聚碳酸亚丙酯/农林生物质复合材料、制备方法及用途技术

本发明专利技术涉及农林生物质增强的可降解的聚合物复合材料及其制备方法、用途。该复合材料采用含有木质素、纤维素、半纤维素的农林生物质物作原料，以可降解材料聚碳酸亚丙酯为基体，农林生物质原料经历汽爆/不汽爆后，与基体聚碳酸亚丙酯原料在发泡剂、偶联剂、填料存在/不存在的条件下，熔融共混制得多孔材料、普通发泡材料、双孔发泡材料、装饰材料。本发明专利技术工艺简单，适用范围广，材料具有较好的尺寸稳定性、表面光滑细腻均匀，由于农林生物质和基体原料都是可以降解的材料，所制备的复合材料可以自然降解。

Poly (propylene carbonate) / agricultural and forestry biomass composite material, preparation method and Application

The invention relates to a biodegradable polymer composite material reinforced by agricultural and forestry biomass and a preparation method and use thereof. The composite materials used in agriculture and forestry biomass containing lignin, cellulose, semi cellulose as raw material, the biodegradable material poly propylene carbonate as base, agricultural biomass feedstock experience of steam explosion / steam explosion, and the matrix material in poly propylene carbonate foaming agent, coupling agent and filler in the presence / absence of conditions melting, prepared porous materials, ordinary foam material, double foam materials, decoration materials. The invention has the advantages of simple process, wide application range, the material has good dimensional stability, smooth surface and uniform, due to agricultural and forestry biomass and matrix materials are biodegradable materials, and the prepared composite material can be natural degradation.

【技术实现步骤摘要】
聚碳酸亚丙酯/农林生物质复合材料、制备方法及用途
本专利技术属于高分子复合材料
，更具体地，涉及以聚碳酸亚丙酯、农林生物质为基料制备可降解材料及其制备方法、用途，具体领域涉及多孔材料、发泡材料、装饰材料。
技术介绍
聚碳酸亚丙酯(PolypropyleneCarbonate，PPC)是温室气体二氧化碳与环氧丙烷聚合而成的全降解高分子聚合物，对节能减排有重要意义，可以代替普通塑料解决“白色污染”问题。与不可降解材料比，聚碳酸亚丙酯本身不含一级致癌物质甲醛，整个降解过程也不会分解释放甲醛；市售脲醛树脂复合材料使用中会释放出甲醛，是室内污染的重要来源之一；聚碳酸亚丙酯燃烧热值低，不易燃，聚碳酸亚丙酯分解或燃烧的最终产物是二氧化碳和水；聚氨酯易燃，燃烧后会产生大量剧毒的氰化氢，瞬间造成人员死亡；聚氯乙烯在焚烧时易产生氯化氢，甚至产生氯化二恶英，严重污染环境，影响人们的身体健康。与降解材料比，聚碳酸亚丙酯降解的中间产物和最终产物是中性；聚乳酸降解会产生酸性物质如乳酸，大规模使用聚乳酸会对环境产生潜在危害。但聚碳酸亚丙酯分子为无定形结构，玻璃化温度为36°C~40°C，低温脆性大，高温强度下降导致易变形，尺寸稳定性差、韧性差，限制了聚碳酸亚丙酯在其他领域中的应用。中国专利CN101432360A指出聚碳酸亚丙酯制作的容器烈日暴晒会变形。中国专利申请201610077487.2指出聚碳酸亚丙酯需要进一步降低成本、提高综合热力学性能，才能打开市场，进入千家万户。我国森林覆盖率较低，木材短缺。一方面，到2017年将全部停止天然林商业性采伐；另一方面，近年来快递业的兴起和居民对家居美观的追求，消耗大量的木材和包装材料。同时，农业和林业生产过程中产生了大量的农林生物质，最突出表现的是秸秆、枯枝落叶、蔗渣、沼渣，…。因为秸秆、枯枝、落叶燃烧导致的雾霾围城困境，每年农作物丰收的季节，就是一场兵临城下的季节，战场覆盖中国从南到北的产粮大省，消耗了大量人力物力财力。从分子结构看，秸秆、枯枝、落叶之类的农林生物质里含有大量的木质素、纤维素、半纤维素，其结构里含有大量的具有一定刚性的苯环、碳碳六元环、碳氧五元环，可用于高分子材料力学性能增强。农林生物质的处理方法有化学处理方法、生物处理方法、蒸汽爆破、机械粉碎、机械揉丝前处理等方法。其中，蒸汽爆破技术，简称汽爆，是使用一定压力的水蒸汽等介质对植物进行爆破，整合了化学水解和物理粉碎作用，能够在短时间(几分钟)内有效破坏原料细胞壁的致密结构，改变纤维的微观结构，使细胞壁破裂，改变纤维分子间的氢键作用，充分分离农林生物质里含有的木质素、纤维素、半纤维素，汽爆后的农林生物质比汽爆前具有更显著的多孔结构，增加了界面面积，使农林生物质与高分子更有效复合。汽爆法比化学、生物处理、机械粉碎、机械揉丝农林生物质方法时间短，能耗低、污染小，但是设备成本高。机械粉碎、机械揉丝也可以增加农林生物质表面积，同样可以使农林生物质与高分子有效复合。机械粉碎、机械揉丝设备成本低，但是能耗高。发泡材料因为富含泡孔，所以具有质轻、隔热、吸音、缓冲、减震、绝缘等特性，在工业、农业、建筑、交通运输等领域得到了广泛应用。常见发泡材料有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等发泡材料，这些材料使用后在自然界中无法自行光降解、热降解或为微生物所分解；且发泡塑料制品用后即弃，数量多，体积大，不便回收；导致其在自然环境中长期存在，成为严重的“白色污染”。另外，以发泡聚苯乙烯为主的一次性餐具(餐盒、碗、盘、杯)尽管价格低廉，但是存在“双酚类激素效应”，这些缺陷让人们一直在努力寻找环境友好的绿色发泡材料。发泡材料按其柔韧性分类，可分为软质、硬质和处于两者之间的半硬质发泡材料。硬质发泡塑料室温质地较硬，软质发泡塑料室温质地柔软。从泡孔特点去看，有文献把发泡材料中孔隙率充分的叫多孔材料，孔隙率从一的叫泡沫材料，还有的文献则认为，由于该材料最初采用发泡法制备，以后发展了渗流等制备法，应称之为通气性材料，更合适的名称应为多孔泡沫材料，简称多孔材料或泡沫材料或发泡材料均可。俗语把泡孔充分、人的肉眼可以看到泡孔的材料称为多孔材料，人的肉眼无法看到泡孔的材料称为发泡材料，其中，泡孔尺寸相对单一的发泡材料称为普通发泡材料，泡孔尺寸差别明显、具有大泡和小泡的称为双孔发泡材料。中国专利申请2013102032248制备了双孔发泡材料，因为不同生物组织的生长对支架孔径范围有不同的要求，骨组织要求支架具有100μm~400μm结构的泡孔，表皮细胞生长需要20μm~100μm的孔结构，而一般更小孔径的泡孔是营养物质及细胞代谢废物传递的通道。中国专利申请2015109400396认为同时具有大泡和小泡的泡沫材料，拥有较低的密度及优良的热绝缘性能。实木类和木塑类材料表面不光洁，受热会变黑，纹理和质感不能满足家具及室内外装饰材料外观装饰性的要求，常常需要进行表面处理，如表面贴面处理、表面拉毛整形、磨砂抛光。表面贴面处理包括木皮贴面、PVC塑料薄膜贴面、三聚氰胺板贴面等几种。木皮贴面用到的柚木等天然木材价格昂贵。PVC降解性不好。拉毛整形、磨砂抛光过程会产生能源消耗和粉尘污染。中国专利201210502729X指出家具表面的美观性在很大程度上取决于打磨质量的好坏。现在家具生产过程中，不论是实木企业还是板式家具企业，工作量和人数最多、最集中的就是打磨车间，出现问题最多的也是打磨车间，家具生产过程中，打磨工序消耗了大量成本。另外，随着装修热兴起，从地板到家具、橱柜、浴室柜、面板、墙面、柜面、柜层板、踢脚线、、吊顶、扣墙板、隔音材料等室内外用品，动用了大量的脲醛树脂木塑复合材料，这些材料在使用中会不断放出甲醛，对居民健康造成危害，轻则使人过敏、哮喘、头痛，重则致癌。自然界中含量最丰富的有机物第一位是纤维素，第二位是木质素。农林生物质因为含有纤维素、木质素、半纤维素，在加热、接触溶剂时会变黑，既往脱色多采用氢氧化钠、有机氯化物等化学试剂，化学试剂脱色会带来污染，同时降低农林生物质力学性能等性能，而且既往脱色主要针对纤维素和半纤维素进行脱色，木质素则以黑液形式直接排入江河，直接危害环境，同时造成木质素浪费。既往脱色只能对农林生物质在溶液里进行脱色，无法对非溶液里的农林生物质脱色，也无法对农林生物质及农林生物质复合材料加工后的尺寸较大的成品或制品有效脱色。
技术实现思路
针对上述现状，本专利技术提供聚碳酸亚丙酯/农林生物质复合材料及其制备方法，该方法能使聚碳酸亚丙酯和农林生物质复合为多孔材料、发泡材料、装饰材料。该方法能提高复合材料尺寸稳定性、改进表面性能，降低复合材料的生产成本，在改善性能的同时，可实现自然降解，且工艺简单，适用范围广。本专利技术要解决的第一个技术问题是使聚碳酸亚丙酯和农林生物质复合为多孔材料。该多孔材料尺寸稳定性被改进，室温、高温加热、高温暴晒、低温尺寸稳定。本专利技术要解决的第二个技术问题是使聚碳酸亚丙酯和农林生物质复合为普通发泡材料。该发泡材料尺寸稳定性被改进，室温、高温尺寸稳定。本专利技术要解决的第三个技术问题是使聚碳酸亚丙酯和农林生物质复合为双孔发泡材料。该双孔发泡材料不仅有大泡，还有小泡。本专利技术要解决的第四个技术问题是使聚碳酸亚丙酯和农林生物质复合为装饰材料。该材料制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
聚碳酸亚丙酯/农林生物质复合材料，其特征在于，该复合材料制备方法包括以下步骤：S1. 对农林生物质进行汽爆/不汽爆前处理，制备出汽爆/不汽爆前处理农林生物质；S2. 将汽爆/不汽爆前处理农林生物质、聚碳酸亚丙酯、塑化剂、发泡剂、填料在熔融共混设备里熔融共混；S3. 将步骤S2得到的制品放入模具，模压发泡，得多孔材料；S4. 步骤S2得到的制品，通入二氧化碳发泡，得普通发泡材料；S5. 步骤S2得到的制品模压发泡即第一次发泡得到多孔材料后，通入二氧化碳第二次发泡，得双孔发泡材料；S6. 步骤S2得到的制品，压平，通入二氧化碳，进行表面处理，得装饰材料。

【技术特征摘要】
1.聚碳酸亚丙酯/农林生物质复合材料，其特征在于，该复合材料制备方法包括以下步骤：S1.对农林生物质进行汽爆/不汽爆前处理，制备出汽爆/不汽爆前处理农林生物质；S2.将汽爆/不汽爆前处理农林生物质、聚碳酸亚丙酯、塑化剂、发泡剂、填料在熔融共混设备里熔融共混；S3.将步骤S2得到的制品放入模具，模压发泡，得多孔材料；S4.步骤S2得到的制品，通入二氧化碳发泡，得普通发泡材料；S5.步骤S2得到的制品模压发泡即第一次发泡得到多孔材料后，通入二氧化碳第二次发泡，得双孔发泡材料；S6.步骤S2得到的制品，压平，通入二氧化碳，进行表面处理，得装饰材料。2.根据权利要求1所述的聚碳酸亚丙酯/农林生物质复合材料，其特征在于，该复合材料包括以下重量份的组分：聚碳酸亚丙酯10份~100份农林生物质20份~120份塑化剂0.5份~5份发泡剂0份~30份偶联剂0份~20份填料0份~15份所述的聚碳酸亚丙酯树脂的重均分子量为10000-18000000；所述的聚碳酸亚丙酯/农林生物质复合材料，其特征在于，所述的偶联剂为铝酸酯类、钛酸酯类或硅烷偶联剂中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的聚碳酸亚丙酯/农林生物质，其特征在于，所述的农林生物质含有木质素、纤维素、半纤维素；根据权利要求3所述的农林生物质选自各种草本植物、各种藤本植物、各种木本植物、各种水生植物、各种禾本植物收获子实后的茎、叶、皮(壳)、根、果中的一种或几种混合物；根据权利要求3所述的茎、叶、皮(壳)、根、果，其特征在于，茎、叶、皮(壳)、根、果包括秸秆、玉米芯、玉米梗，枯枝、落叶、竹叶、蔗渣、沼渣、竹渣、锯末、花生壳、核桃壳、椰子壳、木片、竹片、芦苇、草类、麻类中的一种或几种；根据权利要求3所述的木质素、纤维素、半纤维素，其特征在于，所述的木质素、纤维素、半纤维素是从各种草本植物、各种藤本植物、各种木本植物、各种水生植物、各种禾本植物收获子实后的茎、叶、皮(壳)、根、果中的一种或几种混合物中分离、制备出来的木质素、纤维素、半纤维素中的一种或几种混合物。4.根据权利要求1所述的聚碳酸亚丙酯/农林生物质复合材料，其特征在于，所述塑化剂为选自以下中的一种、或几种的混合物：水、四氢呋喃、基于酯的化合物、基于醇的化合物、基于酸的化合物、基于酮的化合物。5.根据权利要求1所述的聚碳酸亚丙酯/农林生物质复合材料，其特征在于，所述的发泡剂为基于酯的化合物、基于醇的化合物、基于酸的化合物、基于酮的化合物、基于烃的化合物、水、二氧化碳、氮气、偶氮二甲酰胺、N,N-二亚硝基五次甲基四胺、对甲基磺酰胺、偶氮二异丁腈、4.4’-氧代双苯磺酰肼、碳酸钠或碳酸氢钠中任意一种或几种的混合物。6.根据权利要求1所述的聚碳酸亚丙酯/农林生物质复合材料，其特征在于，所述的填料是碳酸钙、碳酸钠、碳酸钡、碳酸镁、碳酸锌、碳酸钾、氧化钙、高岭土、碳黑、石墨、石墨烯、粘土、滑石粉、玻璃珠、云母、二氧化硅、白炭黑、硅灰石、陶土、稀土、硅藻土、蒙脱土、纳米蒙脱土、纳米凹凸棒土、碳纳米管、碳纳米纤维、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米晶须、石墨烯和纳米磷灰石以及包含一种或更多种金属的陶瓷颗粒，所述金属选自钛(Ti)、铅(Pb)、钡(Ba)、硅(Si)、锡(Sn)、钙(Ca)、镁(Mg)、铝(Al)、妮(Nb)、锆(Zr)、铁(Fe)、钨(W)、钒(V)、锰(Mn)、钻(CO)、镍(Ni)、锌(Zn)和稀土金属元素中的一种或几种以上的混合物。7.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：符英，黄亚平，程玉萍，于国玲，万金仙，王丰群，
申请(专利权)人：符英，
类型：发明
国别省市：河南,41