维素为基材，然后取一定量与一定比例的des充分混合，冷冻干燥成型，最终形成热塑微纳米木质纤维膜材料。与传统的增塑剂相比，这种方法制备的材料成本更低，对环境更加友好，并同时具有抗紫外、抗菌等特性。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种多元醇的des用于纳米纤维素成膜增塑制备的方法。通过添加具有增塑效果和酯化效果的des，使得高压均质后的微纳米木质纤维素分子之间结合力更强，最终形成热塑性材料，应用于不同的领域，具有良好的市场应用前景。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明为一种低共熔溶剂增强的木糖渣塑化多功能性膜材料的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤(1)微纳米纤维素的制备：木质纤维素经选择性降解半纤维素获得木糖后的残渣，首先氧化后进行高压均质600-700bar压力下循环10-30次，获得微纳米木质纤维素；

5、步骤(2)des的制备：将一定比例的有机酸、氯化钙或胺类化合物等与多元醇混合，在一定温度下反应一定时间，获得澄清透明的溶液，即为制备的低共熔溶剂；

6、步骤(3)微纳米木质纤维素薄片的制备：将步骤(1)获得的微纳米木质纤维素与步骤(2)获得的des溶剂在一定温度下混合，制备成分散稳定的悬浮液膜悬浮液，并干燥24小时获得结构稳定且多孔的微纳米木质纤维素薄片；

7、步骤(4)热塑膜材料的制备：将步骤(3)中获得微纳米木质纤维素薄片在一定温度下和压力的硫化机上，热压一段时间得到微纳米木质纤维素膜材料；

8、优选的，木质纤维素原料为杨木、桉木、杉木以及农作物秸秆、玉米芯等；

9、优选的，从木质纤维素中选择性脱除木糖的方法为氯盐预处理，高温液态水处理等；

10、优选的，多元醇为：乙二醇、甘油等；有机酸为柠檬酸、苹果酸、水杨酸、乳酸等；胺类化合物包括但不限于尿素、氯化胆碱等；

11、优选的，干燥方式：冷冻干燥、超临界二氧化碳干燥等；

12、本发明公布了以下技术效果：

13、本发明使用des溶剂代替传统增塑剂，利用亚氯酸钠氧化纤维原料木糖渣经过均质制备了具有高分散性并且稳定的微纳米木质纤维素。两者按比例混合反应，经过热压形成的微纳米纤维素膜材料，内部结构紧凑，表面光滑。通过atr可以看到反应产生的酯基，该膜的拉伸强度可达到10mpa，并具有优异的抗紫外、抗菌性能。

技术特征：

1.一种低共熔溶剂塑化增强的木糖渣多功能性膜塑材料的制备，其特征在于包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的木质纤维素包括且不限于：阔叶材、针叶材、农作物秸秆、玉米芯等。

3.如权利要求1所述的金属氯盐包括氯化钠、氯化镁、氯化铁、氯化铵等金属和非金属氯盐。

4.如权利要求1所述的des的制备，氢键供体包括且不限于柠檬酸、苹果酸、水杨酸、乳酸等有机酸，胺类化合物包括但不限于尿素、氯化胆碱等；多元醇包括但不限于乙二醇、甘油等。

5.如权利要求1所述的微纳米木质纤维素与des混合的温度为30-80℃，时间为0.5-2h；干燥方式为冷冻干燥、超临界二氧化碳干燥等不影响纤维形态的方式。

6.如权利要求1所述的热塑成型的制备，温度为120-160℃，时间为30min，压力为6-12t。

技术总结
本发明具体公开了一种低共熔溶剂塑化增强的木糖渣多功能性膜塑材料的制备，具体制备方法为：将木糖渣进行高压均质获得纳米木质纤维素，并利用多元醇类低共熔溶剂进行塑化交联处理，干燥成型后进一步热压塑化成型，使得该膜内部结构更加紧凑，表面更加光滑，最终得到力学性能和光学性能良好的热塑微纳米木质纤维膜材料。与传统的增塑剂相比，多元醇类低共熔溶剂具有成本更低，对环境更加友好的特点，获得的膜材料还同时具有抗紫外、抗菌等特性。本技术不仅为木糖产业废弃物的高值化应用提供新思路，且获得的膜材料在食品包装、光阻隔降温膜材料、农用地膜等领域均具有良好的应用前景。

技术研发人员：霍丹,柴文莉,韦佳欣,史纪元,王丹丹,张子善
受保护的技术使用者：天津科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/26