[发明专利]环保生物质材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用挤出法连续生产环保生物质材料和制品的工艺方法，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

随着自然资源日益减少，环境日趋恶化，人们的环保意识也日渐增强，来源广泛、绿色环保、可循环再生的生物质纤维材料的利用已越来越被关注。据估计，每年地球上的植物可产生2000亿吨纤维素、1500亿吨木质素、1000多亿吨半纤维素，这是地球上最大的可再生资源。植物纤维极性很强，具有较强的吸水性，分散效果差，流动性差，常以聚集状态存在。目前，美国、日本、韩国、德国等开展的相关研究，主要集中于木塑复合材料复合工艺及界面改性等方面。

在现有的生物质包装材料专利中，很大一部分为生物质纤维材料与聚乙烯、聚丙烯等树脂共混通过模压成型或挤出成型制备木塑复合材料。这种应用有很大的局限性。首先，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。虽然挤出成型工艺可以实现制品生产过程的连续化，但挤出成型多适用于塑料或木塑复合材料等流动性能或粘弹性较好的材料。而由于植物纤维常以聚集状态存在，且其浆料属于水基浆料，易发生固液分离的现象，一般不适于挤出成型。

发明内容

本发明的目的之一在于针对目前生物质型材加工工艺过程中存在的不足，提供一种可连续生产的工艺方法，即挤出法生产工艺，实现生物质材料和制品的连续生产工艺过程，克服间歇式生产工艺过程的不足，提高生产效率。

本发明的目的之二是针对生物质材料和制品降解过程中存在的问题，提供一种可自然降解的新型绿色环保生物质材料，实现生物质材料的完全降解。

按照本发明提供的技术方案，一种环保生物质材料，按重量份计，包括基体材料50~60份、淀粉15~20份、增塑剂15~25份、硅烷偶联剂2.5~5份、润滑剂2.5~5份；

将上述原料充分搅拌混合均匀后进行水浴加热，然后通过螺杆挤出机挤出，并经与口模相同形状的模具塑造成型，即制得环保生物质材料。

所述基体材料为废纸纤维，或者废纸纤维与农作物秸秆、木粉或水生植物茎叶中的一种或几种生物质材料的混合物，形成混合生物质原料；采用混合生物质原料时，废纸纤维占基体材料的比例按质量计不小于60%。

所述淀粉为原淀粉，具体为玉米淀粉、马铃薯淀粉或麦类淀粉中的一种或几种的混合物。

所述增塑剂为复合增塑剂，复合增塑剂为尿素和甘油的混合物；其中尿素和甘油的质量比值范围为1/3~3。

所述润滑剂为石蜡类润滑剂，具体为液体石蜡和/或固体石蜡。

所述环保生物质材料的制备方法，按重量份计步骤如下：

（1）基体材料的初步处理：

废纸纤维：将废弃瓦楞纸板浸泡脱胶后用水力碎浆机碎浆，至浆料中絮团状成分占总浆料的质量比例不大于30%，且纤维絮团的平均尺寸不大于5.0mm；然后把浆料滤水至含水率70~90%备用；

采用混合生物质原料时，用质量比例不小于60%的废纸纤维与以下一种或几种生物质材料混合：

a、农作物秸秆：将农作物秸秆用粉碎机粉碎至颗粒尺寸不大于3mm，浸泡6~8h，把浆料滤水至含水率70%~90%备用；

b、木粉：将木材加工剩余物木粉用粉碎机粉碎至颗粒尺寸不大于3mm，浸泡6~8h，把浆料滤水至含水率70%~90%备用；

c、水生植物茎叶：将水生植物茎叶用粉碎机粉碎至颗粒尺寸不大于3mm ，浸泡6~8h，把浆料滤水至含水率70%~90%备用。

（2）物料混合：取步骤（1）制备的基体材料中的废纸纤维或废纸纤维与一种或几种生物质材料的混合物50~60份、淀粉15~20份、增塑剂15~25份、硅烷偶联剂2.5~5份、润滑剂2.5~5份常温下充分混合搅拌20~40min，搅拌速度为10~20r/min；然后进行水浴加热，同时不断地均匀搅拌；

其中水浴温度为80~90℃，水浴时间为10~20min，搅拌速度为10~20r/min；最后，在常温下混合搅拌10~20min，搅拌速度为10~20r/min，即可制备混合物料；

（3）挤出成型：将步骤（2）所得的混合物料通过螺杆挤出机及模具挤出型坯；挤出机螺杆转速范围为30~40r/min，挤出时挤出机内的加工温度范围为80~90℃，挤出压力范围为16~20MPa；