一种纤维素基生物质片材及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种纤维素基生物质片材及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 进入21世纪以来，保护地球环境，构筑资源循环型社会，走可持续发展道路，已成 为世界关注热点和紧迫任务。生物质材料主要原料是来自可年年再生的农业资源，作为有 限的、日渐减少、日趋枯竭的不可再生的石油资源的补充替代，也已成为全球瞩目的发展趋 势。Bio-PE源自于用巴西甘蔗提炼生产的乙醇，被称为绿色聚乙烯，是一种来自可再生资源 的塑料。具有与石化聚乙烯相同的特性和性能，并且可用传统石油聚乙烯的回收再生系统 进行回收再利用，用Bio-PE代替石油聚乙烯，不需要新的塑料设备的投入，实际应用中完 全可以替代石化聚乙烯。将Bio-PE与天然生物质材料如淀粉、木材、竹材等复合制备纤维 素基生物质材料，即可以保证材料优异的力学性能，又能达到生物可降解的目的，原料全部 来源于可再生资源，利于保护环境、节省能源、实现可持续发展。
[0003] 淀粉已广泛应用于制备生物质复合材料。但是，淀粉非粮用量的急剧增加，已引起 人们对粮食供应的担忧。因此，寻找来源更为丰富、成本更为低廉的天然生物质材料，已成 为生物质复合材料实现可持续发展而必须面对的现实问题。
[0004] 与淀粉同为聚多糖的纤维素每年的产量高达2X1011吨，远高于石油基高分子材 料的1.8X109吨，可谓来源丰富、成本低廉。木材、竹材都属于纤维素材料。以木纤维、木 粉为原料制备的木塑材料已广泛应用于家具、包装、车船内饰等领域。但是，木材成材周期 较长（约10~20年），且我国木材资源相对短缺，对木塑材料的发展构成制约。
[0005] 与木材相比，竹材生长周期短（约2~3年），资源相对丰富，特别是竹加工产业蓬 勃发展，产生了大量的加工剩余物。以往，竹加工剩余物主要用作燃料，大大降低了竹资源 的综合利用率和竹材的附加值。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种纤维素基生物质片材及其制备方法，旨在解决有限的、日渐减少、 日趋枯竭的不可再生的石油资源问题。原料全部来源于可再生资源，材料性能优异，生物可 降解，利于保护环境、节省能源、实现可持续发展。
[0007] 本发明提供的纤维素基生物质片材，由原料经挤出成型工艺制成，所述原料包括 如下重量份数的成分：
[0008] 竹粉 2:5~彻:； 增塑改性剂 15~5; 偶31剂 0.5'3， Βιυ-PK 20~70; 成核剂 0. 1~1; 相容剂 1~5; 润滑剂 0.5~5。
[0009] 优选地，所述竹粉是目数30~200的竹粉。
[0010] 优选地，所述的增塑改性剂为聚乙二醇、甘油、多元醇苯甲酸酯、对苯二甲酸酯、均 苯四酸四辛酯、偏苯三酸脂、环氧化植物油、柠檬酸酯或乙酰柠檬酸酯中的一种或两种以上 任意组合。
[0011] 优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂或钛酸酯偶联剂中的一种或两 种以上任意组合。
[0012] 优选地，所述成核剂为山梨醇类透明成核剂、有机磷酸盐类成核剂或羟酸盐类成 核剂中的一种或两种以上任意组合。
[0013] 优选地，所述相容剂为乙烯-丙烯酸共聚物、环氧树脂或天然乳胶中的一种或两 种以上任意组合。
[0014] 优选地，所述润滑剂为聚乙烯蜡、白油、氧化聚乙烯蜡或环氧硬脂酸辛酯中的一种 或两种以上任意组合。
[0015] 本发明还提供制备上述的纤维素基生物质片材的方法，包括下述步骤：
[0016] 1)、按照配比，取竹粉，加入增塑改性剂进行改性，温度设置为50~160°C;
[0017] 2)、按照配比，搅拌下，向步骤1)所得的物料中加入偶联剂、Bio-PE、成核剂、相容 剂以及润滑剂，保持温度与改性时温度一致，冷却到50°C以下；
[0018]3)、将步骤2)所得到的冷却后的物料，挤出造粒，得到粒料；
[0019]4)、将所述粒料挤出成型为纤维素基生物质片材。
[0020] 作为优选技术方案，步骤3)中冷却后的物料加入到双螺杆挤出机挤出造粒；步骤 4)所述粒料加入到平行双螺杆片材机，经过三辊挤出成型为纤维素基生物质片材。
[0021] 进一步优选地，所述双螺杆挤出机的长径比为44:1~52:1，机筒各区温度设置为 80°C~180°C，机头温度设置为130°C~150°C，螺杆转速为200~250转/分；所述平行双 螺杆片材机中的挤出机料筒温度设置为140°C~200°C，模头温度设置为170°C~190°C。
[0022] 本发明的有益效果是：本发明选材主料为竹粉和Bio-PE，均来源于可再生资源， 可以减少对不可再生资源的依赖，而且片材在加工过程中不加入有毒害的物质，不产生有 毒有害的气体，整个加工过程对人体和环境无害。本发明通过选取适合原料以及设计各原 料的质量配比，制得的纤维素基生物质片材，材料性能优异，生物可降解，同时也免除了竹 制废料堆砌和焚烧给环境带来的污染，利于保护环境、节省能源、实现可持续发展。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的 理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0024] 本发明的以下实施例提供的纤维素基生物质片材，其原料包括如下重量份数的成 分：
[0025] 竹粉 25~60; 増塑改性剂 0. 5~5; 偶联剂 0. 5~3; Bio-PE 20~70; 成核剂 0. 1~1; 相容剂 1~5; 润滑剂 0. 5~5。
[0026] 竹粉的备制过程为：选择平均直径75~500微米、平均长度0. 1~5毫米的竹粉， 通过网筛分级得到目数为30~200的竹粉备用；竹粉中水分质量含量小于等于10%。
[0027]Bio-PE是braskem公司生产的牌号为SHA7260的绿色HDPE，源自于用巴西甘蔗提 炼生产的乙醇，具有良好的生物降解性。
[0028] 本发明提供的纤维素基生物质片材选材包括竹粉、增塑改性剂、偶联剂、Bio-PE、 相容剂、成核剂、润滑剂，所述增塑改性剂可以降低竹粉的粘度，使得物料浆液流动性增加， 具有良好的渗透性；所述偶联剂可以提高片材加工性能，使得片材具有良好的抗撕拉性能； 所述成核剂用于加快Bio-PE结晶速率、增加结晶密度和促使晶粒尺寸微细化，达到缩短成 型周期；所述润滑剂可以提高片材润滑性和加工性能。通过实验设计各物料配比，使得制得 的纤维素基生物质片材具有良好性能。
[0029] 以下实施例中，纤维素基生物质片材的制备方法包括如下步骤：
[0030] 1)、按照纤维素基生物质片材的原料配比备料；
[0031] 2)、将竹粉加入到高速搅拌机中，再加入准备好的增塑改性剂进行改性，温度设置 为 50 ~160°C，搅拌 10 ~30min;
[0032] 3)、按照配比继续加入准备好的偶联剂、Bio-PE、成核剂、相容剂以及润滑剂，保持 温度与改性时温度一致，搅拌5~20min，然后放出物料；
[0033] 4)、将放出的物料加入到冷混锅内搅拌10~15min，待物料冷却到50°C以下；
[0034] 5)、将冷却后的物料加入到双螺杆挤出机挤出造粒。
[0035] 6)、将造粒后的粒料加入到平行双螺杆片材机，经过三辊制成所述的纤维素基生 物质片材。
[0036] 下面列举9个实施例对制备纤维素基生物质片材进行具体描述，原料组分以及加 工条件如下表1 _表3 :
[0037] 表 1
[0038]
[0039]
[0042]
[0046] 对上述实施例1-9所制得的生物基片材进行性能检测，结果如下表4 :
[0047] 表4
[0048]
[0049] 从以上数据可以看出按照本发明技术方案制备的纤维素基生物质片材性能良好， 超过现有生物基塑料，可替代普通塑料用于各类吸塑产品。
[0050] 以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范 围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明 的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
【主权项】
1. 一种纤维素基生物质片材，其特征在于，由原料经挤出成型工艺制成，所述原料包括 如下重量份数的成分： 竹秘 25~朗； 增塑改性剂 0. 5~5; 偶联剂 0.5~3; 说0-傑 20~70; 成核剂 0.i~1; 相容剂 1~5; 调滑剂 0.5~5。2. 如权利要求1所述纤维素基生物质片材，其特征在于，所述竹粉是目数30~200的 竹粉。3. 如权利要求1所述纤维素基生物质片材，其特征在于，所述的增塑改性剂为聚乙二 醇、甘油、多元醇苯甲酸醋、对苯二甲酸醋、均苯四酸四辛醋、偏苯Ξ酸脂、环氧化植物油、巧 樣酸醋或乙酷巧樣酸醋中的一种或两种W上任意组合。4. 如权利要求1所述纤维素基生物质片材，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂、侣 酸醋偶联剂或铁酸醋偶联剂中的一种或两种W上任意组合。5. 如权利要求1所述纤维素基生物质片材，其特征在于，所述成核剂为山梨醇类透明 成核剂、有机憐酸盐类成核剂或径酸盐类成核剂中的一种或两种W上任意组合。6. 如权利要求1所述纤维素基生物质片材，其特征在于，所述相容剂为乙締-丙締酸共 聚物、环氧树脂或天然乳胶中的一种或两种W上任意组合。7. 如权利要求1所述纤维素基生物质片材，其特征在于，所述润滑剂为聚乙締蜡、白 油、氧化聚乙締蜡或环氧硬脂酸辛醋中的一种或两种W上任意组合。8. 制备权利要求1-7任一项所述的纤维素基生物质片材的方法，其特征在于，包括下 述步骤： 1) 、按照配比，取竹粉，加入增塑改性剂进行改性，溫度设置为50~160°C; 2) 、按照配比，揽拌下，向步骤1)所得的物料中加入偶联剂、Bio-PE、成核剂、相容剂W 及润滑剂，保持溫度与改性时溫度一致，冷却到50°CW下； 3) 、将所述物料挤出成型为纤维素基生物质片材。9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤2)中冷却后的物料加入到平行双螺 杆片材机，经过Ξ漉挤出成型为纤维素基生物质片材。10. 如权利要求9所述方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的长径比为44:1~52:1， 机筒各区溫度设置为80°C~180°C，机头溫度设置为130°C~150°C，螺杆转速为200~250 转/分；所述平行双螺杆片材机中的挤出机料筒溫度设置为140°C~20(TC，模头溫度设置 为 17(TC~19(TC。
【专利摘要】本发明公开了一种纤维素基生物质材料，其原料包括如下重量份数的成分：竹粉25～60,增塑改性剂0.5～5份,偶联剂0.5～3份,Bio-PE20～70份,成核剂0.1～1份,相容剂1～5份,润滑剂0.5～5份。上述纤维素基生物质材料的制备方法：上述原料的共混料通过双螺杆挤出机挤出制成粒料，然后将粒料加到平行双螺杆片材机中，经过三辊制成所述纤维素基生物质片材，卷取，包装。本发明通过选取适合原料以及设计各原料的质量配比，制得的纤维素基生物质片材可生物降解，资源可再生，不会污染环境，帮助减少温室气体排放。且产品原料来源广泛，性价比高，吸塑后产品可用于制作花钵制品、电子包装容器、托盘等，应用广泛。
【IPC分类】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
【公开号】CN105238088
【申请号】CN201510725191
【发明人】潘丽娟, 张灿, 王淑敏
【申请人】武汉华丽生物股份有限公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年10月30日