本發(fā)明涉及一種吹塑薄膜技術(shù)，具體涉及到一種纖維素粉和生物降解樹脂共混改性材料制備吹塑薄膜的方法。

背景技術(shù)：

人類生產(chǎn)、生活大量依賴化石資源，在使用化石資源的過程中，向大氣中排放出大量的二氧化碳，使全球氣候變暖，引起全球極端氣候變化，給人類及自然造成極大的損失。中國(guó)政府在巴黎全球氣候大會(huì)上承諾，到2030年單位GDP二氧化碳排放下降60-65％，到2050年減少對(duì)石化產(chǎn)品依賴50％。

開辟生物質(zhì)資源，利用生物質(zhì)提取和制備新材料，是減少碳排放、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的一條有效途徑。從日常人類種植的糧食作物來看，糧食和秸稈的比例大概1：1，目前市場(chǎng)上多用淀粉類生物質(zhì)和生物降解樹脂共混(如CN102373858A)，這樣雖然有了生物質(zhì)的概念，但使用淀粉，形成了和人類爭(zhēng)糧食的局面，就造成的大量的糧食浪費(fèi)。

本發(fā)明利用生物質(zhì)秸稈材料提取的纖維素、半纖維素，經(jīng)過常溫和低溫細(xì)化后，變成粒徑小于50微米的顆粒，和生物降解樹脂共混后作為一類新型薄膜類材料使用，這樣就開辟了一條新型生物質(zhì)材料制備生物降解共混材料的新路徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中生物質(zhì)薄膜需要淀粉，且淀粉與生物降解樹脂制備的薄膜斷裂伸長(zhǎng)率性能差，本發(fā)明提供一種纖維素粉和生物降解樹脂共混改性材料制備吹塑薄膜的方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種纖維素粉和生物降解樹脂共混改性材料制備吹塑薄膜的方法，包括以下步驟：

1)纖維素細(xì)化：首先通過溫度為10℃-15℃的一級(jí)恒溫磨粉設(shè)備，將纖維素細(xì)化至粒徑100目(即粒徑小于150μm)以下，再進(jìn)入溫度為-10℃的二級(jí)低溫恒溫的超微細(xì)化粉碎機(jī)，微細(xì)化，得超微細(xì)化纖維素粉；

2)干燥：將超微細(xì)化纖維素粉在高速混合機(jī)中高速混合干燥，除去水份，得纖維素粉；所述干燥的溫度為100-130℃，干燥至水份含量小于0.2％；

3)混合和相容性處理：步驟2)干燥后的纖維素粉和生物降解樹脂混合，并加入相容劑、潤(rùn)滑劑和增塑劑、無機(jī)填料一同混合均勻并加熱，至生物降解樹脂熔化；混合熔化均勻后放料至容器內(nèi)，降溫得混合物料；所述加熱溫度為130-150℃；

4)混煉造粒：降溫后將步驟3)混合物料經(jīng)雙螺桿機(jī)擠出造粒，得到高含量纖維素母料顆粒；雙螺桿擠出溫度為120-150℃；

5)吹膜：將步驟4)制得的高含量纖維素母料顆粒與生物降解樹脂混合均勻，直接采用吹膜機(jī)擠出吹膜或者混合均勻后經(jīng)過雙螺桿加熱進(jìn)一步混煉，擠出造粒，再采用單螺桿吹膜機(jī)吹膜；

本發(fā)明吹膜機(jī)采用長(zhǎng)徑比大于30:1、喂料口帶強(qiáng)制冷卻、喂料口機(jī)筒設(shè)計(jì)帶縱向溝槽的單螺桿吹膜機(jī)，吹膜機(jī)螺桿帶屏障混煉段和銷釘混煉頭，以進(jìn)一步加強(qiáng)塑化。吹膜溫度根據(jù)所用的生物降解樹脂及設(shè)備而定。

本發(fā)明所述的超微細(xì)化纖維素粉和生物降解樹脂共混改性材料及吹塑薄膜的制備方法，其進(jìn)一步技術(shù)方案為，步驟1)所述的纖維素為木材、秸稈、谷殼、棉花、紙張等生物質(zhì)材料，優(yōu)選來自秸稈、谷殼或紙張；

本發(fā)明所述的超微細(xì)化纖維素粉和生物降解樹脂共混改性材料及吹塑薄膜的制備方法，其進(jìn)一步技術(shù)方案為，步驟1)所述超微細(xì)化纖維素粉的粒徑小于50μm；

本發(fā)明所述的超微細(xì)化纖維素粉和生物降解樹脂共混改性材料及吹塑薄膜的制備方法，其進(jìn)一步技術(shù)方案為，步驟3)所述的生物降解樹脂為可降解的脂肪族聚酯，如PBAT(聚丁二醇己二酸對(duì)苯二甲酸酯)、PCL(聚己內(nèi)酯)、PBS(聚丁二醇丁二酸酯)、PBSA(聚丁二醇丁二酸己二酸酯)、PBST(聚丁二醇丁二酸對(duì)苯二甲酸酯)、PLA(聚乳酸)等高分子材料的一種或者多種材料；

本發(fā)明所述的超微細(xì)化纖維素粉和生物降解樹脂共混改性材料及吹塑薄膜的制備方法，其進(jìn)一步技術(shù)方案為，步驟3)所述的相容劑選自和纖維素、生物降解樹脂有良好相容性，能以氫鍵和化學(xué)鍵促進(jìn)纖維素和生物降解樹脂的相容性，步驟3)中所述相容劑用量為纖維素粉用量的1-20％，優(yōu)選至1-5％；

所述的相容劑選自單硬脂酸甘油酯、氧化聚乙烯蠟、馬來酸酐接枝聚乙烯蠟、硬脂酸酰胺、油酸酰胺、乙撐雙油酸酰胺、芥酸酰胺、馬來酸酐接枝石蠟、馬來酸酐接枝的生物降解樹脂等；

本發(fā)明所述的超微細(xì)化纖維素粉和生物降解樹脂共混改性材料及吹塑薄膜的制備方法，其進(jìn)一步技術(shù)方案為，步驟3)所述的潤(rùn)滑劑選自硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、石蠟、氧化石蠟、馬來酸酐接枝石蠟、馬來酸酐接枝聚乙烯蠟等，步驟3)中所述潤(rùn)滑劑用量為纖維素粉用量的0.5-5％，優(yōu)選為0.5-2％。

本發(fā)明所述的超微細(xì)化纖維素粉和生物降解樹脂共混改性材料及吹塑薄膜的制備方法，其進(jìn)一步技術(shù)方案為，步驟3)所述的增塑劑選自甘油、山梨糖醇等低分子醇化合物，步驟3)所述增塑劑用量為纖維素粉用量的0.5-5％，優(yōu)選為0.5-2％。

本發(fā)明所述的超微細(xì)化纖維素粉和生物降解樹脂共混改性材料及吹塑薄膜的制備方法，其進(jìn)一步技術(shù)方案為，步驟3)所述的無機(jī)填料為滑石粉、碳酸鈣等，無機(jī)填料的用量與纖維素粉用量的比例為0.5：(5～10)，無機(jī)填料的顆粒粒徑要小于50μm；

本發(fā)明涉及的術(shù)語“生物降解”是指在微生物和酶的作用下，有機(jī)化合物被微生物和酶分解為二氧化碳和水或者甲烷，及其所含物質(zhì)的礦化鹽和新的生物質(zhì)。除特殊說明外，本發(fā)明所有物料的使用量及其比例均是以重量計(jì)。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明提供了一種可以規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化的、低成本使用生物質(zhì)纖維材料的新途徑，尤其是像秸稈、谷物的外殼這一類廢棄物；目前生物降解樹脂和生物質(zhì)材料共混多選用淀粉為生物質(zhì)，存在和人爭(zhēng)糧的問題，而且淀粉是一類易吸水的材料，使共混材料的保質(zhì)期大打折扣，而纖維素具有不易水解，保存時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)；

2)在農(nóng)作物生產(chǎn)過程中，農(nóng)作物所產(chǎn)生的糧食和秸稈、谷殼的比例大概1:1，有時(shí)秸稈、谷殼的比例略微多一些，使用秸稈、谷殼等提取的纖維素、半纖維素來制備新材料，使這些廢棄的資源得到充分的利用，有益于自然環(huán)境，減少對(duì)石化產(chǎn)品的使用，減少碳排放；

3)纖維素由于其特殊的結(jié)構(gòu)，使得該類材料在被工業(yè)使用的過程中，大都采用化學(xué)的方法，在生產(chǎn)過程中對(duì)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生很大壓力，也提高了這類材料的應(yīng)用成本；本發(fā)明采用物理粉碎、混合的工序替代了化學(xué)的方法，解決了這一技術(shù)問題；

4)本發(fā)明采用獨(dú)特的物理環(huán)保的生產(chǎn)工藝，制備超微纖維素粉并和生物降解樹脂共混，分散更加均勻，提高的薄膜強(qiáng)度和美觀度，開辟了纖維素在薄膜類材料中應(yīng)用的新方法。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面結(jié)合具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。

物理機(jī)械性能依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T21661-2008塑料購(gòu)物袋。

實(shí)施例1

將廢棄的紙張，首先通過一級(jí)恒溫(溫度是10-15℃)磨粉設(shè)備，將紙張纖維素先細(xì)化至100目(150μm)以下，再進(jìn)入二級(jí)低溫恒溫的超微細(xì)化粉碎機(jī)(溫度設(shè)定為零下10℃)微細(xì)化，粒徑小于15μm。

將微細(xì)化粒徑為15μm的紙張粉20kg加入高混機(jī)中加熱混合干燥，干燥溫度120℃，時(shí)間1小時(shí)左右，混合至無水汽，要求干燥至水分0.2％以下；

取上述干燥好的粉末6kg，和PBAT 3kg加入高速混合機(jī)高速混合，加入氧化聚乙烯蠟1kg、0.03kg硬脂酸鋅和增塑劑甘油0.10kg，加入細(xì)度為2000目的滑石粉300g，混合熔化均勻，加熱溫度為135℃，混合過程中，須將粘在混合機(jī)壁上的粉末每隔20分鐘刮下來。混合好后放料至容器內(nèi)，降溫。

將混合好的料加入雙螺桿擠出機(jī)中，設(shè)定雙螺桿擠出溫度120-150℃，擠出切粒。紙張微細(xì)粉含量約為57％。

稱取以上制成的顆粒8kg和PBAT 7kg干混均勻，使混合物紙張微細(xì)粉含量約30％，直接采用吹膜機(jī)擠出機(jī)吹膜，擠出機(jī)溫度設(shè)定為120-150℃，擠出機(jī)轉(zhuǎn)速20r/min，牽引速度15m/min，吹制厚度0.020mm的薄膜，并測(cè)試強(qiáng)度。

實(shí)施例2

將按照實(shí)施案例1所制干燥的微細(xì)化紙張粉末6kg和PBS3kg加入高速混合機(jī)，并加入馬來酸酐接枝石蠟1.2kg和0.3kg硬脂酸鋅、增塑劑甘油0.10kg、細(xì)度為2000目滑石粉500g，加熱溫度135℃，混合熔化均勻，混合過程中，須將粘在混合機(jī)壁上的粉末每隔20分鐘刮下來?；旌虾煤蠓帕现寥萜髦薪禍兀?/p>

將混合好的料加入雙螺桿擠出機(jī)中，設(shè)定雙螺桿擠出溫度120-150℃，擠出切粒。微細(xì)化紙張粉末含量約為54％。

取上述高含量微細(xì)化紙張粉末母料6kg和PBAT(MFR≤5)10kg，混合均勻。紙張粉末含量為20％。將混合好的料經(jīng)過雙螺桿加熱進(jìn)一步混煉，擠出造粒，再采用單螺桿吹膜機(jī)吹膜，擠出機(jī)溫度設(shè)定為120-150℃，擠出機(jī)轉(zhuǎn)速18r/min，牽引速度15m/min，吹制厚度0.020mm的薄膜，并測(cè)試強(qiáng)度。

實(shí)施例3

將秸稈灰塵土壤清理干凈，切至約5-10mm長(zhǎng)，在烘箱里100℃烘干2小時(shí)以上，取出晾涼備用。

將上述烘干的秸稈首先通過一級(jí)恒溫(溫度是10-15℃以下)磨粉設(shè)備，先細(xì)化至100目(150μm)以下，再進(jìn)入二級(jí)低溫恒溫的超微細(xì)化粉碎機(jī)(溫度設(shè)定為零下10℃)微細(xì)化，粒徑小于15μm。

將秸稈粉末6kg先加入真空干燥混合的設(shè)備中，加熱溫度100℃，加熱除去水分，約需1小時(shí)，加PBSA3kg、單硬脂酸甘油酯0.06kg和0.2kg硬脂酸、滑石粉200g、增塑劑山梨糖醇100g，加熱溫度為145℃混合熔化均勻?；旌虾煤蠓帕现寥萜髦薪禍?。將混合好的料加入雙螺桿擠出機(jī)中，設(shè)定雙螺桿擠出機(jī)溫度100-120℃，擠出切粒，制成濃度約63％的母料。

取上述母料5kg加入PBAT10kg，秸稈生物質(zhì)含量為20％。混合均勻擠出吹膜，擠出機(jī)溫度設(shè)定為100-120℃，擠出機(jī)轉(zhuǎn)速20r/min，牽引速度21m/min，吹制厚度0.020mm的薄膜，并測(cè)試強(qiáng)度。

實(shí)施例4

將稻殼粉除去灰塵，在100℃的烘箱中烘干2小時(shí)；然后在常溫下破碎至100目(150μm)以下，再進(jìn)入低溫恒溫的超微細(xì)化粉碎機(jī)(溫度設(shè)定為零下10-15℃)，微細(xì)化至粒徑小于15μm。

將細(xì)化好的稻殼粉加入真空干燥混合設(shè)備中，加熱溫度100℃，加熱除去水分，約需1小時(shí)，取干燥好的稻殼粉6kg加入PCL3kg、馬來酸酐接枝的聚乙烯蠟0.3kg、硬脂酸0.1kg、甘油0.1kg、滑石粉0.4kg，混合熔化均勻，加熱溫度150℃。

混好后放料至容器中降溫，加入雙螺桿擠出造粒，擠出溫度設(shè)定為80-100℃，得到稻殼微細(xì)粉含量61％的母料。

取上述母料6kg加入6kgPCL直接混合，稻殼粉微粉的含量30％混合均勻后擠出吹膜，吹膜溫度80-100℃，擠出機(jī)轉(zhuǎn)速18r/min,牽引速度25m/min,吹制厚度0.015mm的薄膜并測(cè)試強(qiáng)度。

按照本發(fā)明的制備方法，利用淀粉代替木材、秸稈、谷殼、棉花、紙張等生物質(zhì)材料，制備不同淀粉含量的薄膜并測(cè)試強(qiáng)度。

本發(fā)明實(shí)施例1-4及其利用淀粉代替木材、秸稈、谷殼、棉花、紙張等生物質(zhì)材料，制備不同淀粉含量的薄膜其強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率結(jié)果如表1所述：

表1結(jié)果測(cè)試

數(shù)據(jù)表明纖維素共混PBAT和淀粉共混改性PBAT的薄膜拉伸強(qiáng)度相比，前者強(qiáng)度要高，但斷裂伸長(zhǎng)率相比，纖維素改性的具有更好的平衡性，這是由于兩者分散機(jī)理、配方不同而導(dǎo)致的。一般來講目前市場(chǎng)上淀粉PBAT共混吹膜多用甘油糊化淀粉，提高分散性，并增塑，導(dǎo)致強(qiáng)度的下降，而且甘油易析出。

盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是應(yīng)該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做出各種改變、替換和變更。