一種纖維素基生物質(zhì)片材及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種纖維素基生物質(zhì)片材及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 進(jìn)入21世紀(jì)以來，保護(hù)地球環(huán)境，構(gòu)筑資源循環(huán)型社會(huì)，走可持續(xù)發(fā)展道路，已成 為世界關(guān)注熱點(diǎn)和緊迫任務(wù)。生物質(zhì)材料主要原料是來自可年年再生的農(nóng)業(yè)資源，作為有 限的、日漸減少、日趨枯竭的不可再生的石油資源的補(bǔ)充替代，也已成為全球矚目的發(fā)展趨 勢。Bio-PE源自于用巴西甘蔗提煉生產(chǎn)的乙醇，被稱為綠色聚乙烯，是一種來自可再生資源 的塑料。具有與石化聚乙烯相同的特性和性能，并且可用傳統(tǒng)石油聚乙烯的回收再生系統(tǒng) 進(jìn)行回收再利用，用Bio-PE代替石油聚乙烯，不需要新的塑料設(shè)備的投入，實(shí)際應(yīng)用中完 全可以替代石化聚乙烯。將Bio-PE與天然生物質(zhì)材料如淀粉、木材、竹材等復(fù)合制備纖維 素基生物質(zhì)材料，即可以保證材料優(yōu)異的力學(xué)性能，又能達(dá)到生物可降解的目的，原料全部 來源于可再生資源，利于保護(hù)環(huán)境、節(jié)省能源、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
[0003] 淀粉已廣泛應(yīng)用于制備生物質(zhì)復(fù)合材料。但是，淀粉非糧用量的急劇增加，已引起 人們對糧食供應(yīng)的擔(dān)憂。因此，尋找來源更為豐富、成本更為低廉的天然生物質(zhì)材料，已成 為生物質(zhì)復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展而必須面對的現(xiàn)實(shí)問題。
[0004] 與淀粉同為聚多糖的纖維素每年的產(chǎn)量高達(dá)2X1011噸，遠(yuǎn)高于石油基高分子材 料的1.8X109噸，可謂來源豐富、成本低廉。木材、竹材都屬于纖維素材料。以木纖維、木 粉為原料制備的木塑材料已廣泛應(yīng)用于家具、包裝、車船內(nèi)飾等領(lǐng)域。但是，木材成材周期 較長（約10~20年），且我國木材資源相對短缺，對木塑材料的發(fā)展構(gòu)成制約。
[0005] 與木材相比，竹材生長周期短（約2~3年），資源相對豐富，特別是竹加工產(chǎn)業(yè)蓬 勃發(fā)展，產(chǎn)生了大量的加工剩余物。以往，竹加工剩余物主要用作燃料，大大降低了竹資源 的綜合利用率和竹材的附加值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種纖維素基生物質(zhì)片材及其制備方法，旨在解決有限的、日漸減少、 日趨枯竭的不可再生的石油資源問題。原料全部來源于可再生資源，材料性能優(yōu)異，生物可 降解，利于保護(hù)環(huán)境、節(jié)省能源、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
[0007] 本發(fā)明提供的纖維素基生物質(zhì)片材，由原料經(jīng)擠出成型工藝制成，所述原料包括 如下重量份數(shù)的成分：
[0008] 竹粉 2:5~徹:； 增塑改性劑 15~5; 偶31劑 0.5'3， Βιυ-PK 20~70; 成核劑 0. 1~1; 相容劑 1~5; 潤滑劑 0.5~5。
[0009] 優(yōu)選地，所述竹粉是目數(shù)30~200的竹粉。
[0010] 優(yōu)選地，所述的增塑改性劑為聚乙二醇、甘油、多元醇苯甲酸酯、對苯二甲酸酯、均 苯四酸四辛酯、偏苯三酸脂、環(huán)氧化植物油、檸檬酸酯或乙酰檸檬酸酯中的一種或兩種以上 任意組合。
[0011] 優(yōu)選地，所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑中的一種或兩 種以上任意組合。
[0012] 優(yōu)選地，所述成核劑為山梨醇類透明成核劑、有機(jī)磷酸鹽類成核劑或羥酸鹽類成 核劑中的一種或兩種以上任意組合。
[0013] 優(yōu)選地，所述相容劑為乙烯-丙烯酸共聚物、環(huán)氧樹脂或天然乳膠中的一種或兩 種以上任意組合。
[0014] 優(yōu)選地，所述潤滑劑為聚乙烯蠟、白油、氧化聚乙烯蠟或環(huán)氧硬脂酸辛酯中的一種 或兩種以上任意組合。
[0015] 本發(fā)明還提供制備上述的纖維素基生物質(zhì)片材的方法，包括下述步驟：
[0016] 1)、按照配比，取竹粉，加入增塑改性劑進(jìn)行改性，溫度設(shè)置為50~160°C;
[0017] 2)、按照配比，攪拌下，向步驟1)所得的物料中加入偶聯(lián)劑、Bio-PE、成核劑、相容 劑以及潤滑劑，保持溫度與改性時(shí)溫度一致，冷卻到50°C以下；
[0018]3)、將步驟2)所得到的冷卻后的物料，擠出造粒，得到粒料；
[0019]4)、將所述粒料擠出成型為纖維素基生物質(zhì)片材。
[0020] 作為優(yōu)選技術(shù)方案，步驟3)中冷卻后的物料加入到雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒；步驟 4)所述粒料加入到平行雙螺桿片材機(jī)，經(jīng)過三輥擠出成型為纖維素基生物質(zhì)片材。
[0021] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述雙螺桿擠出機(jī)的長徑比為44:1~52:1，機(jī)筒各區(qū)溫度設(shè)置為 80°C~180°C，機(jī)頭溫度設(shè)置為130°C~150°C，螺桿轉(zhuǎn)速為200~250轉(zhuǎn)/分；所述平行雙 螺桿片材機(jī)中的擠出機(jī)料筒溫度設(shè)置為140°C~200°C，模頭溫度設(shè)置為170°C~190°C。
[0022] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明選材主料為竹粉和Bio-PE，均來源于可再生資源， 可以減少對不可再生資源的依賴，而且片材在加工過程中不加入有毒害的物質(zhì)，不產(chǎn)生有 毒有害的氣體，整個(gè)加工過程對人體和環(huán)境無害。本發(fā)明通過選取適合原料以及設(shè)計(jì)各原 料的質(zhì)量配比，制得的纖維素基生物質(zhì)片材，材料性能優(yōu)異，生物可降解，同時(shí)也免除了竹 制廢料堆砌和焚燒給環(huán)境帶來的污染，利于保護(hù)環(huán)境、節(jié)省能源、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的 理解本發(fā)明并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對本發(fā)明的限定。
[0024] 本發(fā)明的以下實(shí)施例提供的纖維素基生物質(zhì)片材，其原料包括如下重量份數(shù)的成 分：
[0025] 竹粉 25~60; 増塑改性劑 0. 5~5; 偶聯(lián)劑 0. 5~3; Bio-PE 20~70; 成核劑 0. 1~1; 相容劑 1~5; 潤滑劑 0. 5~5。
[0026] 竹粉的備制過程為：選擇平均直徑75~500微米、平均長度0. 1~5毫米的竹粉， 通過網(wǎng)篩分級(jí)得到目數(shù)為30~200的竹粉備用；竹粉中水分質(zhì)量含量小于等于10%。
[0027]Bio-PE是braskem公司生產(chǎn)的牌號(hào)為SHA7260的綠色HDPE，源自于用巴西甘蔗提 煉生產(chǎn)的乙醇，具有良好的生物降解性。
[0028] 本發(fā)明提供的纖維素基生物質(zhì)片材選材包括竹粉、增塑改性劑、偶聯(lián)劑、Bio-PE、 相容劑、成核劑、潤滑劑，所述增塑改性劑可以降低竹粉的粘度，使得物料漿液流動(dòng)性增加， 具有良好的滲透性；所述偶聯(lián)劑可以提高片材加工性能，使得片材具有良好的抗撕拉性能； 所述成核劑用于加快Bio-PE結(jié)晶速率、增加結(jié)晶密度和促使晶粒尺寸微細(xì)化，達(dá)到縮短成 型周期；所述潤滑劑可以提高片材潤滑性和加工性能。通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)各物料配比，使得制得 的纖維素基生物質(zhì)片材具有良好性能。
[0029] 以下實(shí)施例中，纖維素基生物質(zhì)片材的制備方法包括如下步驟：
[0030] 1)、按照纖維素基生物質(zhì)片材的原料配比備料；
[0031] 2)、將竹粉加入到高速攪拌機(jī)中，再加入準(zhǔn)備好的增塑改性劑進(jìn)行改性，溫度設(shè)置 為 50 ~160°C，攪拌 10 ~30min;
[0032] 3)、按照配比繼續(xù)加入準(zhǔn)備好的偶聯(lián)劑、Bio-PE、成核劑、相容劑以及潤滑劑，保持 溫度與改性時(shí)溫度一致，攪拌5~20min，然后放出物料；
[0033] 4)、將放出的物料加入到冷混鍋內(nèi)攪拌10~15min，待物料冷卻到50°C以下；
[0034] 5)、將冷卻后的物料加入到雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒。
[0035] 6)、將造粒后的粒料加入到平行雙螺桿片材機(jī)，經(jīng)過三輥制成所述的纖維素基生 物質(zhì)片材。
[0036] 下面列舉9個(gè)實(shí)施例對制備纖維素基生物質(zhì)片材進(jìn)行具體描述，原料組分以及加 工條件如下表1 _表3 :
[0037] 表 1
[0038]
[0039]
[0042]

[0046] 對上述實(shí)施例1-9所制得的生物基片材進(jìn)行性能檢測，結(jié)果如下表4 :
[0047] 表4
[0048]
[0049] 從以上數(shù)據(jù)可以看出按照本發(fā)明技術(shù)方案制備的纖維素基生物質(zhì)片材性能良好， 超過現(xiàn)有生物基塑料，可替代普通塑料用于各類吸塑產(chǎn)品。
[0050] 以上所述實(shí)施例僅是為充分說明本發(fā)明而所舉的較佳的實(shí)施例，本發(fā)明的保護(hù)范 圍不限于此。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明基礎(chǔ)上所作的等同替代或變換，均在本發(fā)明 的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種纖維素基生物質(zhì)片材，其特征在于，由原料經(jīng)擠出成型工藝制成，所述原料包括 如下重量份數(shù)的成分： 竹秘 25~朗； 增塑改性劑 0. 5~5; 偶聯(lián)劑 0.5~3; 說0-傑 20~70; 成核劑 0.i~1; 相容劑 1~5; 調(diào)滑劑 0.5~5。2. 如權(quán)利要求1所述纖維素基生物質(zhì)片材，其特征在于，所述竹粉是目數(shù)30~200的 竹粉。3. 如權(quán)利要求1所述纖維素基生物質(zhì)片材，其特征在于，所述的增塑改性劑為聚乙二 醇、甘油、多元醇苯甲酸醋、對苯二甲酸醋、均苯四酸四辛醋、偏苯Ξ酸脂、環(huán)氧化植物油、巧 樣酸醋或乙酷巧樣酸醋中的一種或兩種W上任意組合。4. 如權(quán)利要求1所述纖維素基生物質(zhì)片材，其特征在于，所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、侶 酸醋偶聯(lián)劑或鐵酸醋偶聯(lián)劑中的一種或兩種W上任意組合。5. 如權(quán)利要求1所述纖維素基生物質(zhì)片材，其特征在于，所述成核劑為山梨醇類透明 成核劑、有機(jī)憐酸鹽類成核劑或徑酸鹽類成核劑中的一種或兩種W上任意組合。6. 如權(quán)利要求1所述纖維素基生物質(zhì)片材，其特征在于，所述相容劑為乙締-丙締酸共 聚物、環(huán)氧樹脂或天然乳膠中的一種或兩種W上任意組合。7. 如權(quán)利要求1所述纖維素基生物質(zhì)片材，其特征在于，所述潤滑劑為聚乙締蠟、白 油、氧化聚乙締蠟或環(huán)氧硬脂酸辛醋中的一種或兩種W上任意組合。8. 制備權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的纖維素基生物質(zhì)片材的方法，其特征在于，包括下 述步驟： 1) 、按照配比，取竹粉，加入增塑改性劑進(jìn)行改性，溫度設(shè)置為50~160°C; 2) 、按照配比，攬拌下，向步驟1)所得的物料中加入偶聯(lián)劑、Bio-PE、成核劑、相容劑W 及潤滑劑，保持溫度與改性時(shí)溫度一致，冷卻到50°CW下； 3) 、將所述物料擠出成型為纖維素基生物質(zhì)片材。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，步驟2)中冷卻后的物料加入到平行雙螺 桿片材機(jī)，經(jīng)過Ξ漉擠出成型為纖維素基生物質(zhì)片材。10. 如權(quán)利要求9所述方法，其特征在于，所述雙螺桿擠出機(jī)的長徑比為44:1~52:1， 機(jī)筒各區(qū)溫度設(shè)置為80°C~180°C，機(jī)頭溫度設(shè)置為130°C~150°C，螺桿轉(zhuǎn)速為200~250 轉(zhuǎn)/分；所述平行雙螺桿片材機(jī)中的擠出機(jī)料筒溫度設(shè)置為140°C~20(TC，模頭溫度設(shè)置 為 17(TC~19(TC。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種纖維素基生物質(zhì)材料，其原料包括如下重量份數(shù)的成分：竹粉25～60,增塑改性劑0.5～5份,偶聯(lián)劑0.5～3份,Bio-PE20～70份,成核劑0.1～1份,相容劑1～5份,潤滑劑0.5～5份。上述纖維素基生物質(zhì)材料的制備方法：上述原料的共混料通過雙螺桿擠出機(jī)擠出制成粒料，然后將粒料加到平行雙螺桿片材機(jī)中，經(jīng)過三輥制成所述纖維素基生物質(zhì)片材，卷取，包裝。本發(fā)明通過選取適合原料以及設(shè)計(jì)各原料的質(zhì)量配比，制得的纖維素基生物質(zhì)片材可生物降解，資源可再生，不會(huì)污染環(huán)境，幫助減少溫室氣體排放。且產(chǎn)品原料來源廣泛，性價(jià)比高，吸塑后產(chǎn)品可用于制作花缽制品、電子包裝容器、托盤等，應(yīng)用廣泛。
【IPC分類】C08K5/00, C08L91/06, C08K5/10, C08K5/053, C08K5/12, C08K5/11, C08L23/30, C08K5/1515, B29L7/00, C08L97/02, C08L23/08, C08L7/02, B29C47/92, C08L63/00, C08L71/02, C08L23/06
【公開號(hào)】CN105238088
【申請?zhí)枴緾N201510725191
【發(fā)明人】潘麗娟, 張燦, 王淑敏
【申請人】武漢華麗生物股份有限公司
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年10月30日