[发明专利]一种植物纤维原料的塑化方法

说明书

技术领域

本发明属于植物纤维原料加工与应用领域，主要涉及一种植物纤维原料的塑化方法。

背景技术

目前，不可再生资源日益短缺，能源危机日趋严重，而生物质能源因其来源广泛、可再生性强、价格低廉等优点成为当前国际研究的热点。其中植物纤维原料已经成为化石资源的一个理想替代品。

木材塑化，传统上指通过酯化和醚化等手段，用其他的官能团来取代木材中的羟基，以减少各成分之间的氢键，使其分子之间的结合了下降，破坏纤维素的结晶结构，使得木材在一定的温度下软化，成为热塑性材料。塑化后的木材，可以用普通塑料的加工方法加工成型，用以替代部分石油产品，或用于无胶人造板及木塑复合材料的制造。天然植物纤维原料塑化最早在1979年由funakoshi以及Shiraishi等人提出，通过化学方法，利用其功能性官能团取代或者部分取代植物纤维中纤维素、半纤维素等上面的羟基基团，既能削弱纤维素大分子之间的氢键作用，又可以使得纤维素和半纤维素等分子之间的结合力大大下降。另外，纤维素的结晶结构也会由于改性而遭到破坏，最终使得天然植物纤维材料能够在一定的温度下软化、熔融，成为具有热塑性的新材料。目前天然植物纤维原料塑化方法包括氰乙基化、乙酰化、苄基化、丙酰化、烯丙基化、烷基化等。发展至今，木材乙酰化技术已经实现了工业化生产，很多公司从事乙酰化木材的商业化生产，如瑞典和丹麦的DanAcell、荷兰的Titan等。其缺点是增重率偏低、处理后的溶剂比较难完全去除。

中国专利CN105073928A公布了一种包括高度塑化的纤维素酯的热熔和压敏粘合剂和与之相关的方法和制品，该高度塑化的纤维素酯可以用作粘合剂，包括用于生产层压体。例如生产层压体可以包括提供粘合剂熔体，其包含粘合剂，该粘合剂包含纤维素酯和增塑剂，该增塑剂所占的量是该粘合剂的大约30％重量-大约75％重量，将该粘合剂熔体施用到基底上，和使得该粘合剂熔体冷却，以便在该基底上产生层压体。但是该专利是以高度塑化的纤维素酯为主体，没有具体涉及到纤维素塑化方法且对含有木质素的植物纤维原料该专利没有涉及。

中国专利CN105778549A公布了一种酒石酸铁钠和甘油屏蔽木粉羟基制备注塑级生物基塑料的方法，该方法目的是为了提供一种工艺简单、生产成本低、易实现产业化的生物质塑料的制备方法。取木质纤维原料粉碎，然后用球磨机对原料进行球磨得粉料，球磨时间为4-15h。在配制有酒石酸铁钠溶液的容器中加入经球磨预处理的木质纤维粉料，经冰箱1-5℃低温润胀后放入内腔温度为30-80℃的捏合机中捏合3-6h，烘干制得具有一定热塑性的初始样品，在初始样品中加入质量分数为5-40％的甘油，在温度为50-140℃，转速为30-110r/min的条件下在双螺旋挤出机中循环5-60min，然后挤出得到注塑级的生物基塑料。该发明工艺简单，资源利用率高，得到的产品具有力学性能佳，绿色环保，可生物降解等优点。该专利是利用酒石酸铁钠和甘油使植物纤维原料具备木塑的性能，但是酒石酸铁钠和甘油相对成本较高，且甘油不易固化对将来的应用不利。

中国专利CN105504585A公布了一种木塑材料，通过如下重量配比的原料生产加工而成：废旧聚氯乙烯20～40％、植物纤维10～15％、碳酸氢钙15～25％、胶合剂2～7％、润滑剂3～6％、木粉2～30％、秸秆粉1～22％、聚丙烯酯2～10％、氧化锆1～4％、氧化钌2～6％，该发明木塑材料可一步加工成型，然而，该木塑材料通过加入高分子塑料等其它的塑性材料而成的，依靠的是塑性高分子产生的塑化性能，没有对木质本身进行塑化改性。

中国专利CN105694502A公布了一种木塑材料，采用如下重量份的原料制成：木粉30-40份、秸秆粉25-35份、植物藤粉25-35份、纸粉10-15份、旧塑料粒10-15份、聚丙烯19-25份、聚氯乙烯19-25份、强化剂12-18份、填充剂8-13份、粘合剂8-13份，该发明木塑材料制作简单，充分利用多样化原料，但采用的木质塑化方法仍然是混合塑性高分子为主，没有对木质本身进行塑化改性。

本发明基于长期的实践经验及丰富的专业知识积极加以研究和创新，发明了一种通过螺杆或塑练机的挤压、剪切和塑化作用，降低了植物纤维原料的玻璃化温度，使得木质纤维能在50-240℃温度塑化加工成型的方法。此方法，使植物纤维原料能够在塑料、木塑复合材料、纺织和木材加工等领域得到有效应用，拓宽了植物纤维原料的应用领域。

发明内容