[发明专利]利用天然纤维生物质材料制备生物质基泡沫材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种利用天然纤维生物质材料制备生物质基泡沫材料的方法，属于木材科学与技术、农林剩余物转化利用技术领域。

背景技术

有机高分子泡沫材料具有质轻、隔热、隔音、减震、阻燃、防潮等各种优良性能，因而广泛应用于产品包装运输、车船制造、建筑绝热、管线保温防护等领域，成为继橡胶、塑料、纤维之后的一大重要的高分子材料。但日益增长的合成高分子泡沫材料不仅消耗大量的石油资源，难以降解的泡沫塑料垃圾对生态环境的威胁也越来越大，因此利用可再生天然生物质材料替代石油基化学品开发具有可循环利用和可生物降解的生物质基泡沫材料具有重要意义。

目前，国内外对生物质基泡沫材料的研究与应用，主要包括天然树脂基泡沫材料、植物油脂基泡沫材料、木素纤维基泡沫材料和淀粉基泡沫材料。其主要原理是利用生物质材料中的天然树脂、多元醇、多元羧酸、酚类物质等成分替代化学品用于泡沫材料的制备。因而具有原料来源广、成本低、环保型好等优点，可被应用于包装缓冲材料和建筑阻燃保温材料等领域。

发明内容

本发明是一种利用天然纤维生物质材料制备生物质基泡沫材料的方法，其目旨在提高生物质材料的利用价值，降低石油化工产品消耗。

本发明的技术解决方案：利用天然纤维生物质材料制备生物质基泡沫材料的方法，包括如下工艺步骤：

（1）生物质材料的液化转化，包括

1）将生物质材料干燥至含水率为16%以下，粉碎成100～400目的粉末。其中所述的生物质材料包括由木质素、纤维素、半纤维素组成的天然材料、尤指木竹、秸秆、果壳、树皮、甘蔗渣、玉米芯农林生物质材料；

2）将生物质粉末与液化剂搅拌混合均匀，持续搅拌，并在50～90℃条件下缓慢加入催化剂，升温至115～150℃,持续反应60～120min，降温至90℃以下，缓慢加入浓度不低于30%的烧碱溶液，调整pH值为10.0～13.0，持续冷却降温至30～50℃得到生物质的酚醇液化产物；

（2）可发性树脂的合成

将反应釜中的生物质酚醇液化产物升温至40～50℃，依次按比例加入甲醛和多聚甲醛，搅拌20～60min，升温至80～95℃，继续反应60～120min，冷却到40℃以下，放料，制成生物质基可发性树脂；

（3）合成树脂的发泡

将可发性树脂与表面活性剂、发泡剂、固化剂依次加入到容器中，快速搅拌均匀，迅速倒入模具中，并置于放入60～90℃的环境中发泡固化，50～90℃熟化60～180min，取出脱模，冷却，制得生物质基泡沫材料。

本发明的优点：利用农林废弃剩余物通过酸催化酚醇液化使其转化成具有高反应活性的酚型、糠醛型、多元醇类、多元羧酸类低分子结构物，在树脂化过程中用固体多聚甲醛替代部分甲醛溶液，因而不需要真空脱水程序即可制备适于发泡的高固体含量的树脂，该树脂具有酚醛树脂和聚氨酯部分性能，制成的泡沫材料克服酚醛泡沫脆化掉渣的缺点，并且具有优良的质轻、阻燃、隔声、防潮、隔热性能；成本低、环保可被可满足包装缓冲材料和建筑阻燃保温材料的应用要求。

具体实施方式

利用天然纤维生物质材料制备生物质基泡沫材料的方法，包括如下工艺步骤：

（1）生物质材料的液化转化，包括

1）将生物质材料干燥至含水率为16%以下，粉碎成100～400目的粉末。其中所述的生物质材料包括由木质素、纤维素、半纤维素组成的天然材料、尤指木竹、秸秆、果壳、树皮、甘蔗渣、玉米芯农林生物质材料；

2）将生物质粉末与液化剂搅拌混合均匀，持续搅拌，并在50～90℃条件下缓慢加入催化剂，升温至115～150℃,持续反应60～120min，降温至90℃以下，缓慢加入浓度不低于30%的烧碱溶液，调整pH值为10.0～13.0，持续冷却降温至30～50℃得到生物质的酚醇液化产物；

（2）可发性树脂的合成

将反应釜中的生物质酚醇液化产物升温至40～50℃，依次按比例加入甲醛和多聚甲醛，搅拌20～60min，升温至80～95℃，继续反应60～120min，冷却到40℃以下，放料，制成生物质基可发性树脂；

（3）合成树脂的发泡

将可发性树脂与表面活性剂、发泡剂、固化剂依次加入到容器中，快速搅拌均匀，迅速倒入模具中，并置于放入60～90℃的环境中发泡固化，50～90℃熟化60～180min，取出脱模，冷却，制得生物质基泡沫材料。