一种具有生物可降解性的植物纤维塑料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种具有生物可降解性的植物纤维塑料及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：将包含植物纤维与碱性增塑剂的原料混合均匀得到混合物，其中碱性增塑剂占植物纤维的20

【技术实现步骤摘要】
一种具有生物可降解性的植物纤维塑料及其制备方法


[0001]本专利技术属于植物纤维生物质材料
，具体涉及一种具有生物可降解性的植物纤维塑料及其制备方法。

技术介绍

[0002]塑料制品应用领域广泛，已成为人们生活中不可或缺的一部分。然而塑料原料来源紧张、塑料废弃物的不可降解产生“白色污染”等带来资源和环境问题，制约人类社会的可持续发展。因此，加强农林作物和木材的利用，致力于开发生物可降解性的塑料，制备出新型环保的植物纤维塑料以代替传统塑料制品具有重大意义。
[0003]然而，目前植物纤维塑料的制备主要有以下问题：植物纤维本身不具有热可塑性，因此不能在高温条件下熔融加工；传统的酯化、醚化、离子液体和低共熔溶剂等塑化反应虽然可实现植物纤维的塑化加工，但改性后会引起原料较大程度的降解，导致材料力学性能变差。
[0004]中国专利CN109721770A公开一种氧化还原性的热塑性和韧性调控方法，包括以下步骤：(1)植物纤维的前处理；(2)加入氧化剂溶液反应后经过滤洗涤得到氧化改性植物纤维；加入还原剂溶液反应后过滤洗涤得到氧化还原改性植物纤维；(3)加入增塑剂与氧化还原改性植物纤维混合均匀；所述增塑剂包含羟基类、离子液体类、低共熔溶剂类、酯类、胺类、缩水甘油醚类或无机盐类。该方法虽然能降低植物纤维原料的玻璃化转变温度，达到加工温度，具有较好的热可塑性，但是需要使用大量氧化剂、还原剂、离子液体类和低共熔溶剂类增塑剂，使成本提高，而且污染环境，工艺操作复杂，难以实现工业化生产，偏离了未来材料绿色可持续发展的原则。

技术实现思路

[0005]为了克服上述存在的问题，本专利技术基于高温高碱、高剪切和/或挤压、熔融塑化原理对植物纤维直接塑化，提供一种具有生物可降解性的植物纤维塑料及其制备方法。所述方法可以降低植物纤维塑料的玻璃化温度及加工温度，绿色环保，操作简单高效，能耗低，获得的植物纤维塑料具有优异的流动性和熔融指数，同时也具有良好的生物可降解性，可替代传统的不可降解塑料。
[0006]第一方面，本专利技术提供一种具有生物可降解性的植物纤维塑料的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：将包含植物纤维与碱性增塑剂的原料混合均匀得到混合物，其中碱性增塑剂占植物纤维的20
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100wt％，优选为30
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40wt％，更优选为35
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40wt％；将混合物投入塑炼装置，在高温高碱作用下混合物熔融并经过挤压和/或剪切，通过增塑形成微观无明显纤维形状、流动性好的植物纤维塑料。
[0007]本专利技术所述制备方法，基于高温高碱、高剪切挤压熔融塑化原理，将植物纤维与碱性增塑剂混炼直接塑化成植物纤维塑料。碱性增塑剂在高温高碱与高剪切挤压条件下破坏植物纤维，使得植物纤维中的三大组分
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木质素、半纤维素及纤维素发生酚型木质素酸碱中
和反应、酯键木质素皂化反应、半纤维素的乙酰基的皂化反应、半纤维素聚木糖的己烯糖醛酸反应、纤维素剥皮反应等。以上反应大量消耗了碱性增塑剂，也使得三大组分各自的聚合度和分子量降低。而降解的木质素小分子及溶出抽提物又在混炼时发挥着增塑剂的作用。小分子增塑剂与上述三大组分的分子量降低产生协同作用，降低植物纤维的玻璃化转变温度。整个塑化过程中，植物纤维在碱性增塑剂的高温高碱、高剪切熔融塑化作用下由固态转变成黏弹态，最终制备获得黏度低、流动性好、熔融指数高的生物可降解性的植物纤维塑料。
[0008]较佳地，所述碱性增塑剂为氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾和氢氧化锂中的一种或多种的混合物，优选氢氧化钠。
[0009]较佳地，所述植物纤维包括木材原料纤维、非木材原料纤维、纸浆中的至少一种。
[0010]较佳地，所述塑炼装置的加热温度为80
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300℃，优选为120
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160℃，更优选为140
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160℃。
[0011]较佳地，所述塑炼装置为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机或多螺杆挤出机；优选地，单螺杆挤出机的转速为10
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120转/分钟；双螺杆挤出机的转速为100
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1200钟；多螺杆挤出机的转速为100
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600转/分钟。
[0012]较佳地，所述塑炼装置为开炼机或密炼机；优选地，开炼机的前后辊转速比为1.0
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1.5；密炼机的前后辊转速比为1.0
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1.2。
[0013]本专利技术的制备方法以价格低廉、来源广泛的木材原料纤维、非木材原料纤维、和再加工的各种纸浆等为原料，通过特定工艺获得生物可降解性的、均相混合的植物纤维塑料。
[0014]第二方面，本专利技术提供上述任一项所述的制备方法获得的植物纤维塑料。
[0015]较佳地，所述植物纤维塑料的玻璃化转变温度低于其热降解温度；优选地，所述植物纤维塑料的玻璃化转变温度为160
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180℃；更优选地，所述植物纤维塑料的玻璃化转变温度为164
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172℃。
[0016]较佳地，所述植物纤维塑料在180
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260℃的熔融指数为1
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90.9g/10min，优选为16
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40g/10min，更优选为20
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40g/10min。
[0017]较佳地，根据酸碱滴定法植物纤维塑料中碱性增塑剂的残余量为6
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9wt％，优选为8.6wt％
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8.9wt％。
[0018]本专利技术的植物纤维塑料具有良好的热塑性和机械强度，可应用于地膜材料、包装材料、建筑材料、汽车材料等领域，具有良好的工业前景。而且，植物纤维本身无熔融指数，塑化后的植物纤维塑料的熔融指数相较于植物纤维得以大幅度提升，流动性也获得提高。而且，所得植物纤维塑料能适用于热压、模压、注塑成型等各种成型加工工艺。
附图说明
[0019]图1是植物纤维原料杨木粉的扫描电镜图；图2是实施例3制备的植物纤维塑料的照片；图3是实施例4制备的植物纤维塑料的表面扫描电镜图；图4是实施例4制备的植物纤维塑料的TG曲线(A)和DSC曲线(B)；图5是实施例5制备的植物纤维塑料的截面扫描电镜图；图6是实施例5制备的植物纤维塑料的TG曲线(A)和DSC曲线(B)；
图7是实施例1
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5制备的植物纤维塑料的TG对比曲线；图8是实施例5制备的植物纤维塑料的注塑成型样条；图9是对比例2挤出获得的黄粉。
具体实施方式
[0020]以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。在本专利技术未作具体说明的情况下，“碱性增塑剂”也可以称为“碱增塑剂”。
[0021]将植物纤维与碱性增塑剂按比例混合，经塑炼装置在一定温度和转速下反复剪切、混炼，通过高温热处理和强物理机械作用，制备出可多次加工的、混合均匀的生物可降解性植物纤维塑料。该塑料可通过塑料加工工艺形成各种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有生物可降解性的植物纤维塑料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将包含植物纤维与碱性增塑剂的原料混合均匀得到混合物，其中碱性增塑剂占植物纤维的20
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100 wt%，优选为30
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40 wt%，更优选为35
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40 wt%；将混合物投入塑炼装置，在高温高碱作用下混合物熔融并经过挤压和/或剪切，通过增塑形成微观无明显纤维形状、流动性好的植物纤维塑料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱性增塑剂为氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾和氢氧化锂中的一种或多种的混合物，优选氢氧化钠。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述植物纤维包括木材原料纤维、非木材原料纤维、纸浆中的至少一种。4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述塑炼装置的加热温度为80
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300℃，优选为120
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160℃，更优选为140
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160℃。5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述塑炼装置为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机或多螺杆挤出机；优选地，单螺杆挤出机的转速为10
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120转/分钟；双螺杆挤出机的转速为100
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1200...

【专利技术属性】
技术研发人员：周小凡，田超超，颜明，杨佩，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：