專利名稱：環(huán)境友好的木素發(fā)泡材料及其成型加工工藝的制作方法
(一)技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及環(huán)境友好的木素發(fā)泡材料及其成型加工工藝，屬于含木質(zhì)素材料的組合物。是天然木質(zhì)素的改性及新材料開發(fā)。
背景技術(shù)：
地球上天然植物材料-木素的數(shù)量僅次于纖維素，估計(jì)每年全世界由植物生長可產(chǎn)生1500億噸木素。人類利用纖維素已有幾千年的歷史，而木素真正開始研究是1930年以后的事，而且至今沒有很好的利用，大自然提供給人類的大宗資源，每年白白浪費(fèi)掉了。木質(zhì)纖維素物質(zhì)三大組分中，只有木素沒有獲得有效利用，而且成為相關(guān)工業(yè)應(yīng)用中的障礙物和環(huán)境污染物，因此木素資源的利用無論從自然界碳素循環(huán)還是人類社會可持續(xù)發(fā)展角度看意義都非常重大。
塑料泡沫材料導(dǎo)熱系數(shù)低、重量輕、施工方便，在隔熱、保溫、食品、建筑等領(lǐng)域的使用越來越多，但常用的如聚氨酯、聚苯乙烯，聚乙烯等泡沫材料存在著易燃燒、發(fā)煙量大、耐熱溫度低，特別是廢棄物降解性能差、污染環(huán)境等缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中已受到越來越多的限制。以可再生的天然木素為主要原料開發(fā)環(huán)境友好的木素發(fā)泡材料，在發(fā)泡和成型過程中具有優(yōu)良的高溫拉伸性能、動(dòng)態(tài)力學(xué)、力學(xué)性能，且在自然環(huán)境(光、熱、微生物等)條件下能夠完全降解，其降解誘導(dǎo)期能夠控制。成型加工后的產(chǎn)品具有質(zhì)輕、比強(qiáng)度高、防水、防腐、保溫之特點(diǎn)，可廣泛用于建筑、運(yùn)輸、包裝、家庭裝飾及日用品市場。

發(fā)明內(nèi)容1、發(fā)明目的 本發(fā)明的目的是提供一種以天然木素為原料，生產(chǎn)環(huán)境友好的木素發(fā)泡材料的方法，為可再生資源天然木素的大規(guī)模開發(fā)利用服務(wù)。
2、技術(shù)方案 本發(fā)明的技術(shù)方案是將高純木素、樹脂、接枝改性物、引發(fā)劑、發(fā)泡劑、潤滑劑等按重量份配比稱量并高速混合；再將上述配料置入擠出機(jī)熔融共混，用擠出機(jī)擠出，經(jīng)發(fā)泡模具發(fā)泡冷卻定型，或投入注射機(jī)或熱壓模塑機(jī)中發(fā)泡成型。即得到環(huán)境友好的木素發(fā)泡材料及產(chǎn)品。
各組分按重量比為高純木素30～80、樹脂0～60、接枝改性物1～10、引發(fā)劑0～5、發(fā)泡劑1～5、潤滑劑1～5。
高純木素是被有機(jī)溶劑處理、提純的木素。利用木素溶于有機(jī)溶劑、且在有機(jī)溶劑中易于凝聚、聚合的特性，將有機(jī)溶劑制漿、堿法制漿、亞硫酸鹽法制漿、亞氨法制漿、機(jī)械法制漿、生物法制漿等得到的黑(紅)液，經(jīng)濃縮后，按1∶1～10的比例加入熱有機(jī)溶劑；如原料是一般工業(yè)木素產(chǎn)品，按1∶1～6的比例加入熱有機(jī)溶劑攪拌溶解后，離心或過濾除去雜質(zhì)，蒸餾回收有機(jī)溶劑后得到高純木素，分子量＞1000以上，純度＞60％以上，玻璃化溫度＞100℃。
所述的有機(jī)溶劑主要包括二氧六環(huán)、乙酰溴及衍生物；甲醇、乙醇、六氟丙醇等醇類及衍生物；丙酮、丁酮等酮類及衍生物；甲酸、乙酸、丙酸等酸類及衍生物；甲酸乙酯、乙酸乙酯等酯類及衍生物；低級烷烴醇胺及衍生物；氨、氨水等及銨鹽類等的單一溶劑或復(fù)合溶劑。
樹脂選用低密度聚乙烯(LDPE)、線性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚氨酯(PU)、聚苯乙烯(PS)或酚醛樹脂(PF)等。所述聚合物為乙烯/醋酸乙烯共聚物(EVA)，乙烯/丙烯酸乙酯共聚物(EEA)，乙烯/丙烯酸共聚物(EAA)或其它高分子單體聚合物等?？蓪⑵渲械囊环N或幾種配比使用。
接枝改性物選用長鏈不飽和羧酸及其酯類中的一種或兩種以上的任意組合。如十一烯基丁二酸酐、十一烷二酸、十一烯基丁二酸酐、十二烯基丁二酸酯、十八烯酸、聚乳酸、6-羥基己酸、1，2，3，4-環(huán)庚烷四羧酸、1，2，3，4-環(huán)丁烷四羧酸等和其它三官能或多脂族或脂環(huán)族多羧酸，或這些化合物的酸酐等。
引發(fā)劑選用有機(jī)過氧化物中的一種或兩種以上的任意組合。如過氧化苯甲酰、過氧化月桂酰、過氧化對氯苯甲酰、過氧化乙酰、過氧化枯烯、a，a′-雙(叔丁基過氧二異丙基)苯、二叔丁基過氧化物、2，5-(叔丁基過氧)己烷、1，1-叔丁基過氧-3，3，5-三甲基環(huán)己烷、叔丁基過氧新戊酸酯、叔丁基過氧-2-乙基己酸酯、叔丁基過氧苯甲酸酯、雙(4-叔丁基環(huán)己基)過氧二碳酸酯、二異丙基過氧二碳酸酯、叔丁基過氧異丙基碳酸酯，和其它過氧化物；和偶氮雙異丁腈和其它偶氮化合物。
發(fā)泡劑選用物理發(fā)泡劑或化學(xué)發(fā)泡劑，如碳酸鈉、碳酸氫鈉、CO2、偶氦二甲酰胺、偶氮二異丁腈等中的一種或者兩種以上的任意組合。
潤滑劑選用石蠟、液體石蠟、硬脂酸、聚乙烯蠟或氧化聚乙烯中的一種或者兩種以上的任意組合。
將上述各組分按重量份配比在高速混合機(jī)中混勻；用擠出機(jī)先于100～200℃、10～80rpm條件下熔融共混3～10min，然后在110～210℃、0.1～1MPa下擠出，經(jīng)發(fā)泡模具發(fā)泡冷卻定型，或投入注射機(jī)或熱壓模塑機(jī)中發(fā)泡成型。即得到環(huán)境友好的木素發(fā)泡材料及產(chǎn)品。
3、有益效果 通過熔融共混將木素改性，使其相對分子質(zhì)量增大，分子形狀由Einstein球和緊密卷曲體轉(zhuǎn)化為線形高聚物，使其有利于接枝共聚，增強(qiáng)成膜、網(wǎng)絡(luò)狀成形性和控釋特性。將木素所具有的一系列優(yōu)良屬性，如生物降解、接枝共聚、玻璃化成膜、吸附緩釋等，在熔融共混改性中得以再現(xiàn)和疊加。熔融共混改性后的木素材料加工性能良好，在發(fā)泡劑的作用下，發(fā)泡均勻穩(wěn)定，倍率高，制品融結(jié)性好，強(qiáng)度高，毛細(xì)孔分布均勻細(xì)小，具有良好抗破壞性及抗震性能，以及良好的保溫隔音性能。環(huán)境友好的木素發(fā)泡材料成型后具有密度低、強(qiáng)度高、隔熱隔音性好，保溫性好，防震、易成型、易降解等優(yōu)點(diǎn)，在緩沖包裝、食品保鮮包裝，內(nèi)外墻保溫、隔熱、建筑工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及日用品等領(lǐng)域?qū)⒌玫綇V泛的應(yīng)用。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
高純木素的制取①、取亞氨法得到的黑(紅)液，加熱濃縮至波美20°以上，按1∶1～8的比例加入50℃的乙酸乙酯，密閉攪拌后加溫至80℃，靜置冷卻2小時(shí)，待混合液分層后，除去底層的雜質(zhì)，上層液蒸餾回收乙酸乙酯，得到的固形物經(jīng)干燥后為高純木素。分子量＞2000以上，純度＞60％以上，玻璃化溫度＞100℃，水分＜1％。
②取工業(yè)木素為原料，按1∶6的比例加入90℃的二氧六環(huán)，加HCl調(diào)節(jié)pH＜6，密閉攪拌后加溫至100℃，靜置冷卻2小時(shí)，待混合液分層后，除去底層的雜質(zhì)，上層液蒸餾回收乙酸乙酯，得到的固形物經(jīng)干燥后為高純木素。分子量＞1000以上，純度＞60％以上，玻璃化溫度＞100℃，水分＜1％。
實(shí)施例1 按重量份取高純木素30、低密度聚乙烯40、十一烯基丁二酸酐5、過氧化苯甲酰1、偶氦二甲酰胺5、液體石蠟2等在高速混合機(jī)中混勻；用擠出機(jī)先于100℃、30rpm條件下熔融共混10min，然后在110℃、0.1MPa下擠出，經(jīng)發(fā)泡模具發(fā)泡冷卻定型，即得產(chǎn)品。
實(shí)施例2按重量份取高純木素60、聚氯乙烯50、十八烯酸6、過氧化月桂酰3、偶氮二異丁腈5、聚乙烯蠟5等在高速混合機(jī)中混勻；用擠出機(jī)先于160℃、50rpm條件下熔融共混5min，然后在140℃、0.4MPa下擠出，投入注射機(jī)中發(fā)泡成型，即得產(chǎn)品。
實(shí)施例3按重量份取高純木素80、聚苯乙烯60、十二烯基丁二酸酯7、過氧化二異丙苯3、偶氦二甲酰胺3、碳酸鈉2、硬脂酸4等在高速混合機(jī)中混勻；用擠出機(jī)先于200℃、30rpm條件下熔融共混3min，然后在210℃、1MPa下擠出，投入熱壓模塑機(jī)中發(fā)泡成型，即得產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)境友好的木素發(fā)泡材料，其特征在于，它的各組分的重量比為高純木素30～80、樹脂0～60、接枝改性物1～10、引發(fā)劑0～5、發(fā)泡劑1～5、潤滑劑1～5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境友好的木素發(fā)泡材料，其特征是所述高純木素是經(jīng)有機(jī)溶劑處理、提純的，其分子量＞1000，純度＞60％，玻璃化溫度＞100℃，水分＜1％。的木素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境友好的木素發(fā)泡材料，其特征是，所述的樹脂選用低密度聚乙烯(LDPE)、線性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚氨酯(PU)、聚苯乙烯(PS)或酚醛樹脂(PF)等。所述聚合物為乙烯/醋酸乙烯共聚物(EVA)，乙烯/丙烯酸乙酯共聚物(EEA)，乙烯/丙烯酸共聚物(EAA)或其它高分子單體聚合物等中的一種或幾種配比使用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境友好的木素發(fā)泡材料，其特征是，所述的接枝改性物選用十一烯基丁二酸酐、十一烷二酸、十一烯基丁二酸酐、十二烯基丁二酸酯、十八烯酸、聚乳酸、6-羥基己酸、1，2，3，4-環(huán)庚烷四羧酸、1，2，3，4-環(huán)丁烷四羧酸等和其它三官能或多脂族或脂環(huán)族多羧酸，或這些化合物的酸酐等長鏈不飽和羧酸及其酯類中的一種或兩種以上的任意組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境友好的木素發(fā)泡材料，其特征是引發(fā)劑選用過氧化苯甲酰、過氧化月桂酰、過氧化對氯苯甲酰、過氧化乙酰、過氧化枯烯、a，a′-雙(叔丁基過氧二異丙基)苯、二叔丁基過氧化物、2，5-(叔丁基過氧)己烷、1，1-叔丁基過氧-3，3，5-三甲基環(huán)己烷、叔丁基過氧新戊酸酯、叔丁基過氧-2-乙基己酸酯、叔丁基過氧苯甲酸酯、雙(4-叔丁基環(huán)己基)過氧二碳酸酯、二異丙基過氧二碳酸酯、叔丁基過氧異丙基碳酸酯，和其它過氧化物；和偶氮雙異丁腈和其它偶氮化合物等有機(jī)過氧化物中的一種或兩種以上的任意組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境友好的木素發(fā)泡材料，其特征是發(fā)泡劑選用物理發(fā)泡劑或化學(xué)發(fā)泡劑，如碳酸鈉、碳酸氫鈉、CO2、偶氦二甲酰胺、偶氮二異丁腈等中的一種或者兩種以上的任意組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境友好的木素發(fā)泡材料，其特征是潤滑劑選用石蠟、液體石蠟、硬脂酸、聚乙烯蠟或氧化聚乙烯中的一種或者兩種以上的任意組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境友好的木素發(fā)泡材料的成型加工工藝，其步驟是第一步，制備高純木素，利用木素溶于有機(jī)溶劑、且在有機(jī)溶劑中易于凝聚、聚合的特性，將有機(jī)溶劑制漿、堿法制漿、亞硫酸鹽法制漿、亞氨法制漿、機(jī)械法制漿、生物法制漿等得到的黑(紅)液，濃縮至波美20°以上，按1∶1～10的比例加入熱有機(jī)溶劑；如原料是一般工業(yè)木素產(chǎn)品，按1∶1～6的比例加入熱有機(jī)溶劑攪拌溶解后，離心或過濾除去雜質(zhì)，蒸餾回收有機(jī)溶劑后得到高純木素，分子量＞1000以上，純度＞60％以上，玻璃化溫度＞100℃，水分＜1％；第二步，配料，按重量份配比取高純木素30～80、樹脂0～60、接枝改性物1～10、引發(fā)劑0～5、發(fā)泡劑1～5、潤滑劑1～5，在高速混合機(jī)中混勻；第三步，將配好的料用擠出機(jī)先于100～200℃、30～100rpm條件下熔融共混3～10min；第四步，在110～210℃、0.1～1MPa下擠出，經(jīng)發(fā)泡模具發(fā)泡冷卻定型，或投入注射機(jī)或熱壓模塑機(jī)中發(fā)泡成型。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的木素發(fā)泡材料的成型加工工藝，其特征在于，發(fā)泡模具為逐步釋放形式；模隙放大倍數(shù)從0.5～20倍，依不同用途的各種發(fā)泡型材所需密度決定釋放量；擠出發(fā)泡材料經(jīng)冷卻定型同步牽引，定長切斷成所需尺寸，發(fā)泡材料密度在0.1～0.9之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的木素發(fā)泡材料的成型加工工藝，其特征在于，所述的有機(jī)溶劑主要包括二氧六環(huán)、乙酰溴及衍生物；甲醇、乙醇、六氟丙醇等醇類及衍生物；丙酮、丁酮等酮類及衍生物；甲酸、乙酸、丙酸等酸類及衍生物；甲酸乙酯、乙酸乙酯等酯類及衍生物；低級烷烴醇胺及衍生物；氨、氨水等及銨鹽類等的單一溶劑或復(fù)合溶劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及環(huán)境友好的木素發(fā)泡材料及其成型工藝，屬含木質(zhì)素材料的組合物技術(shù)領(lǐng)域。它的各組分的重量比為高純木素30～80、樹脂0～60、接枝改性物1～10、引發(fā)劑0～5、發(fā)泡劑1～5、潤滑劑1～5。它的成型工藝包括四個(gè)步驟，原料處理、分離提純高純木素；按各組分重量份計(jì)量；在高速混合機(jī)中混勻；用擠出機(jī)于100～200℃、30～100rpm條件下熔融共混3～10min，在110～210℃、0.1～1MPa下擠出，經(jīng)發(fā)泡模具發(fā)泡冷卻定型，或投入注射機(jī)或熱壓模塑機(jī)中發(fā)泡成型。它具有密度低、強(qiáng)度高、隔熱隔音性好，保溫性好，防震、易成型、易降解等優(yōu)點(diǎn)，在緩沖包裝、食品保鮮包裝，內(nèi)外墻保溫、隔熱及日用品等領(lǐng)域?qū)⒌玫綇V泛的應(yīng)用。
文檔編號C08L25/00GK1766003SQ200410040898
公開日2006年5月3日 申請日期2004年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月25日
發(fā)明者羅學(xué)剛, 徐東 申請人:羅學(xué)剛