一种柔性超纤竹基复合材料及其制备方法与流程

本发明属于竹基复合材料及包装材料，具体涉及一种柔性超纤竹基复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、塑料的分解需要数百年甚至更长时间，且分解过程中会释放有害物质，污染土壤、水源和空气，对陆地生态系统和海洋生态系统造成了严重危害。为了应对塑料污染，国际社会相继出台了一系列禁塑限塑政策，鼓励减少塑料消费，推广生物可降解塑料的替代制品，竹子作为一种绿色、可再生、可降解的生物质材料，就成为了塑料替代品的重要选择之一。

2、“以竹代塑”是一种可持续发展的替代塑料方案。不同于传统塑料制品的石油基原料及其产生的污染，竹子生长迅速、成材快、材性优良，利用竹子的天然纤维素通过加工和处理可制成替代塑料的材料，不仅资源可再生且竹纤维素材料可自然降解。因此，使用竹子作为绿色、低碳、可再生、可降解的生物质材料，从源头减少塑料使用是一种减轻塑料污染的有效途径，“以竹代塑”兼顾生态和经济效益，呈现广阔发展前景。

3、与此同时，竹子虽然拥有良好的机械性能和硬度，但其本身塑性较差，难以制作形状复杂的塑料制品。为推广竹材替代塑料产品的应用，针对市场上异形、弯曲类塑料制品，要想“以竹代塑”就必须解决刨切微薄竹柔韧性较差、易开裂破损的问题，仍需在成本、加工和成型技术等方面作进一步研究和改进。

技术实现思路

1、针对背景技术所提内容，本发明的目的在于提供一种柔性超纤竹基复合材料及其制备方法。本发明对刨切微薄竹依次进行基质脱除、改性处理、复合聚酯薄膜，制备得到一种具有优异力学性能及柔韧性的竹基复合材料，克服了现有竹材的不足，扩大了“以竹代塑”的应用范围，具有良好的市场前景。

2、为达成上述目的，本发明具体采用如下技术方案：

3、本发明提供了一种柔性超纤竹基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤一：取新鲜竹材分段、除青、除黄、蒸煮，然后加工制成刨切微薄竹备用；

5、步骤二：采用处理剂对所得刨切微薄竹进行基质脱除；

6、步骤三：将脱除基质后的微薄竹浸入改性处理液；

7、步骤四：采用聚酯薄膜对改性处理后的微薄竹复合成型，得到柔性超纤竹基复合材料。

8、作为优选，步骤一中采用新鲜毛竹为基材，所得刨切微薄竹厚度为0.1-0.4 mm。

9、作为优选，步骤二所述基质脱除采用的处理剂为含有聚合氯化铝的碱性过氧化氢水溶液；基质脱除的处理温度为75-90℃，处理时间为8-11 h。

10、作为优选，所述碱性过氧化氢水溶液含有1.5%-2.5% naoh、1%-1.3% h2o2及0.1%-0.12%聚合氯化铝。

11、本发明以微薄竹为研究对象，从处理剂种类、温度、时间多方面分析对基质脱除后微薄竹微观结构和物理性能的影响，采用的含聚合氯化铝的碱性过氧化氢水溶液能够有效去除木质素和半纤维素，不会对竹材纤维结构产生损伤。

12、作为优选，步骤三所述改性处理液由水性聚氨酯与弹性uv光固化树脂组成，其中还掺入纳米纤维素。

13、作为优选，所述改性处理液按重量份数计其原料组成为水性聚氨酯100份、弹性uv光固化树脂9-12份、纳米纤维素0.3-0.6份。

14、作为优选，步骤三中微薄竹浸入改性处理液的处理温度为60-72℃、时间为4-8 h，过程中还需施加超声处理。

15、针对竹基复合材料横向强度差、易开裂破损的问题，目前领域内多采用纵横交错组坯的方式，然而这种加工方式工艺复杂、处理时间长，制作成本显著升高，而高昂的价格同样是影响“以竹代塑”应用范围的关键因素。基于此，本发明提供一种改性处理液对脱除基质后的微薄竹作进一步处理：水性聚氨酯能够渗透到脱除基质后的微薄竹纤维间隙，进而增加微薄竹的柔韧性；弹性uv光固化树脂含有活性官能团，一方面能够提高微薄竹的耐应力开裂性能，另一方面可以与水性聚氨酯、竹材纤维构建稳定网络结构，进而有助于纳米纤维素渗入、嵌入其中构成致密体系，使得纳米纤维素能够密布于竹纤维中，作为无定向“加强筋”均匀分散材料所受应力载荷，从而大幅度提高材料力学性能；超声处理则促进了纳米纤维素的均匀分散。本发明不需纵横交错组坯复杂的加工工艺，采用改性处理液构建的致密网状体系能够大幅度提高材料的横向强度，有效克服了竹基复合材料易开裂破损的问题。

16、作为优选，步骤四所述聚酯薄膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，所述复合成型采用热压成型工艺，热压条件为120℃、0.6 mpa。本发明还采用聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜对微薄竹进一步热压复合成型，稳定性好且能够进一步提高复合材料的力学性能，最终制得能够适用于柔性包装领域的竹基复合材料。

17、本发明还提供上述制备方法得到的柔性超纤竹基复合材料在替代塑料包装中的应用。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、1、本发明柔性超纤竹基复合材料柔韧性好，能够制作部分形状复杂的塑料制品。

20、2、本发明柔性超纤竹基复合材料具有良好的纵向和横向抗拉强度，克服了现有竹材的不足。

21、3、本发明为“以竹代塑”提供了新的材料选择，同时制备工艺简单、成本较低，适合工业化生产。

技术特征：

1.一种柔性超纤竹基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述一种柔性超纤竹基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中采用新鲜毛竹为基材，所得刨切微薄竹厚度为0.1-0.4 mm。

3.根据权利要求1所述一种柔性超纤竹基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤二所述基质脱除采用的处理剂为含有聚合氯化铝的碱性过氧化氢水溶液；基质脱除的处理温度为75-90℃，处理时间为8-11 h。

4.根据权利要求3所述一种柔性超纤竹基复合材料的制备方法，其特征在于，所述碱性过氧化氢水溶液含有1.5%-2.5% naoh、1%-1.3% h2o2及0.1%-0.12%聚合氯化铝。

5.根据权利要求1所述一种柔性超纤竹基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤三所述改性处理液由水性聚氨酯与弹性uv光固化树脂组成，其中还掺入纳米纤维素。

6.根据权利要求5所述一种柔性超纤竹基复合材料的制备方法，其特征在于，所述改性处理液按重量份数计其原料组成为水性聚氨酯100份、弹性uv光固化树脂9-12份、纳米纤维素0.3-0.6份。

7.根据权利要求1所述一种柔性超纤竹基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤三中微薄竹浸入改性处理液的处理温度为60-72℃、时间为4-8 h，过程中还需施加超声处理。

8.根据权利要求1所述一种柔性超纤竹基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤四所述聚酯薄膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，所述复合成型采用热压成型工艺，热压条件为120℃、0.6 mpa。

9.权利要求1-8任一项所述制备方法得到的柔性超纤竹基复合材料。

10.权利要求1-8任一项所述制备方法得到的柔性超纤竹基复合材料在替代塑料包装中的应用。

技术总结
本发明公开了一种柔性超纤竹基复合材料及其制备方法，属于竹基复合材料及包装材料技术领域。本发明工艺取新鲜竹材分段、除青、除黄、蒸煮，随后加工制成刨切微薄竹，然后采用处理剂对刨切微薄竹进行基质脱除，再浸入改性处理液，最后用聚酯薄膜复合成型，得到一种柔性超纤竹基复合材料。本发明克服了现有竹材的不足，所制竹基复合材料具有良好的纵向和横向抗拉强度，还兼备优异的柔韧性，满足柔性包装领域的性能需求，能够扩大“以竹代塑”的应用范围，具有良好的市场前景。

技术研发人员：彭少斌,甘轶军,黄奋进,艾坚
受保护的技术使用者：江西沣兆竹木科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/7