有机溶剂提纯木质素的方法及木质素基可降解塑料的制备方法

本发明涉及树脂材料，特别涉及一种木质素提纯的方法及木质素基可降解塑料的制备方法。

背景技术：

1、木质素是自然界中丰富的可再生芳香族化合物，是一种典型的非均相生物聚合物，被广泛认为是石油基产品的潜在生物聚合物替代品。每年在传统的造纸厂或者燃料乙醇厂的生产过程中会有大量的工业木质素作为废弃物产出。木质素具有成本低、结构丰富等优点，是一种很有前途的复合材料原料。但由于木质素结构不均、溶解性差等原因，木质素在复合材料中的含量一直有待提高。根据不同的制浆工艺，工业木质素可分为木质素磺酸盐、硫酸盐木质素、碱木质素、有机溶剂木质素、酶解木质素等。

2、目前，工业木质素的提纯方法分为溶剂法、酶水解法、膜过滤法等。有机溶剂法作为一种提高木质素均匀性和降低木质素分子量的有效分离方法已被广泛报道。在木质素提取过程中，通常采用丙酮作为分馏溶剂对木质素进行提纯，在这个过程中去除木质素中的多糖，进一步提高木质素的纯度。但是，仅仅采用丙酮作为分馏溶剂制得的提纯木质素纯度仍需提高，溶解性低。膜分离法利用木质素分子量不同来进行分离，广泛应用于生物、食品、医学等领域。膜分离技术容易出现膜污染问题。随着操作时间的延长，膜表面会积聚各种物质，如颗粒物、溶解物、生物物质等，从而导致膜的通透性下降，降低了膜的分离效率和寿命。膜分离技术的另一个缺点是成本较高。膜材料的制备和加工工艺都相对复杂，需要高昂的设备投资和技术支持。此外，膜分离过程中需要大量的膜元件，这也增加了成本。

技术实现思路

1、本发明目的在于，提供一种提纯木质素和制备可降解薄膜的方法。本发明通过有机溶剂方法对工业木质素进行分离和纯化，并利用分馏木质素与聚乙烯醇(pva)之间的氢键制备木质素基复合膜。有机溶剂分离方法成功地降低了木质素的异质性，降低了玻璃化转变温度，有利于提高木质素的界面相容性。同时，木质素与pva之间的非共价相互作用改善了复合膜的力学性能。复合膜的力学性能表明，添加量为40wt％的sl仍能保持较高的拉伸性能(34mpa,610％)。在这种情况下，木质素基生物塑料具有高拉伸强度、优异的疏水性、耐紫外线、耐老化和在土壤中的可生物降解性。这种环保和高效的制造工艺，加上产品的成本效益，为从丰富的生物质中生产稳定、坚固和可生物降解的生物塑料提供了新的可能性。该产品的木质素含量使其能够充分利用木质素，解决了木质素在复合材料中含量低的问题，并极大地降低塑料薄膜的制作成本，同时制成的复合材料可在自然条件下生物降解，克服了土壤的物理和化学性质受到传统农业地膜长期积累的影响的问题，避免了塑料薄膜对环境造成的白色污染。

2、为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：

3、一种有机溶剂分离木质素的方法，通过分级分离木质素，包括以下步骤：

4、将工业木质素加入到丙酮中，通过过滤去除不溶性木质素得到溶于丙酮的木质素溶液，旋蒸去除大部分丙酮溶剂，得到粘稠的溶液，将溶液加入到酸性水溶液中，静置12-24h后待木质素析出，过滤出提纯的木质素，冷冻干燥后得到的沉淀物为纯化木质素。

5、所述木质素与丙酮的质量体积比为10g:100-200ml；所述木质素与酸性水溶液的质量体积比为10g:200-300ml。

6、所述酸性水溶液为盐酸或冰乙酸的水溶液，所述酸性水溶液的浓度为5-7m。

7、所述酸性水溶液的ph值为2-6，例如6、4或2。

8、所述工业木质素的原料为禾本科木质素、预水解木质素、碱木质素和酶解木质素。

9、本发明还提供一种使用上述方法制备得到的纯化木质素在制备木质素基可降解塑料中应用。

10、本发明又提供一种木质素基可降解塑料(复合薄膜)的制备方法，包括以下步骤：

11、(1)溶液的制备：将聚乙烯醇和纯化木质素溶解于二甲基亚砜溶剂中，得到木质素和聚乙烯醇的溶液。

12、(2)制膜：在培养皿中加入木质素和聚乙烯醇溶液，在烘箱中烘干，制得无缺陷平滑的薄膜，即为木质素基可降解农用地膜。

13、所述纯化木质素占纯化木质素和聚乙烯醇的总质量的10％-70％，优选为10-40％。

14、所述纯化木质素与聚乙烯醇粉末的质量总和与溶剂的比为1:10-12。

15、步骤(1)溶液的制备具体为：在烧瓶中加入聚乙烯醇，以二甲基亚砜为溶剂，充分搅拌后加入纯化木质素，搅拌均匀后得到木质素和聚乙烯醇的溶液。

16、所述搅拌条件为：采用磁力搅拌，搅拌的温度为70-90℃，搅拌速度为200-400rpm/min，充分搅拌的时间为3-5小时，搅拌均匀的时间为6-8小时。

17、在所述烘箱中烘干除去溶剂分为两个阶段，第一阶段温度为35-45℃，时间为10-20小时；第二阶段的干燥温度为55-65℃，干燥的时间为20-40小时。

18、所述薄膜中纯化木质素的含量为10-70％，优选为10-40％。

19、所述薄膜的厚度为1-3mm。

20、本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

21、本发明克服复合材料中木质素含量低和相容性差的问题。采用有机溶剂法对工业木质素进行分馏，并使用酸性水溶液处理，以降低其结构非均质性。木质素在没有进行化学改性或添加添加剂的条件下，复合薄膜中木质素的含量可达70％。该产品的木质素含量高，可以充分利用木质素的潜力，降低成本，同时避免了土壤的物理和化学性质受到传统农业地膜长期积累的影响的问题。

技术特征：

1.一种有机溶剂分离木质素的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述木质素与丙酮的质量体积比为10g:100-200ml，所述木质素与酸性水溶液的质量体积比为10g:200-300ml。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述酸性水溶液为盐酸或冰乙酸的水溶液，所述酸性水溶液的浓度为5-7m、ph值为2-6。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述工业木质素为禾本科木质素、预水解木质素、碱木质素或酶解木质素。

5.权利要求1-4任一项所述方法制备得到的纯化木质素在制备木质素基可降解塑料中的应用。

6.一种木质素基可降解塑料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述纯化木质素占纯化木质素和聚乙烯醇的总质量的10％-70％；所述纯化木质素与聚乙烯醇的质量总和与溶剂的比为1:10-12。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)溶液的制备具体为：在烧瓶中加入聚乙烯醇，以二甲基亚砜为溶剂，充分搅拌后加入纯化木质素，搅拌均匀后得到木质素和聚乙烯醇的溶液。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌条件为：采用磁力搅拌，搅拌的温度为70-90℃，搅拌速度为200-400rpm/min，充分搅拌的时间为3-5小时，搅拌均匀的时间为6-8小时。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述烘箱中烘干分为两个阶段，第一阶段温度为35-45℃，时间为10-20小时；第二阶段的干燥温度为55-65℃，干燥的时间为20-40小时。

技术总结
本发明公开了一种有机溶剂提纯木质素的方法及由木质素制备生物基可降解塑料的制备方法，该方法包括：将工业木质素加入到丙酮溶液中，过滤去除不溶性物质，滤液旋蒸后加入酸性水溶液；静置后析出的木质素为提纯木质素；并利用聚乙烯醇和纯化木质素制备可降解塑料。本发明通过有机溶剂方法对工业木质素进行分离和纯化以改善工业木质素的异质性，解决了木质素在复合材料中含量低的问题，极大地降低了塑料薄膜的制作成本；同时，制成的复合材料可在自然条件下生物降解，避免了塑料薄膜对环境造成的白色污染。

技术研发人员：肖领平,邹双琳,孙润仓,桂涛,尹文正
受保护的技术使用者：大连工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11