弹性体生物材料及其制造的制作方法

本发明涉及生物基塑料领域，并且特别地涉及交联弹性体材料及其制造。

背景技术：

1、随着我们摆脱对化石资源的依赖，并转向循环生物经济，对可持续生产的生物基材料的需求不断增加。然而，由于传统生物基材料如天然橡胶的生产不足以满足对此类材料的需求，因此需要替代的原料用于开发生物材料。

2、白桦(betula pendula，白桦树)是北欧最重要的硬木树种之一，

3、主要是由于其在纸浆和造纸工业中的广泛应用。处理前必须将桦树皮从木材去除，并因此它是该工业的丰富的残留物。事实上，一家造纸厂每年可以生产约28,000吨桦树皮。迄今为止，桦树皮一直被认为是低价值残留物，主要用于纸浆和造纸工业的能源产生。然而，桦树皮含有大量各种有价值的化合物，诸如白桦脂醇/白桦脂酸和木栓质，使桦树皮成为用于开发可持续聚合物的理想候选者。特别是，木栓质是开发生物基材料的重要原料，因为其高含量的脂肪族化合物可以赋予所生产的聚合物重要的物理和生物活性属性。

4、在植物中，木栓质包含长链脂肪酸、芳族化合物和甘油的网状结构。值得注意的是，除了丰富的羧酸基团外，木栓质中的长链脂肪酸通常具有另外的官能团，这使它们成为开发新型聚合物的有吸引力的构建单元。

5、已经存在用于生产基于木栓质单体的聚合物的方法。然而，现有方法存在许多缺点。其一，它们不能提供交联的木栓质基聚合物。de oliveira,hugo,et al.,“all naturalcork composites with suberin-based polyester and lignocellulosic residue”,inindustrial crops and products,109(2017):843–849，实际上仅公开了这种非交联弹性体材料。此外，所需的加工步骤和所需的添加剂通常增加了生产成本。因此，需要改进的基于木栓质单体的弹性体材料，以及改进的聚合木栓质单体的方法。

技术实现思路

1、根据本发明，提供了一种可使用生物炼制方法获得的弹性体材料，该方法基于温和条件，诸如低于100℃的反应温度，以及使用稀释的酸/碱，和无毒、可生物降解溶剂以从桦树皮中分离有价值的组分。该工艺产生三种级分：富含白桦脂醇的级分、富含木质素-碳水化合物的级分和木栓质单体级分(见图1)。

2、本发明的弹性体材料可使用聚合木栓质单体的方法获得，该方法包括以下连续步骤

3、a)提供粉状桦树皮；

4、b)去除提取物以获得包含木栓质的级分；

5、c)碱水解所述包含木栓质的级分，由此木栓质被分解成木栓质单体；

6、d)酸化包含木栓质单体的级分，由此所述木栓质单体被质子化；

7、e)提取所述木栓质单体，由此将质子化的木栓质单体与亲水性化合物分离；

8、f)使所述木栓质单体熔融；和

9、g)使熔融的单体聚合，

10、其中在所述聚合过程中不存在添加的催化剂，并且其中获得的弹性体材料是交联的。

11、可通过该方法获得的弹性体的好处在于它不是源自化石燃料，并且与天然橡胶相反，根据本发明使用的原料不与农业资源竞争，也不使用来自热带雨林的资源。

12、先前，酶如脂肪酶novozyme 435已用于在甲苯中聚合环氧化木栓质单体。由于此类酶可以特异性催化末端羟基基团与羧酸基团的反应，因此该工艺将导致形成具有完整环氧基团的线性聚合物链。然而，这种方法需要将酶和聚合物分离，因此使工艺更加复杂，并且通过这种工艺获得的材料相当脆。相反，根据本发明的方法，仅使用良性溶剂并且不需要另外的催化剂，因此使得该方法是环境友好的。此外，虽然酶促聚合导致形成线性聚合物，但根据本发明使用的聚合条件允许在所有可用的羟基和羧基基团之间形成酯键。因此，本发明的弹性体材料由木栓质单体的网状结构组成。基于木栓质的弹性体的表征表明了一种在酸性和碱性条件下稳定并且不溶于普通有机溶剂的疏水材料。

13、现将参考附图描述本发明，然而无论如何不应将其视为以任何方式限制保护范围。本领域技术人员意识到可以进行修改，这将在保护范围内。

技术特征：

1.可通过聚合木栓质单体的方法获得的弹性体材料，所述方法包括以下连续步骤

2.根据权利要求1所述的弹性体材料，其中，在步骤b)中，在乙醇提取，随后蒸发乙醇之后获得所述包含木栓质的级分。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的弹性体材料，其中，在步骤c)中，所述碱水解在60-90℃的温度下进行1-5小时的时间。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的弹性体材料，其中，在步骤c)中，在所述碱水解之后的前面步骤中，将包含木栓质单体的溶液过滤以去除未水解的组分。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的弹性体材料，其中，在步骤d)中，将所述级分酸化至2-5范围内的ph。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的弹性体材料，其中，在步骤e)中，提取用选自由二氯甲烷、氯仿、二乙醚、甲基叔丁基醚、辛醇、壬醇、癸醇、甲苯组成的组的溶剂进行，优选地用甲基叔丁基醚进行，随后蒸发。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的弹性体材料，其中，在步骤e)中，将所述木栓质单体干燥。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的弹性体材料，其中，在步骤f)中，温度在70-90℃的范围内。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的弹性体材料，其中，所述聚合是热诱导的和/或通过缩聚进行。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的弹性体材料，其特征在于，所述木栓质单体具有的碳链长度在10至30，优选16至24的范围内。

11.根据权利要求1-9中任一项所述的弹性体材料，其特征在于，它具有0.9-10mpa的拉伸强度。

12.根据权利要求1-9中任一项所述的弹性体材料，其特征在于，它的损耗因子在-20℃至20℃的温度范围内具有最大值。

13.根据权利要求1-9中任一项所述的弹性体材料，其特征在于，在使用差示扫描量热法的熔融实验中，它没有显示出熔融峰。

14.根据权利要求1-9中任一项所述的弹性体材料，其特征在于，它在高于250℃的温度下显示出dtg峰。

技术总结
本发明涉及弹性体材料及其制造方法，包括以下连续步骤：a)提供粉状桦树皮；b)去除提取物以获得包含木栓质的级分；c)碱水解包含木栓质的级分，由此木栓质被分解成木栓质单体；d)酸化包含木栓质单体的级分，由此木栓质单体被质子化；e)提取木栓质单体，由此将质子化的木栓质单体与亲水性化合物分离；f)使木栓质单体熔融；和g)使熔融的单体聚合，其中在聚合过程中不存在添加的催化剂，并且其中获得交联的弹性体。

技术研发人员：托马斯·鲍姆加腾,劳伦·萨拉·麦基
受保护的技术使用者：瑞赛洛公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14