[发明专利]改性木质素与纸纤维复合材料的制备方法及其产品和应用

说明书

本发明公开了一种改性木质素与纸纤维复合材料的制备方法及其产品和应用，由于纸纤维不宜采用很多方法进行化学处理，故对同为植物主要组成部分的木质素进行改性，采用湿法研磨工艺在低温下对制得的木质素进行处理，使其具有防水防污能力并且获得良好分散，然后经过喷雾干燥工艺得到木质素干粉，之后木质素和聚丙烯共混纺丝得到短纤维，最后利用真空模塑成型工艺木质素和纸浆混合均匀成浆，经过真空内吸附成型，从而得到改性木质素的复合模塑样件。适合各种具有防水防污需求的纸壳包装箱、盒等的生产应用。

技术领域

本发明属于高分子复合材料制备领域，具体涉及一种改性木质素与纸纤维复合材料的制备方法及其产品和应用。

背景技术

木质素是植物细胞中三维高分子网状芳香聚合物。 是自然界中唯一的可提供再生性芳香基化合物的非石油类资源。由于木质素(lignin)其性质不均一，化学结构复杂、分离与提取工艺繁琐，容易发生缩合反应， 从而严重制约着木质素的开发与利用。在造纸制浆生产过程中，以植物纤维为原料每年分离出数亿吨的纤维素，然而却产生大量的木质素副产物(约5000万吨)，多以污染物“黑液”的形式直接排入自然水体中，部分产物被浓缩后燃烧，能得到有效利用的木质素低于20%，其中可以资源化利用的木质素更少，因而，这不仅造成了有机资源的浪费，并且严重的污染了环境。

随着人们生活水平的提高，石油和天然气等化石资源大量开发，使得化石资源不仅严重地污染了环境，且面临着日渐枯竭的严重形势。在自然界中，木质素是仅次于纤维素的第二大类可再生生物质资源。据统计，全球每年产生约6×10¹⁴ t天然木质素，且以1600亿吨/年的产量递增。由于木质素生物质储量丰富，是可再生资源，可作为获取洁净能源和高附加值化学品的原料而受到广泛关注。

作为原本植物主要组分的木质素可以利用高分子加工工艺，和纸纤维进行很方便的复合，有很大的发展潜力。

发明内容

针对纸纤维不宜采用很多方法进行化学处理，故对同为植物主要组成部分的木质素进行改性，本发明目的在于提供一种改性木质素与纸纤维复合材料的制备方法。

本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的改性木质素与纸纤维复合材料产品。

本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。

本发明目的通过下述方案实现：一种改性木质素与纸纤维复合材料的制备方法，其特征在于采用湿法研磨工艺在低温下对制得的木质素进行处理，使其具有防水防污能力并且获得良好分散，然后经过喷雾干燥工艺得到木质素干粉，之后木质素和聚丙烯共混纺丝得到短纤维，最后利用真空模塑成型工艺木质素和纸浆混合均匀成浆，经过真空内吸附成型，得到改性木质素的复合模塑材料，具体步骤为：

(1)改性木质素的制备：取制浆造纸黑液粉末即木质素磺酸盐，溶于水中配成溶液过滤，之后向滤液中加入浓盐酸搅拌，将得到的溶液过滤后取不溶物质真空干燥，得到碱木质素粉末；取碱木质素粉末100-400g，去离子水2000g，改性助剂0.5-20g，经过预混后灌入湿法研磨设备，研磨介质为氧化锆微球，研磨转速1700-2000rpm，研磨期间物料温度控制在25℃以下，研磨0.5-2小时得到改性木质素浆料，对改性木质素浆料进行喷雾干燥处理，得到干燥的改性木质素粉末；

(2) 改性木质素短纤维制备：取改性木质素粉末100g，聚丙烯30-100g，投入熔融纺丝机纺丝，纺丝温度不高于230℃，切断后得到改性木质素短纤维；

（3）真空模塑成型：取商品纸浆板100g，前述得到的改性木质素短纤维5-50g，去离子水10-20kg，一起加入到烧杯中搅拌30-60分钟，最后形成均一的纸纤浆料；将网模置入成型模腔内，根据目标模塑样件厚度，在模腔在加入一定量的纸纤浆料，模具外抽真空，使纸浆通过网模，把水滤掉，将纸纤截留在网模上，使纸纤浆料在成型腔内的网模上成型，水从网模下端排出，成型样件脱模后再经过压实定型和烘干，得到最终产物。