一種木質(zhì)纖維生物質(zhì)薄膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種木質(zhì)纖維生物質(zhì)薄膜的制備方法，該制備方法將木質(zhì)纖維生物質(zhì)粉碎，過160目篩；將粉碎后的木質(zhì)纖維生物質(zhì)溶解于DMSO/LiCl中，得到木質(zhì)纖維生物質(zhì)的制膜液；溶劑體系DMSO/LiCl中LiCl的質(zhì)量百分含量為2～10%；控制木質(zhì)纖維生物質(zhì)制膜液的質(zhì)量百分比濃度為1～20%；將制膜液在平板上刮膜，浸入凝固浴中除去溶劑，干燥，得到再生木質(zhì)纖維生物質(zhì)薄膜。制備的木質(zhì)纖維生物質(zhì)薄膜表面平整，結(jié)構(gòu)緊實，無明顯塌陷，方法操作簡單、效率高，可以直接采用已有的高分子成膜設(shè)備。本發(fā)明的方法可為木質(zhì)纖維生物質(zhì)原料生產(chǎn)工業(yè)新材料提供技術(shù)支持。
【專利說明】ー種木質(zhì)纖維生物質(zhì)薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物質(zhì)精煉【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及生物質(zhì)基材料制備，具體涉及ー種利用生物質(zhì)全組分直接制備薄膜的方法。 【背景技術(shù)】
[0002]木質(zhì)纖維生物質(zhì)具有產(chǎn)量大、來源豐富、價廉、可再生、可生物降解、環(huán)境友好等諸多優(yōu)點，是ー種理想的エ業(yè)原材料。隨著煤炭、石油等化石原料儲存量的日益減少，采用綠色可再生的生物質(zhì)原料替代傳統(tǒng)化石原料作為エ業(yè)生產(chǎn)原材料的研究已經(jīng)得到了世界各國的重視。我國已經(jīng)將生物質(zhì)綜合開發(fā)利用列為今后國家重點發(fā)展主題。
[0003]木質(zhì)纖維生物質(zhì)的主要組分包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，三者的含量占木質(zhì)纖維生物質(zhì)總量的90%以上。目前對于木質(zhì)纖維生物質(zhì)的綜合利用主要有兩種途徑:ー是將其各組分分離后再根據(jù)各組分性質(zhì)分別轉(zhuǎn)化利用；二是不經(jīng)分離以木質(zhì)纖維生物質(zhì)的形式直接利用。
[0004]生物質(zhì)組分分別利用首先必須把各組分分離，提純。然而，木質(zhì)纖維生物質(zhì)資源的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，是以纖維素原纖為骨架、半纖維素及木質(zhì)素作為“粘合剤”和“填充劑”混雜在一起的類似“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”的天然復(fù)合物，導(dǎo)致了木質(zhì)纖維生物質(zhì)組分分離困難。組分分離不僅設(shè)備要求高、能耗高、易產(chǎn)生環(huán)境污染，而且往往只能利用ー種或兩種組分，造成資源的浪費。分離瓶頸已經(jīng)成為當(dāng)前木質(zhì)纖維生物質(zhì)高效利用的主要障礙。
[0005]不經(jīng)分離直接對木質(zhì)纖維生物質(zhì)全組分利用，可以有效回避生物質(zhì)組分分離瓶頸，降低成本。然而木質(zhì)纖維生物質(zhì)的“鋼筋混凝土”結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其無法溶解于傳統(tǒng)的有機溶劑體系，也無法像合成高分子一樣進行熔融加工。因此，長期以來木質(zhì)纖維生物質(zhì)利用效率低下。目前對木質(zhì)纖維生物質(zhì)的利用方式主要是用作建筑、家具板材以及直接燃燒產(chǎn)熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種以木質(zhì)纖維生物質(zhì)直接制備薄膜的方法。
[0007]本發(fā)明的上述目的是通過如下方案予以實現(xiàn)的:
[0008]ー種木質(zhì)纖維生物質(zhì)薄膜的制備方法，包括如下步驟:
[0009]步驟1.木質(zhì)纖維生物質(zhì)粉碎，過160目篩；
[0010]步驟2.將粉碎后的木質(zhì)纖維生物質(zhì)溶解于DMSO/LiCl中，得到木質(zhì)纖維生物質(zhì)的制膜液；溶劑體系DMSO/LiCl中LiCl的質(zhì)量百分含量為2~10% ;控制木質(zhì)纖維生物質(zhì)制膜液的質(zhì)量百分比濃度為I~20% ；
[0011]步驟3.將制膜液在平板上刮膜，浸入凝固浴中除去溶劑，干燥，得到再生木質(zhì)纖維生物質(zhì)薄膜。
[0012]為進ー步實現(xiàn)本發(fā)明目的，優(yōu)選地，所述木質(zhì)纖維生物質(zhì)為桉木、楊木、松木、竹子、蔗渣、稻草、玉米桿或麥桿。所述步驟2中，木質(zhì)纖維生物質(zhì)在DMSO/LiCl中溶解溫度為20~130°C，溶解時間為I~24h。所采用的凝固浴為水、甲醇、こ醇、異丙醇、丙酮中的ー種或者多種的混合液。
[0013]木質(zhì)纖維分離組分制備薄膜的研究已有較多報道，但由于全組分難以溶解或熔融加工，利用未經(jīng)分離的生物質(zhì)全組分制備薄膜被認(rèn)為是無法完成的任務(wù)。近年來，研究人員陸續(xù)開發(fā)了離子液體等木質(zhì)纖維全組分溶剤，這些全組分溶劑為木質(zhì)纖維生物質(zhì)結(jié)構(gòu)表征、組分分離、預(yù)處理、均相化學(xué)改性、紡絲等研究提供了新途徑，但木質(zhì)纖維全組分直接制備薄膜至今未獲成功，主要原因是全組分溶液制備薄膜過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的薄膜緊縮或/和開裂。本發(fā)明提出了直接制備木質(zhì)纖維生物質(zhì)薄膜的方法，該方法利用DMSO/LiCl兩元體系，由于DMSO極性強，LiCl又呈弱堿性，這種雙元混合體系在性質(zhì)上具備可調(diào)節(jié)性，通過合理控制濃度，能夠有效彌補濕膜干燥過程中引起的緊縮和開裂。本發(fā)明提出的制備方法不僅由木質(zhì)纖維成功制備了生物質(zhì)薄膜，而且制備的薄膜能承受最大應(yīng)カ為
7.92MPa - 52.6MPa，楊氏模量為486MPa - 2.65GPa，裂斷伸長率為2.44% - 5.66%，這表明制備的甘蔗渣薄膜具有較高的力學(xué)強度。全組分溶液制備薄膜過程中容易出現(xiàn)嚴(yán)重的薄膜緊縮或/和開裂，導(dǎo)致木質(zhì)纖維全組分直接制備薄膜至今未獲成功。本發(fā)明利用DMSO/LiCl兩元體系作為溶剤，DMSO極性強，LiCl又呈弱堿性，通過合理控制濃度，這種雙元混合體系在性質(zhì)上具備可調(diào)節(jié)性，有效彌補濕膜干燥過程中引起的緊縮和開裂，本發(fā)明提出了直接制備木質(zhì)纖維生物質(zhì)薄膜的方法，制備的木質(zhì)纖維生物質(zhì)薄膜如圖2-1、2-2、2-3所述表面平整，結(jié)構(gòu)緊實，無明顯塌陷。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0015]1.本發(fā)明的薄膜制備方法無需對木質(zhì)纖維分離即可直接進行薄膜制備，流程簡單，操作方便，為木質(zhì)纖維生物質(zhì)綜合利用提供了新方法；
[0016]2.本發(fā)明的薄膜制備方法采用木質(zhì)纖維為原料制備成本低廉、緑色可再生的薄膜，制備的薄膜具有良好的紫外線吸收功能，有望在防紫外輻射領(lǐng)域得到應(yīng)用；
[0017]3.本發(fā)明的木質(zhì)纖維生物質(zhì)薄膜制備方法采用DMSO/LiCl作為溶劑體系，溶解能力強，而且DMSO極性強，LiCl又呈弱堿性，這種雙元混合體系在性質(zhì)上具備可調(diào)節(jié)性，能夠有效彌補濕膜干燥過程中引起的緊縮和開裂。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為實施例1方法所制的薄膜的紫外-可見光吸收光譜。
[0019]圖2-1、2-2、2_3分別為實施例1方法所制備薄膜上表面、橫截面和下表面的場發(fā)射-掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進ー步地描述，但具體實施例并不對本發(fā)明做任何限定。
[0021]實施例1:木質(zhì)纖維生物質(zhì)采用甘蔗渣
[0022]ー種木質(zhì)纖維 生物質(zhì)薄膜的制備方法，包括如下步驟:
[0023]步驟1.將干燥后的甘蔗渣粉碎，收集過160目篩部分；
[0024]步驟2.取0.5g粉碎的甘蔗渣粉末分散于IOg的DMSO/LiCl (其中LiCl質(zhì)量百分含量10%)中，在90°C、氮氣保護條件下攪拌10h，使甘蔗渣完全溶解，得到制膜液；
[0025]步驟3.將步驟2得到的制膜液倒在玻璃板上，用刮刀刮平，置于丙酮/水混合溶液(其中丙酮與水的體積比為9:1)中浸泡去除溶劑，干燥得到再生甘蔗渣薄膜。
[0026]將制備的甘蔗渣薄膜按GB/T1040.3-2006采用萬能拉カ機進行拉伸性能測試，得到的薄膜能承受最大應(yīng)カ為30.8MPa，楊氏模量為1.43GPa，裂斷伸長率為5.66%，這表明制備的甘蔗渣薄膜具有較高的力學(xué)強度。
[0027]制備的甘蔗渣薄膜中含有大量的木質(zhì)素，能夠吸收紫外光。圖1為甘蔗渣薄膜的紫外-可見光吸收光譜圖，圖中可以清晰的看到制備的薄膜具有良好的紫外吸收能力，這表明制備的甘蔗渣薄膜有望在防紫外輻射領(lǐng)域得到應(yīng)用。
[0028]場發(fā)射-掃描電鏡(圖2)結(jié)果表明制備的甘蔗渣薄膜表面平整，結(jié)構(gòu)緊實，無明顯塌陷。[0029]實施例2:木質(zhì)纖維生物質(zhì)采用玉米桿
[0030]ー種木質(zhì)纖維生物質(zhì)薄膜的制備方法，包括如下步驟:
[0031]步驟1.將干燥后的玉米桿粉碎，收集過160目篩部分；
[0032]步驟2.將0.5g粉碎的玉米桿粉末分散于50g的DMSO/LiCl (LiCl質(zhì)量百分含量6%)中，在20°C、氮氣保護條件下攪拌24h，使玉米桿完全溶解，得到制膜液；
[0033]步驟3.將步驟2得到的制膜液倒在玻璃板上，用刮刀刮平，置于こ醇中浸泡去除溶劑，干燥得到再生玉米桿薄膜。
[0034]將制備的玉米桿薄膜按GB/T1040.3-2006采用萬能拉カ機進行拉伸性能測試，得到的薄膜能承受最大應(yīng)カ為7.92MPa，楊氏模量為486MPa，裂斷伸長率為2.44%。
[0035]所制的薄膜的紫外-可見光吸收光譜與圖1相似。所制備薄膜上表面、橫截面和下表面的場發(fā)射-掃描電鏡圖與圖2-1、2-2、2-3相似。
[0036]實施例3:木質(zhì)纖維生物質(zhì)采用馬尾松
[0037]ー種木質(zhì)纖維生物質(zhì)薄膜的制備方法，包括如下步驟:
[0038]步驟1.將干燥后的馬尾松粉碎，收集過160目篩部分；
[0039]步驟2.將0.5g粉碎的馬尾松粉末置于2.5g的DMSO/LiCl (LiCl質(zhì)量百分含量2%)中，在130°C、氮氣保護條件下攪拌2h，使馬尾松粉末完全溶解，得到制膜液；
[0040]步驟3.將步驟2得到的制膜液倒在玻璃板上，用刮刀刮平，置于異丙醇中浸泡去除溶劑，干燥得到再生馬尾松薄膜。
[0041]將制備的馬尾松薄膜按GB/T1040.3-2006采用萬能拉カ機進行拉伸性能測試，得到的薄膜能承受最大應(yīng)カ為52.6MPa，楊氏模量為2.65GPa，裂斷伸長率為3.90%。
[0042]所制的薄膜的紫外-可見光吸收光譜與圖1相似。所制備薄膜上表面、橫截面和下表面的場發(fā)射-掃描電鏡圖與圖2-1、2-2、2-3相似。
【權(quán)利要求】
1.ー種木質(zhì)纖維生物質(zhì)薄膜的制備方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟1.木質(zhì)纖維生物質(zhì)粉碎，過160目篩； 步驟2.將粉碎后的木質(zhì)纖維生物質(zhì)溶解于DMSO/LiCl中，得到木質(zhì)纖維生物質(zhì)的制膜液；溶劑體系DMSO/LiCl中LiCl的質(zhì)量百分含量為2~10% ;控制木質(zhì)纖維生物質(zhì)制膜液的質(zhì)量百分比濃度為I~20% ； 步驟3.將制膜液在平板上刮膜，浸入凝固浴中除去溶劑，干燥，得到再生木質(zhì)纖維生物質(zhì)薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述ー種木質(zhì)纖維生物質(zhì)薄膜的制備方法，其特征在于所述木質(zhì)纖維生物質(zhì)為桉木、楊木、松木、竹子、蔗渣、稻草、玉米桿或麥桿。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述ー種木質(zhì)纖維生物質(zhì)薄膜的制備方法，其特征在于所述步驟2中，木質(zhì)纖維生物質(zhì)在DMSO/LiCl中溶解溫度為20~130°C，溶解時間為I~24h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述ー種木質(zhì)纖維生物質(zhì)薄膜的制備方法，其特征在于:所采用的凝固浴為水、甲醇、こ醇、 異丙醇、丙酮中的一種或者多種的混合液。
【文檔編號】C08L97/00GK103554534SQ201310514173
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】劉傳富, 陳銘杰, 孫潤倉, 張雪琴 申請人:華南理工大學(xué)