[发明专利]环保生物质材料的连续挤出式加工技术

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种采用连续挤出式加工技术生产环保生物质材料和制品的配方、工艺参数及生产流程，特别涉及一种使用废纸纤维原料挤出法连续生产纸护角、纸槽钢和纸板条等新型绿色环保生物质型材的工艺方法，属于可降解环保生物质材料及其相关技术领域。

背景技术

近年来，大量包装废弃物给我国带来资源浪费和环境污染，人们的环保意识不断增强，国际上的包装行业越来越关注提高环境指标，并提倡研发和使用新型的节能、可降解包装材料。植物纤维、淀粉等生物质材料是容易获取的可再生资源，具有价格低廉、无毒无害、密度小、比强度和比模量高、加工能耗小、生态环境相容性好等优点。其中的主要成分——木质素和纤维素每年以约1640亿吨的速度再生，目前已经有国内外学者采用植物纤维缓冲包装材料制作发泡缓冲材料，对淀粉与各类植物纤维混合制作发泡缓冲材料的工艺及配方进行了研究，但主要集中于木塑复合材料的复合工艺及界面改性等方面。生物质纤维材料与树脂共混，不能实现制品的完全降解；其次，模压成型属于间歇式生产工艺，不能实现型材生产过程的连续化。

已有部分学者对可连续生产的生物质包装材料配方与工艺进行了进一步的深入研究，获得了二次纤维塑化处理的方法。为瓦楞纸板二次纤维为主的生物质材料的挤出式加工工艺过程提供了技术支持，对该类生物质材料连续挤出加工具有一定实际意义。但却存在增塑剂及其他化学材料添加过多、成本高昂、工艺复杂、流程冗长及强度性能低的问题，不利于大面积生产推广。

发明内容

本发明的目的之一是在已有的生物质材料可连续挤出生产的配方方案基础上，进一步进行配方材料的优化设计，增加瓦楞纸板的废材，即基材的比例，最大程度地减少增塑剂、润滑剂等添加剂、助剂的使用，使用无污染，绿色安全，可降解，廉价且易获取的生物质材料，节约生产成本，真正实现纸质包装材料废材的可回收，可重复利用。

本发明的目的之二是在已有的生物质材料可连续挤出生产的工艺方案基础上，进一步进行工艺流程的优化设计，减少加工步骤，简化加工工序，最大程度地减少连续挤出加工时间，提高生产效率，为企业增加生产效益，使本工艺的工厂化生产成为一种可能。

本发明的目的之三是在已有的生物质材料可连续挤出生产的工艺方案基础上，提出对挤出产品的最大影响因素及其最佳水平，通过控制因素及水平，来控制生产制品的性能。

本发明的目的之四是优化材料性能，使材料的抗压强度提高，成为一种新型的轻质生物质材料。

本发明的技术方案是将主原料充分浸泡后用碎浆机制成纸浆，再将纸浆放入烘炉进行适当脱水处理，改变纸浆含水率。根据实验配方依次将原料与试剂混合，利用搅拌机均匀搅拌成非流态混合物，并对非流态混合物进行水浴加热。最后将非流态混合物投入分段电加热的挤出机内进行挤出加工，利用挤出机出料口口模挤出成型的方式制备材料。

本发明中，所述主原料包括废弃瓦楞纸材，纸板纸材等含纸纤维的废材，废纸的来源为各纸包装工厂加工后丢弃的废料，以及多次回收利用的废纸、废纸包装箱等；

本发明中，所述淀粉为马铃薯淀粉；

本发明中，所述试剂为淀粉及丙三醇，其中淀粉可在纸纤维间起胶黏作用，丙三醇则起到使纸纤维分子变柔软，增加流动性、可塑性的作用；

本发明中，所述实验配方按重量份计，共78份主原料，11份的淀粉以及11份的丙三醇；

本发明中，所述纸浆含水率为80％～85％；

本发明中，所述的挤出机包括螺杆挤出机以及具备类似功能的柱塞或活塞式挤出设备。

本发明中，所述工艺流程包括材料初步处理、基材与其他材料在常温搅拌下混合、水浴加热、挤出成型、制品后期处理。

本发明中，所述工艺影响因素包括挤出机三个分段的温度以及螺杆挤出机的转速。

本发明中，所述工艺因素水平包括50℃，65℃，80℃的温度，以及35r/min、40r/min以及45r/min的转速。

单螺杆挤出机在挤出全过程中分三段进行电加热。将螺杆由进料口至出料口方向的加热段，依次编号为第一段、第二段以及第三段。三段的温度设定有50℃、65℃、80℃。单螺杆挤出机的转速设定有35r/min、40r/min以及45r/min。

本发明中，配方中对挤出产品的密度和抗压强度性能的最大影响因素是丙三醇的比例，机械参数中对挤出产品、品的密度和抗压强度性能的最大影响因素是单螺杆挤出机第二段温度；

本发明中，所述最佳水平是螺杆挤出机的三段温度分别为65℃，65℃，80℃，转速为40r/min；