本發(fā)明涉及生物質(zhì)塑料薄膜，具體地，涉及一種超分子熱塑生物質(zhì)塑料薄膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、塑料材料在推動(dòng)現(xiàn)代工業(yè)與社會(huì)發(fā)展的過(guò)程中扮演了重要角色，但其不可降解性和對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題引發(fā)了全球關(guān)注。傳統(tǒng)塑料的生產(chǎn)和使用對(duì)化石資源依賴(lài)嚴(yán)重，同時(shí)廢棄塑料的堆積對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了巨大壓力。隨著人們對(duì)可持續(xù)發(fā)展需求的增加，開(kāi)發(fā)綠色環(huán)保的生物質(zhì)塑料已成為材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)。然而，許多生物質(zhì)塑料的制備工藝復(fù)雜，且性能表現(xiàn)仍難以與傳統(tǒng)塑料媲美。

2、纖維素是地球上最古老、最豐富的天然高分子，它是植物細(xì)胞壁的主要成分，占植物界碳含量的50％以上。作為人類(lèi)最寶貴的天然可再生資源，纖維素及其衍生物的應(yīng)用研究已有100多年的歷史。纖維素質(zhì)地堅(jiān)韌，具有良好的可塑性、生物相容性，在極寬的溫度范圍內(nèi)也能保持機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性，是生物質(zhì)塑料的良好基材。但是，由于纖維素的水敏感性、難溶以及難熔性，以及分子鏈間的強(qiáng)氫鍵作用導(dǎo)致其制成的薄膜脆而硬，且?；瘻囟雀撸拗屏似湓谀承╊I(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)傳統(tǒng)塑料材料在環(huán)保性和力學(xué)性能方面的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于多元醇木質(zhì)素的超分子熱塑生物質(zhì)塑料薄膜及其制備方法和應(yīng)用，該材料以改性多元醇木質(zhì)素為基礎(chǔ)，通過(guò)與動(dòng)態(tài)交聯(lián)劑在特定條件下熔融均勻混合，并結(jié)合熱引發(fā)劑聚合制備，形成具有均勻超分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的薄膜塑料，展現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能、粘附性能及環(huán)境友好性。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供一種超分子熱塑生物質(zhì)塑料薄膜的制備方法，其包括如下步驟：

3、s1、將木屑與多元醇混合后，依次經(jīng)過(guò)酸處理和堿處理，得到多元醇木質(zhì)素；多元醇用以改善木質(zhì)素的溶解性和反應(yīng)活性；

4、s2、將步驟s1得到的多元醇木質(zhì)素與含有二硫鍵或者巰基的動(dòng)態(tài)交聯(lián)劑熔融混合均勻，冷卻后加入熱引發(fā)劑進(jìn)行聚合，形成均勻的超分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，制得生物質(zhì)凝膠；

5、s3、將步驟s2得到的生物質(zhì)凝膠在乙?；噭┤芤褐薪?rùn)，然后加熱，使得凝膠與乙?；噭┏浞址磻?yīng)，得到超分子熱塑生物質(zhì)塑料薄膜。

6、上述步驟s1中，多元醇木質(zhì)素作為基材的主要原因在于其含有豐富的酚羥基結(jié)構(gòu)，這些羥基能夠與硫辛酸中的二硫鍵或巰基協(xié)同作用，通過(guò)形成氫鍵增強(qiáng)薄膜的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性。此外，多元醇木質(zhì)素的改性過(guò)程引入了多元醇基團(tuán)，顯著提高了其溶解性和反應(yīng)活性，為后續(xù)薄膜的均勻網(wǎng)絡(luò)形成提供了良好的基礎(chǔ)。

7、步驟s2中，動(dòng)態(tài)交聯(lián)劑的引入通過(guò)形成動(dòng)態(tài)二硫鍵或巰基網(wǎng)絡(luò)，賦予薄膜自修復(fù)性能和良好的韌性。將步驟s1中制備的改性多元醇木質(zhì)素與動(dòng)態(tài)交聯(lián)劑熔融混合，確保兩者充分混合。冷卻后加入熱引發(fā)劑，并充分?jǐn)嚢杈鶆蛞约せ罹酆戏磻?yīng)。動(dòng)態(tài)交聯(lián)劑的二硫鍵或巰基不僅在成膜過(guò)程中作為交聯(lián)點(diǎn)提升超分子網(wǎng)絡(luò)的均勻性，還在聚合物的動(dòng)態(tài)環(huán)境中賦予薄膜較強(qiáng)的耐久性和柔韌性（見(jiàn)圖1）。

8、步驟s3中，將步驟s2中制得的生物質(zhì)凝膠薄膜置于乙?；噭┤芤褐薪?rùn)（室溫下浸泡20~40分鐘），以確保乙?；噭┚鶆驖B透至凝膠表面及內(nèi)部。隨后將溶液加熱使羥基與乙酸酐充分反應(yīng)生成乙?；?，從而降低薄膜表面的極性和粘性。

9、本發(fā)明通過(guò)優(yōu)化改性木質(zhì)素和薄膜成型工藝，成功解決了傳統(tǒng)塑料在環(huán)保性、抗疲勞性及力學(xué)性能方面的不足，所制備的薄膜塑料具有優(yōu)異的性能表現(xiàn)。薄膜的拉伸強(qiáng)度高達(dá)20?mpa，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到160%，展現(xiàn)出卓越的韌性和耐久性，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。同時(shí)，薄膜對(duì)橡膠、玻璃、豬皮等多種基材具有良好的粘附性，可廣泛應(yīng)用于功能涂層和復(fù)合材料。含有二硫鍵或者巰基的動(dòng)態(tài)交聯(lián)劑的引入通過(guò)形成可逆的二硫鍵或巰基網(wǎng)絡(luò)，賦予薄膜優(yōu)異的動(dòng)態(tài)自修復(fù)性能和韌性，同時(shí)增強(qiáng)了超分子網(wǎng)絡(luò)的化學(xué)穩(wěn)定性。此外，多元醇木質(zhì)素中的酚羥基不僅提供了交聯(lián)點(diǎn)，顯著提升了薄膜的力學(xué)強(qiáng)度，還通過(guò)與二硫鍵或巰基的協(xié)同作用增強(qiáng)了薄膜的柔韌性和粘附性能，以生物質(zhì)為基礎(chǔ)的綠色制備過(guò)程不使用有毒溶劑，符合綠色化學(xué)原則，材料可完全降解，有效減少環(huán)境負(fù)擔(dān)。通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的生物質(zhì)薄膜塑料制備方法工藝簡(jiǎn)單、可控性強(qiáng)，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，兼具高性能與環(huán)境友好性，可廣泛應(yīng)用于環(huán)保包裝、功能涂層及其他綠色材料領(lǐng)域，為可持續(xù)發(fā)展提供了新的技術(shù)解決方案。

10、具體地，步驟s1中，所述多元醇為聚乙二醇、甘油、糖醇中的一種或幾種；所述木屑與多元醇的質(zhì)量比為1：（4~6）。

11、具體地，步驟s1中，所述酸處理為：加入0.03~0.05?wt%（占整個(gè)體系的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的濃硫酸，在130~150℃下攪拌1~2小時(shí)；和/或

12、所述堿處理為：冷卻至室溫后加入0.01~0.03?wt%（占整個(gè)體系的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的強(qiáng)堿溶液繼續(xù)攪拌1~3小時(shí)。

13、優(yōu)選地，步驟s2中，所述動(dòng)態(tài)交聯(lián)劑為硫辛酸、3-巰基丙酸、季戊四醇四巰基丙酸酯，所述動(dòng)態(tài)交聯(lián)劑與所述多元醇木質(zhì)素的質(zhì)量比為（0.33~1）：1。

14、具體地，步驟s2中，所述多元醇木質(zhì)素與動(dòng)態(tài)交聯(lián)劑在130~150℃下熔融混合1~2小時(shí)，冷卻至100~110℃并保持，然后加入熱引發(fā)劑進(jìn)行聚合。

15、優(yōu)選地，步驟s2中，所述熱引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨、偶氮二異丁腈或過(guò)氧化苯甲酰中，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.04~0.06wt%（占整個(gè)體系的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

16、具體地，步驟s2中，所述聚合條件為：75~85℃下聚合5~6小時(shí)。

17、優(yōu)選地，步驟s3中，所述乙?；噭┯梢宜狒c乙醇按體積比1:（2~3）混合，并加入占乙酸酐和乙醇的混合溶液4~6?wt%的吡啶作為催化劑制得；和/或

18、所述生物質(zhì)凝膠與乙?；噭┑姆磻?yīng)條件為：溫度50~60℃，壓力0.05~0.1?mpa，時(shí)間1~2小時(shí)。

19、本發(fā)明第二方面提供上述的制備方法制得的超分子熱塑生物質(zhì)塑料薄膜。

20、本發(fā)明第三方面提供上述的超分子熱塑生物質(zhì)塑料薄膜在制備包裝材料或者功能涂層中的應(yīng)用。

21、通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了以下有益效果：

22、1、本發(fā)明通基于改性多元醇木質(zhì)素和動(dòng)態(tài)交聯(lián)劑的協(xié)同作用，制備的生物質(zhì)薄膜塑料形成均勻的超分子網(wǎng)絡(luò)，不僅在力學(xué)性能和粘附性能方面表現(xiàn)優(yōu)異，同時(shí)在動(dòng)態(tài)環(huán)境中展現(xiàn)了較強(qiáng)的自修復(fù)能力和抗疲勞性，適用于環(huán)保包裝、功能涂層及其他高性能應(yīng)用領(lǐng)域。

23、2、動(dòng)態(tài)交聯(lián)劑引入的動(dòng)態(tài)二硫鍵或巰基網(wǎng)絡(luò)顯著提升了薄膜的自修復(fù)性能和柔韌性，同時(shí)進(jìn)一步增強(qiáng)了材料對(duì)多種基材的粘附性能，可廣泛應(yīng)用于環(huán)保包裝和功能涂層。

24、3、制備工藝綠色環(huán)保，過(guò)程不使用有毒溶劑，符合可持續(xù)發(fā)展要求，同時(shí)工藝簡(jiǎn)單高效，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，為開(kāi)發(fā)高性能環(huán)境友好型塑料材料提供了全新解決方案。

技術(shù)特征：

1.一種超分子熱塑生物質(zhì)塑料薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述多元醇為聚乙二醇、甘油、糖醇中的一種或幾種；所述木屑與多元醇的質(zhì)量比為1：（4~6）。

3.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述酸處理為：加入0.03~0.05?wt%的濃硫酸，在130~150℃下攪拌1~2小時(shí)；和/或

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述動(dòng)態(tài)交聯(lián)劑為硫辛酸、3-巰基丙酸、季戊四醇四巰基丙酸酯中的一種或幾種，所述動(dòng)態(tài)交聯(lián)劑與所述多元醇木質(zhì)素的質(zhì)量比為（0.33~1）：1。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述多元醇木質(zhì)素與動(dòng)態(tài)交聯(lián)劑在130~150℃下熔融混合1~2小時(shí)，冷卻至100~110℃并保持，然后加入熱引發(fā)劑進(jìn)行聚合。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述熱引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨、偶氮二異丁腈或過(guò)氧化苯甲酰，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.04~0.06wt%。

7.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述聚合條件為：75~85℃下聚合5~6小時(shí)。

8.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s3中，所述乙?；噭┯梢宜狒c乙醇按體積比1:（2~3）混合，并加入占乙酸酐和乙醇的混合溶液4~6?wt%的吡啶作為催化劑制得；和/或

9.權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的制備方法制得的超分子熱塑生物質(zhì)塑料薄膜。

10.權(quán)利要求9所述的超分子熱塑生物質(zhì)塑料薄膜在制備包裝材料或者功能涂層中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種超分子熱塑生物質(zhì)塑料薄膜及其制備方法和應(yīng)用，制備方法包括：S1、將木屑與多元醇混合后，依次經(jīng)過(guò)酸處理和堿處理，得到多元醇木質(zhì)素；S2、將多元醇木質(zhì)素與含有二硫鍵或者巰基的動(dòng)態(tài)交聯(lián)劑熔融混合均勻，冷卻后加入熱引發(fā)劑進(jìn)行聚合，形成均勻的超分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，制得生物質(zhì)凝膠；S3、將生物質(zhì)凝膠在乙?；噭┤芤褐薪?rùn)，然后加熱，使得凝膠與乙?；噭┏浞址磻?yīng)，得到超分子熱塑生物質(zhì)塑料薄膜。本發(fā)明通基于改性多元醇木質(zhì)素和動(dòng)態(tài)交聯(lián)劑的協(xié)同作用，制備的生物質(zhì)薄膜塑料形成均勻的超分子網(wǎng)絡(luò)，不僅在力學(xué)性能和粘附性能方面表現(xiàn)優(yōu)異，同時(shí)在動(dòng)態(tài)環(huán)境中展現(xiàn)了較強(qiáng)的自修復(fù)能力和抗疲勞性，適用于環(huán)保包裝、功能涂層及其他高性能應(yīng)用領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：沈曉萍,葉澤煒,虞皓夢(mèng),孫慶豐
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江農(nóng)林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15