[发明专利]一种纤维素基生物质片材及其制备方法

说明书

技术领域

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

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。

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。

与淀粉同为聚多糖的纤维素每年的产量高达2×10¹¹吨，远高于石油基高分子材料的1.8×10⁹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。

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

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。

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：

优选地，所述竹粉是目数30～200的竹粉。

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。

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。

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。

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。

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。

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：

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℃；

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℃以下；

3)、将步骤2)所得到的冷却后的物料，挤出造粒，得到粒料；

4)、将所述粒料挤出成型为纤维素基生物质片材。

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。

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℃～180℃，机头温度设置为130℃～150℃，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℃～200℃，模头温度设置为170℃～190℃。