本发明专利技术涉及一种二维生物基材料为骨架单元的复合材料及其加工工艺，本发明专利技术首创了以牛皮纸等作为二维基础结构单元和骨架材料，利用天然木质素、合成粘性聚合物作为粘结材料通过热压生产高强度和高性价比新型材料的简单高效的方法及其产品，实现了以生物基材料为主体的大幅降低树脂或塑料用量的低成本、高性能新型复合材料，其强度、韧性和内结合力都大大超过了天然材料、塑料、塑料纤维复合材料，高密度纤维板，破解了塑料树脂中纤维难分散，添加量少，强度下降幅度大等系列难题。
【技术实现步骤摘要】
一种二维生物基材料为骨架单元的复合材料及其加工工艺
本专利技术涉及生物基复合材料领域，具体的，涉及一种二维生物基材料为骨架单元的复合材料及其加工工艺。
技术介绍
生物质材料是人类未来发展的根本方向，最能满足环境友好、生态健康，使用安全及可持续发展要求。生物质原料丰富，木或竹建筑和家具已有数千年使用历史。竹、秸秆等生物质由于尺寸大小不一，结构、密度均一性差，各向异性，存在结和材料缺陷，利用率一直不高。我国古代四大专利技术之一的造纸术实现了将植物原料用碱法拆分为规格统一的毫米级本色浆的重大技术突破，为生物质重组成型提供了技术和产业基础。但是生产出的纸制品及纤维制品的强度损失严重，很难大幅提高；在纤维材料中加入脲醛树脂或酚醛树脂等胶粘剂热压生产的人工纤维板同样存在强度低、性能差和甲醛危害等问题。以植物原料中木质素、半纤维素完全脱除得到纳米纤维素晶体作为结构“模块”可以大幅提高复合高分子材料的强度，但仍存在生产工艺复杂、生产成本高、物耗能耗大，难以产业化应用等问题。近年来发展起来的机械法破解竹材，通过烘干，浸渍脲醛树脂或酚醛树脂再烘干热压的工艺可得到力学性能比原竹增加2-3倍的重组板材或方材，是竹/木加工的技术突破。但由于细胞膜未能完全破坏，只是蒸发了水份的植物细胞组织中存在影响粘接力的小分子，粘胶剂难以充满细胞，存在强度提高有限，弯曲应力大，易变形，各向异性等问题。更主要的是这种人工处理单竹成片的生产加工方式存在生产效率低、能耗物耗高，劳动密集，加工成本高，自动化水平低，难以规模化生产等系列制约产业发展的瓶颈问题。因此，现有的生物质加工重组技术有待突破。以纤维粉为填料的纤维塑料复合材料加工方式同样存在塑料强度下降幅度大、产品韧性差、添加量少等问题。纤维与塑料为主要成分的木塑材料的热压成型和共混挤出成型技术虽然生产过程简单，周期短、效率高、产品质量稳定、生产成本较低，但由于天然纤维中的纤维素、半纤维素大分子、木质素大分子中含有大量强极性的羟基和醚键，容易团聚，与聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，聚氯乙烯(PVC)等热塑性非极性或弱极性聚合物混融性差，难分散，流动性差，难加工，力学性能特别是韧性不高等系列影响木塑材料发展的技术难题需要破解。因此，利用来源广泛、绿色环保、成本低廉的植物原料、加工剩余物及合成树脂生产性能优良、成本低廉的复合材料很有价值。本研发团队前期专利技术的无黑液制浆工艺(ZL201210209351.4)可将各种植物原料通过复分解法生成的碱分拆和酸化沉淀，低成本生产出具有一维结构特征微米级长度富含酸不溶木质素等天然粘结剂成分的本色浆和高强度本色纸，不但大幅减少了能耗物耗，消除了制浆污染，而且最大程度保留了天然木质素大分子结构，为本专利技术打下了很好的技术和原料基础。
技术实现思路
目前，还没有以纸基材料作为结构单元通过添加树脂或交替叠放塑料薄膜的加工方式。在目前的专利技术中，无论是树脂还是塑料薄膜都是粘性聚合物，具有粘结剂性质的粘性聚合物。所述纸基材料为纸或纸板，也称为纸产品。具体地讲，本专利技术提供了一种型材，其特征在于所述型材包含纤维素和粘性聚合物，所述型材的静曲强度为45-200MPa，弹性模量为4000-20000Mpa，纤维素和粘性聚合物的质量比为1：(0.01-100)。上述型材通过本专利技术的实施例证明，其特点是包含纤维素和粘性聚合物，纤维素和粘性聚合物的含量是根据原料的添加量能够明确的，如果原料未知的情况下，通过型材产品也是能够测量得到的。其范围在上述范围内。该型材的静曲强度和弹性模量在一定范围内，从这两个指标看，其性能好于高密度纤维板。优选的，上述型材中，纤维素和粘性聚合物的质量比为1∶(0.1-10)。尤其优选的，纤维素和粘性聚合物的质量比为1∶(0.1-7.0)，特别优选的，纤维素和粘性聚合物的质量比为1∶(0.6-5.0)，特别优选的，纤维素和粘性聚合物的质量比为1∶(0.2-2.0)。优选的，上述型材中，所述型材的静曲强度为50-200MPa，弹性模量为5000-15000Mpa。优选的，上述型材中，所述型材的静曲强度为60-150MPa，弹性模量为6000-15000Mpa。优选的，上述型材中，所述型材的静曲强度和弹性模量测量时，型材的厚度范围为小于等于3.5mm。优选的，上述型材中，所述粘性聚合物包含酸不溶木质素，粘性聚合物占型材的质量百分比为5-80％，尤其优选的，粘性聚合物占型材的质量百分比为10-60％，特别优选的，粘性聚合物占型材的质量百分比为15-56％；所述酸不溶木质素占型材的质量百分比为1-50％，优选的，酸不溶木质素占型材的质量百分比为3-40％，尤其优选的，酸不溶木质素占型材的质量百分比为3-20％。优选的，上述型材中，所述型材的制备原料为以纤维素为主的材料和粘性聚合物。优选的，上述型材中，所述粘性聚合物为天然粘性聚合物材料和/或合成粘性聚合物材料中的一种或多种，所述天然粘性聚合物材料为酸不溶木质素或生物基磺酸钙，所述合成粘性聚合物材料选自聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚乳酸(PLA)、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、脲醛树脂、酚醛树脂、环氧树脂、大豆蛋白胶、聚酯、聚氨酯、苯丙乳液和异氰酸酯中的一种或多种；优选的，所述粘性聚合物包含酸不溶木质素，任选地，粘性聚合物还包含除酸不溶木质素外的其他粘性聚合物；优选的，所述除酸不溶木质素外的其他粘性聚合物为添加了聚乙烯醇或生物基磺酸钙的聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯；优选的，粘性聚合物包含以纤维素为主的材料中自带的酸不溶木质素或向以纤维素为主的材料中补加的酸不溶木质素，任选地，粘性聚合物还包含除酸不溶木质素外的其他粘性聚合物。上述型材中，聚乙烯醇和生物基磺酸钙具有增强氢键作用，加入聚乙烯醇、生物基磺酸钙等富含量羟基的高分子可以通过形成氢键，提高强度和内结合力及耐水性。上述型材中，所述生物基磺酸钙为纤维素磺酸钙、半纤维素磺酸钙、淀粉磺酸钙、腐殖酸磺酸钙或甲壳素磺酸钙中的一种或多种。优选的，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)或赖氨酸二异氰酸酯(LDI)中的一种或多种。优选的，上述型材中，所述以纤维素为主的材料为纸产品。优选的，所述纸产品和粘性聚合物的质量比为1∶(0.1-1.5)。尤其优选的，所述纸产品和粘性聚合物的质量比为1∶(0.15-1.10)。优选的，上述型材中，所述纸产品为富含纤维素、半纤维素及木质素的纸产品，优选的，所述纸产品的定量为10-400g/m∶、厚度为0.05-1.00mm。上述型材中，该型材利用了纤维素、半纤维素、木质素间羟基的强大氢键使纸产品具有很好的内结合力和力学强度，调节水、聚乙烯醇、生物基磺酸盐等可进一步增强纸产品的内部结合力，以具有较好基础强度。例如，具有互穿网络结构的二维平面牛皮纸作为结构单元，以多层交错叠放的牛皮纸堆作为型材的基本骨架本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种型材，其特征在于所述型材包含纤维素和粘性聚合物，所述型材的静曲强度为45-200MPa，弹性模量为4000-20000Mpa，纤维素和粘性聚合物的质量比为1∶(0.01-100)。/n
【技术特征摘要】
1.一种型材，其特征在于所述型材包含纤维素和粘性聚合物，所述型材的静曲强度为45-200MPa，弹性模量为4000-20000Mpa，纤维素和粘性聚合物的质量比为1∶(0.01-100)。
2.根据权利要求1所述的型材，其特征在于所述型材的静曲强度为50-130MPa，弹性模量为6000-15000Mpa，优选的，所述粘性聚合物包含酸不溶木质素，所述粘性聚合物占型材的质量百分比为5-80％。
3.根据权利要求1所述的型材，其特征在于所述型材的制备原料为以纤维素为主的材料和粘性聚合物，以纤维素为主的材料和粘性聚合物的质量比为1∶(0.01-100)。
4.根据权利要求3所述的型材，其特征在于所述粘性聚合物为天然粘性聚合物材料和/或合成粘性聚合物材料，所述天然粘性聚合物材料为酸不溶木质素或生物基磺酸钙，所述合成粘性聚合物材料选自聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚乳酸、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二酯、脲醛树脂、酚醛树脂、环氧树脂、大豆蛋白胶、聚酯、聚氨酯、苯丙乳液和异氰酸酯中的一种或多种；优选的，所述粘性聚合物包含酸不溶木质素，任选地，粘性聚合物还包含除酸不溶木质素外的其他粘性聚合物；优选的，所述除酸不溶木质素外的其他粘性聚合物为添加了聚乙烯醇或生物基磺酸钙的聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯；优选的，粘性聚合物包含以纤维素为主的材料中自带的酸不溶木质素或向以纤维素为主的材料中补加的酸不溶木质素，任选地，粘性聚合物还包含除酸不溶木质素外的其他粘性聚合物。
5.根据权利要求4所述的型材，其特征在于以纤维素为主的材料为纸产品。
6.根据权利要求5所述的型材，其特征在于所述纸产品为富含纤维素、半纤维素及木质素的纸产品，所述纸产品的定量为10-400g/m2、厚度为0.05-1.00mm。
7.根据权利要求5所述的型材，其特征在于纸产品为原浆板、瓦楞面纸、瓦楞芯纸或牛皮纸中的一种或多种；优选的，纸产品为本色浆板或本色浆纸，纸产品未经表面涂饰，不加填，不施胶；优选的，纸产品为纸浆中补加酸不溶木质素、合成粘性聚合物粉末或合成粘性聚合物的溶液后抄纸、干燥制备得到的纸产品，优选的，所述型材为各向同性，即所述型材的横向静曲强度和纵向静曲强度的相互差异比例小于30％。
8.根据权利要求5-7任一项所述的型材，其特征在于所述型材通过如下制备方法制备得到：利用纸产品即二维生物基材料作为骨架单元，与...
【专利技术属性】
技术研发人员：尹应武，任毅华，赵升云，师雪琴，叶章堃，张典政，柯靖，尹政清，廖翠莺，吐松，高玉兴，
申请(专利权)人：厦门大学，武夷学院，北京紫光英力化工技术有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35
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