一種良好界面相容性的環(huán)境友好型復(fù)合材料制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種良好界面相容性的環(huán)境友好型復(fù)合材料制造方法。要解決木質(zhì)纖維與可生物降解塑料間界面相容性差，傳統(tǒng)方法工藝復(fù)雜，成本較高，難以大規(guī)模推廣的問(wèn)題。本發(fā)明以木質(zhì)纖維和聚乳酸為原料，通過(guò)添加化學(xué)改性木質(zhì)素磺酸銨改善復(fù)合材料的界面相容性，采用高速混合—常溫預(yù)壓—平板熱壓的成型方式，制造出良好界面相容性的環(huán)境友好型木質(zhì)復(fù)合材料。產(chǎn)品可應(yīng)用于建筑裝飾、裝修材料以及一次性包裝材料等領(lǐng)域。此種制造方法能夠高效利用工業(yè)木質(zhì)素資源，重要的是，此種制造方法工藝操作簡(jiǎn)便，成本低廉，適合工業(yè)化推廣，有利于拓寬木質(zhì)復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域，提高產(chǎn)品的附加值，是一種綠色環(huán)保的木質(zhì)復(fù)合材料制造技術(shù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種良好界面相容性的環(huán)境友好型復(fù)合材料制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬人造板制造方法類(lèi)，特別涉及一種良好界面相容性的環(huán)境友好型復(fù)合材料制造方法。 【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，木質(zhì)纖維/可生物降解塑料復(fù)合材料以其綠色環(huán)保、高性能、高附加值、可完全生物降解的優(yōu)良特性逐漸受到廣泛關(guān)注，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括各種建筑裝飾、裝修材料，以及各類(lèi)食品、儀器等短周期使用的一次性包裝材料等行業(yè)。但是，由于木質(zhì)纖維的主要成分纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等含有大量的羥基基團(tuán)，使其具有較強(qiáng)的化學(xué)極性，而大部分可生物降解塑料都是非極性高分子化合物，導(dǎo)致復(fù)合材料的界面相容性較差，極大地影響復(fù)合材料的綜合性能及其應(yīng)用。因此，改善木質(zhì)纖維與可生物降解塑料之間的界面相容性問(wèn)題一直以來(lái)都是研究難題?，F(xiàn)有研究中可通過(guò)蒸汽爆破法、電暈法和等離子體放電法對(duì)木質(zhì)纖維進(jìn)行預(yù)處理，或是通過(guò)酯化處理、偶聯(lián)劑法和表面接枝處理法對(duì)木質(zhì)纖維進(jìn)行化學(xué)改性，以及通過(guò)接枝、共聚、共混和增塑對(duì)可生物降解性塑料進(jìn)行化學(xué)改性處理以改善復(fù)合材料的界面相容性，但是絕大多數(shù)方法工藝復(fù)雜，成本較高，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣使用。
[0003]木質(zhì)素磺酸鹽是亞硫酸法制漿造紙廢液中的再回收產(chǎn)品，是目前應(yīng)用范圍最廣的工業(yè)木質(zhì)素資源。木質(zhì)素磺酸鹽以非極性的芳香環(huán)側(cè)鏈和極性的磺酸基相結(jié)合的形式存在，具有一定的表面活性，符合偶聯(lián)劑的特性，通過(guò)化學(xué)改性處理可以改善木質(zhì)素的分子結(jié)構(gòu)和分子量的多分散性，可進(jìn)一步提高木質(zhì)素磺酸鹽的表面活性，在一定程度上能夠解決木質(zhì)纖維與可生物降解塑料之間的界面相容性差的問(wèn)題。同時(shí)，木質(zhì)素磺酸鹽具有天然的粘結(jié)性，能夠促進(jìn)木質(zhì)纖維與可生物降解塑料之間的粘結(jié)，可有效地提高木質(zhì)復(fù)合材料的力學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的:旨在解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種良好界面相容性的環(huán)境友好型復(fù)合材料制造方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，提出良好界面相容性的環(huán)境友好型復(fù)合材料制造方法，其特征在于:以來(lái)源于林木剩余物的木質(zhì)纖維和可生物降解塑料——聚乳酸為原料，通過(guò)添加化學(xué)改性木質(zhì)素磺酸銨改善復(fù)合材料界面相容性，采用平板熱壓工藝方式制得木質(zhì)纖維/聚乳酸復(fù)合材料。
[0006]一種良好界面相容性的環(huán)境友好型復(fù)合材料制造方法，包括下述步驟:
[0007](I)原料加工與干燥:將林木剩余物通過(guò)熱磨工序加工成木質(zhì)纖維，在40~80°C的干燥溫度下將木質(zhì)纖維的含水率控制在3~10% ；
[0008](2)木質(zhì)素磺酸銨的化學(xué)改性處理:將木質(zhì)素磺酸銨溶于一定量的蒸餾水中，配成濃度為20~50%的溶液，調(diào)節(jié)溶液pH值為2.0~5.0，依次添加一定量的化學(xué)改性劑和催化劑，將溶液均勻攪拌，反應(yīng)時(shí)間為0.5~2h，獲得化學(xué)改性木質(zhì)素磺酸銨溶液；
[0009](3)拌料與鋪裝:將步驟(1)所得木質(zhì)纖維、步驟(2)所得化學(xué)改性木質(zhì)素磺酸銨溶液和聚乳酸纖維先后加入到高速混合機(jī)中均勻混合3~lOmin，將混合后的物料進(jìn)行鋪裝，在常溫下，采用預(yù)壓壓力I~3MPa將物料壓制成厚度為30~70mm的板坯；
[0010](4)熱壓成型:將步驟(3)所得板坯，按照密度為0.80~1.2g/cm3,厚度為3~12mm;熱壓溫度為140~190°C，熱壓時(shí)間為5~15min，熱壓壓力為5~15MPa的熱壓工藝方式進(jìn)行成型，將成品進(jìn)行平衡處理后裁邊、砂光，即制成木質(zhì)纖維/聚乳酸復(fù)合材料。
[0011]作為優(yōu)化，所述化學(xué)改性木質(zhì)素磺酸銨為界面相容劑。
[0012]作為優(yōu)化，所述木質(zhì)素磺酸銨的化學(xué)改性劑為過(guò)氧化氫，所述催化劑為硫酸亞鐵。
[0013]作為優(yōu)化，所述化學(xué)改性劑的用量為木質(zhì)素磺酸銨質(zhì)量的5%~30%，催化劑的用
量為木質(zhì)素磺酸銨質(zhì)量的0.5%~3%。
[0014]作為優(yōu)化，所述化學(xué)改性木質(zhì)素磺酸銨的用量為木質(zhì)纖維和聚乳酸纖維質(zhì)量總和的5%~30%,聚乳酸纖維用量為木質(zhì)纖維和聚乳酸纖維質(zhì)量總和的10%~40%。
[0015]作為優(yōu)化，所述熱壓工藝方式 是指“高速混合一常溫預(yù)壓一平板熱壓”的熱壓成型方式。
[0016]作為優(yōu)化，所述木質(zhì)纖維/聚乳酸復(fù)合材料能夠在自然界中完全降解。
[0017]采用本發(fā)明的制造方法制造環(huán)境友好型木質(zhì)復(fù)合材料，一方面，可以改善復(fù)合材料界面相容性，同時(shí)可提高木質(zhì)復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度，該工藝操作簡(jiǎn)便，成本低廉，適合工業(yè)化推廣，有利于提高木質(zhì)復(fù)合材料產(chǎn)品的附加值，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域；另一方面，擴(kuò)大了工業(yè)木質(zhì)素的應(yīng)用領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)工業(yè)木質(zhì)素資源的高效利用。
【具體實(shí)施方式】
[0018]【具體實(shí)施方式】一:
[0019]本實(shí)施方式中良好界面相容性的環(huán)境友好型復(fù)合材料制造方法如下:
[0020](I)原料加工與干燥:將林木剩余物通過(guò)熱磨工序加工成木質(zhì)纖維，在(70±2) V的干燥溫度下將木質(zhì)纖維的含水率控制在8%左右；精確稱(chēng)取157g木質(zhì)纖維待用。
[0021](2)木質(zhì)素磺酸銨的化學(xué)改性處理:將26g木質(zhì)素磺酸銨溶于39g蒸餾水中，配成濃度為40%的溶液，調(diào)節(jié)溶液pH值到3.4，依次添加化學(xué)改性劑過(guò)氧化氫2.6g和催化劑硫酸亞鐵0.26g，將溶液均勻攪拌，反應(yīng)時(shí)間為lh，獲得67g化學(xué)改性木質(zhì)素磺酸銨溶液。
[0022](3)拌料與鋪裝:將步驟(1)中的157g木質(zhì)纖維、步驟(2)中的67g化學(xué)改性木質(zhì)素磺酸銨溶液和17g聚乳酸纖維先后加入到高速混合機(jī)中均勻混合5min，將混合后的物料進(jìn)行鋪裝，在常溫下，采用預(yù)壓壓力1.5MPa將物料壓制成厚度為40mm的板坯。
[0023](4)熱壓成型:將步驟(3)所得板坯，按照熱壓溫度為160°C，熱壓時(shí)間為6.5min，熱壓壓力為7MPa的平板熱壓工藝方式進(jìn)行成型，將成品進(jìn)行平衡處理后裁邊、砂光，即制成厚度為4.9mm,密度為0.97g/cm3的木質(zhì)纖維/聚乳酸復(fù)合材料。
[0024]【具體實(shí)施方式】二:
[0025](I)原料加工與干燥:將林木剩余物通過(guò)熱磨工序加工成木質(zhì)纖維，在(70±2) V的干燥溫度下將木質(zhì)纖維的含水率控制在8%左右；精確稱(chēng)取140g木質(zhì)纖維待用。
[0026](2)木質(zhì)素磺酸銨的化學(xué)改性處理:將40g木質(zhì)素磺酸銨溶于60g蒸餾水中，配成濃度為40%的溶液，調(diào)節(jié)溶液pH值到3.7，依次添加化學(xué)改性劑過(guò)氧化氫4g和催化劑硫酸亞鐵0.4g，將溶液均勻攪拌，反應(yīng)時(shí)間為lh，獲得103g化學(xué)改性木質(zhì)素磺酸銨溶液。
[0027](3)拌料與鋪裝:將步驟(1)中的140g木質(zhì)纖維、步驟(2)中的103g化學(xué)改性木質(zhì)素磺酸銨溶液和60g聚乳酸纖維先后加入到高速混合機(jī)中均勻混合7min，將混合后的物料進(jìn)行鋪裝，在常溫下，采用預(yù)壓壓力1.5MPa將物料壓制成厚度為50mm的板坯。 [0028](4)熱壓成型:將步驟(3)所得板坯，按照熱壓溫度為175°C，熱壓時(shí)間為9min，熱壓壓力為12MPa的平板熱壓工藝方式進(jìn)行成型，將成品進(jìn)行平衡處理后裁邊、砂光，即制成厚度為8.9mm,密度為1.18g/cm3的木質(zhì)纖維/聚乳酸復(fù)合材料。
[0029]上述【具體實(shí)施方式】?jī)H是本發(fā)明的具體個(gè)案，本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍包括但不限于上述【具體實(shí)施方式】，任何符合本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)所述的良好界面相容性的環(huán)境友好型復(fù)合材料制造方法都落入本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種良好界面相容性的環(huán)境友好型復(fù)合材料制造方法，其包括下述步驟: (O原料加工與干燥:將林木剩余物通過(guò)熱磨工序加工成木質(zhì)纖維，在40~80°C的干燥溫度下將木質(zhì)纖維的含水率控制在3~10% ； (2)木質(zhì)素磺酸銨的化學(xué)改性處理:將木質(zhì)素磺酸銨溶于一定量的蒸餾水中，配成濃度為20~50%的溶液，調(diào)節(jié)溶液pH值為2.0~5.0，依次添加一定量的化學(xué)改性劑和催化劑，將溶液均勻攪拌，反應(yīng)時(shí)間為0.5~2h，獲得化學(xué)改性木質(zhì)素磺酸銨溶液； (3)拌料與鋪裝:將步驟(1)所得木質(zhì)纖維、步驟(2)所得化學(xué)改性木質(zhì)素磺酸銨溶液和聚乳酸纖維先后加入到高速混合機(jī)中均勻混合3~lOmin，將混合后的物料進(jìn)行鋪裝，在常溫下，采用預(yù)壓壓力I~3MPa將物料壓制成厚度為30~70mm的板坯； (4)熱壓成型:將步驟(3)所得板坯，按照密度為0.80~1.2g/cm3，厚度為3~12mm ;熱壓溫度為140~190°C，熱壓時(shí)間為5~15min，熱壓壓力為5~15MPa的熱壓工藝方式進(jìn)行成型，將成品進(jìn)行平衡處理后裁邊、砂光，即制成木質(zhì)纖維/聚乳酸復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種良好界面相容性的環(huán)境友好型復(fù)合材料制造方法，其特征在于:所述化學(xué)改性木質(zhì)素磺酸銨為界面相容劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種良好界面相容性的環(huán)境友好型復(fù)合材料制造方法，其特征在于:所述木質(zhì)素磺酸銨的化學(xué)改性劑為過(guò)氧化氫，所述催化劑為硫酸亞鐵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的一種良好界面相容性的環(huán)境友好型復(fù)合材料制造方法，其特征在于:所述化學(xué)改性劑的用量為木質(zhì)素磺酸銨質(zhì)量的5%~30%，催化劑的用量為木質(zhì)素磺酸銨質(zhì)量的0.5%~3%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種良好界面相容性的環(huán)境友好型復(fù)合材料制造方法，其特征在于:所述化學(xué)改性木質(zhì)素磺酸銨的用量為木質(zhì)纖維和聚乳酸纖維質(zhì)量總和的5%~30%，聚乳酸纖維用量為木質(zhì)纖維和聚乳酸纖維質(zhì)量總和的10%~40%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種良好界面相容性的環(huán)境友好型復(fù)合材料制造方法，其特征在于:所述熱壓工藝方式是指“高速混合一常溫預(yù)壓一平板熱壓”的熱壓成型方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種良好界面相容性的環(huán)境友好型復(fù)合材料制造方法，其特征在于:所述木質(zhì)纖維/聚乳酸復(fù)合材料能夠在自然界中完全降解。
【文檔編號(hào)】B29C43/58GK103540149SQ201310476535
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月14日
【發(fā)明者】胡建鵬, 郭明輝 申請(qǐng)人:東北林業(yè)大學(xué)