本项创新技术介绍了一种全植物基高韧性塑性材料及其制备方法和应用领域。该材料以纸张或天然纤维素生物质为原料,经过独特工艺处理,实现了材料强度与韧性的双重优化。
背景技术
石油基塑料因其优异的加工性能、力学强度和广泛的适用性,在包装、建筑、医疗等领域得到了大量应用。然而,这类塑料源自于不可再生的石化资源,并且由于其化学稳定性,在自然环境中难以降解,对生态系统和人类健康均构成了威胁。随着可持续发展的需求不断增强,可再生、生物降解的新材料成为研究热点,以期降低环境负担满足环境友好新材料的应用需求。
在此背景下,植物基生物质材料,特别是纤维素材料,因其来源广泛、成本低、可再生和生物相容性好,逐渐成为研究热点。然而,纤维素材料的固有特性,例如相对的脆性和较低的塑性,限制了其在高韧性要求领域的应用。如果能够赋予天然纤维素材料塑性,实现类似塑料、金属材料的低成本加工,将极大促进天然植物材料的市场应用。近年来,研究者通过纤维素的溶解与再生、改性与复合等方法,试图提高其塑性、强度等力学性能。目前的研究多集中于获得高强度的纤维素材料,例如CN115785498A公开了一种高强交联再生纤维素膜的制备方法,能在较短时间内,较低酸性环境下对棉纤维进行充分溶解,极大减少了棉纤维在溶解过程中的水解程度,并通过改变再生浴条件,进一步提高再生纤维素膜力学拉伸强力。获得高强度的纤维素薄膜的常用方式是溶解再生,发展了很多纤维素溶解的方法,例如中国专利CN109337097A公开了一种使用离子液体和N-羟烷基己内酰胺溶解纤维素的方法,能极大提高溶解效率且纤维素不易降解,但往往溶剂成本高,经济效益低,不利于批量生产。塑性方面,通过接枝等方式可以使得天然纤维素材料获得热塑性(如醋酸纤维素材料),但这种改性、复合等处理手段改变了纤维素的分子结构,从而极大降低了其生物降解性能。目前的技术和方法对天然纤维素材料的塑性性能的提高有限。如何通过结构设计和工艺优化大幅度提高纤维素材料的塑性,仍是一个亟待解决的难题。
实现思路