CN103540149A - 一种良好界面相容性的环境友好型复合材料制造方法 - Google Patents

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胡建鹏
郭明辉
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Abstract

本发明涉及一种良好界面相容性的环境友好型复合材料制造方法。要解决木质纤维与可生物降解塑料间界面相容性差，传统方法工艺复杂，成本较高，难以大规模推广的问题。本发明以木质纤维和聚乳酸为原料，通过添加化学改性木质素磺酸铵改善复合材料的界面相容性，采用高速混合—常温预压—平板热压的成型方式，制造出良好界面相容性的环境友好型木质复合材料。产品可应用于建筑装饰、装修材料以及一次性包装材料等领域。此种制造方法能够高效利用工业木质素资源，重要的是，此种制造方法工艺操作简便，成本低廉，适合工业化推广，有利于拓宽木质复合材料的应用领域，提高产品的附加值，是一种绿色环保的木质复合材料制造技术。

Description

一种良好界面相容性的环境友好型复合材料制造方法
技术领域
本发明属人造板制造方法类，特别涉及一种良好界面相容性的环境友好型复合材料制造方法。
背景技术
近年来，木质纤维/可生物降解塑料复合材料以其绿色环保、高性能、高附加值、可完全生物降解的优良特性逐渐受到广泛关注，主要应用领域包括各种建筑装饰、装修材料，以及各类食品、仪器等短周期使用的一次性包装材料等行业。但是，由于木质纤维的主要成分纤维素、半纤维素和木质素等含有大量的羟基基团，使其具有较强的化学极性，而大部分可生物降解塑料都是非极性高分子化合物，导致复合材料的界面相容性较差，极大地影响复合材料的综合性能及其应用。因此，改善木质纤维与可生物降解塑料之间的界面相容性问题一直以来都是研究难题。现有研究中可通过蒸汽爆破法、电晕法和等离子体放电法对木质纤维进行预处理，或是通过酯化处理、偶联剂法和表面接枝处理法对木质纤维进行化学改性，以及通过接枝、共聚、共混和增塑对可生物降解性塑料进行化学改性处理以改善复合材料的界面相容性，但是绝大多数方法工艺复杂，成本较高，难以实现大规模推广使用。
木质素磺酸盐是亚硫酸法制浆造纸废液中的再回收产品，是目前应用范围最广的工业木质素资源。木质素磺酸盐以非极性的芳香环侧链和极性的磺酸基相结合的形式存在，具有一定的表面活性，符合偶联剂的特性，通过化学改性处理可以改善木质素的分子结构和分子量的多分散性，可进一步提高木质素磺酸盐的表面活性，在一定程度上能够解决木质纤维与可生物降解塑料之间的界面相容性差的问题。同时，木质素磺酸盐具有天然的粘结性，能够促进木质纤维与可生物降解塑料之间的粘结，可有效地提高木质复合材料的力学性能。
发明内容
本发明的目的：旨在解决上述现有技术中存在的问题，提供一种良好界面相容性的环境友好型复合材料制造方法。
为解决上述技术问题，提出良好界面相容性的环境友好型复合材料制造方法，其特征在于：以来源于林木剩余物的木质纤维和可生物降解塑料——聚乳酸为原料，通过添加化学改性木质素磺酸铵改善复合材料界面相容性，采用平板热压工艺方式制得木质纤维/聚乳酸复合材料。
一种良好界面相容性的环境友好型复合材料制造方法，包括下述步骤：
（1）原料加工与干燥：将林木剩余物通过热磨工序加工成木质纤维，在40～80℃的干燥温度下将木质纤维的含水率控制在3～10%；
（2）木质素磺酸铵的化学改性处理：将木质素磺酸铵溶于一定量的蒸馏水中，配成浓度为20～50%的溶液，调节溶液pH值为2.0～5.0，依次添加一定量的化学改性剂和催化剂，将溶液均匀搅拌，反应时间为0.5～2h，获得化学改性木质素磺酸铵溶液；
（3）拌料与铺装：将步骤（1）所得木质纤维、步骤（2）所得化学改性木质素磺酸铵溶液和聚乳酸纤维先后加入到高速混合机中均匀混合3～10min，将混合后的物料进行铺装，在常温下，采用预压压力1～3MPa将物料压制成厚度为30～70mm的板坯；
（4）热压成型：将步骤（3）所得板坯，按照密度为0.80～1.2g/cm3，厚度为3～12mm；热压温度为140～190℃，热压时间为5～15min，热压压力为5～15MPa的热压工艺方式进行成型，将成品进行平衡处理后裁边、砂光，即制成木质纤维/聚乳酸复合材料。
作为优化，所述化学改性木质素磺酸铵为界面相容剂。
作为优化，所述木质素磺酸铵的化学改性剂为过氧化氢，所述催化剂为硫酸亚铁。
作为优化，所述化学改性剂的用量为木质素磺酸铵质量的5%～30%，催化剂的用量为木质素磺酸铵质量的0.5%～3%。
作为优化，所述化学改性木质素磺酸铵的用量为木质纤维和聚乳酸纤维质量总和的5%～30%，聚乳酸纤维用量为木质纤维和聚乳酸纤维质量总和的10%～40%。
作为优化，所述热压工艺方式是指“高速混合—常温预压—平板热压”的热压成型方式。
作为优化，所述木质纤维/聚乳酸复合材料能够在自然界中完全降解。
采用本发明的制造方法制造环境友好型木质复合材料，一方面，可以改善复合材料界面相容性，同时可提高木质复合材料的力学强度，该工艺操作简便，成本低廉，适合工业化推广，有利于提高木质复合材料产品的附加值，拓宽其应用领域；另一方面，扩大了工业木质素的应用领域，实现了我国工业木质素资源的高效利用。
具体实施方式
具体实施方式一：
本实施方式中良好界面相容性的环境友好型复合材料制造方法如下：
（1）原料加工与干燥：将林木剩余物通过热磨工序加工成木质纤维，在（70±2）℃的干燥温度下将木质纤维的含水率控制在8%左右；精确称取157g木质纤维待用。
（2）木质素磺酸铵的化学改性处理：将26g木质素磺酸铵溶于39g蒸馏水中，配成浓度为40%的溶液，调节溶液pH值到3.4，依次添加化学改性剂过氧化氢2.6g和催化剂硫酸亚铁0.26g，将溶液均匀搅拌，反应时间为1h，获得67g化学改性木质素磺酸铵溶液。
（3）拌料与铺装：将步骤（1）中的157g木质纤维、步骤（2）中的67g化学改性木质素磺酸铵溶液和17g聚乳酸纤维先后加入到高速混合机中均匀混合5min，将混合后的物料进行铺装，在常温下，采用预压压力1.5MPa将物料压制成厚度为40mm的板坯。
（4）热压成型：将步骤（3）所得板坯，按照热压温度为160℃，热压时间为6.5min，热压压力为7MPa的平板热压工艺方式进行成型，将成品进行平衡处理后裁边、砂光，即制成厚度为4.9mm，密度为0.97g/cm3的木质纤维/聚乳酸复合材料。
具体实施方式二：
（1）原料加工与干燥：将林木剩余物通过热磨工序加工成木质纤维，在（70±2）℃的干燥温度下将木质纤维的含水率控制在8%左右；精确称取140g木质纤维待用。
（2）木质素磺酸铵的化学改性处理：将40g木质素磺酸铵溶于60g蒸馏水中，配成浓度为40%的溶液，调节溶液pH值到3.7，依次添加化学改性剂过氧化氢4g和催化剂硫酸亚铁0.4g，将溶液均匀搅拌，反应时间为1h，获得103g化学改性木质素磺酸铵溶液。
（3）拌料与铺装：将步骤（1）中的140g木质纤维、步骤（2）中的103g化学改性木质素磺酸铵溶液和60g聚乳酸纤维先后加入到高速混合机中均匀混合7min，将混合后的物料进行铺装，在常温下，采用预压压力1.5MPa将物料压制成厚度为50mm的板坯。
（4）热压成型：将步骤（3）所得板坯，按照热压温度为175℃，热压时间为9min，热压压力为12MPa的平板热压工艺方式进行成型，将成品进行平衡处理后裁边、砂光，即制成厚度为8.9mm，密度为1.18g/cm3的木质纤维/聚乳酸复合材料。
上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式，任何符合本发明权利要求书所述的良好界面相容性的环境友好型复合材料制造方法都落入本发明的专利保护范围。

Claims (7)

1.一种良好界面相容性的环境友好型复合材料制造方法，其包括下述步骤：
（1）原料加工与干燥：将林木剩余物通过热磨工序加工成木质纤维，在40～80℃的干燥温度下将木质纤维的含水率控制在3～10%；
（2）木质素磺酸铵的化学改性处理：将木质素磺酸铵溶于一定量的蒸馏水中，配成浓度为20～50%的溶液，调节溶液pH值为2.0～5.0，依次添加一定量的化学改性剂和催化剂，将溶液均匀搅拌，反应时间为0.5～2h，获得化学改性木质素磺酸铵溶液；
（3）拌料与铺装：将步骤（1）所得木质纤维、步骤（2）所得化学改性木质素磺酸铵溶液和聚乳酸纤维先后加入到高速混合机中均匀混合3～10min，将混合后的物料进行铺装，在常温下，采用预压压力1～3MPa将物料压制成厚度为30～70mm的板坯；
（4）热压成型：将步骤（3）所得板坯，按照密度为0.80～1.2g/cm3，厚度为3～12mm；热压温度为140～190℃，热压时间为5～15min，热压压力为5～15MPa的热压工艺方式进行成型，将成品进行平衡处理后裁边、砂光，即制成木质纤维/聚乳酸复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种良好界面相容性的环境友好型复合材料制造方法，其特征在于：所述化学改性木质素磺酸铵为界面相容剂。
3.根据权利要求1所述的一种良好界面相容性的环境友好型复合材料制造方法，其特征在于：所述木质素磺酸铵的化学改性剂为过氧化氢，所述催化剂为硫酸亚铁。
4.根据权利要求1所述的一种良好界面相容性的环境友好型复合材料制造方法，其特征在于：所述化学改性剂的用量为木质素磺酸铵质量的5%～30%，催化剂的用量为木质素磺酸铵质量的0.5%～3%。
5.根据权利要求1所述的一种良好界面相容性的环境友好型复合材料制造方法，其特征在于：所述化学改性木质素磺酸铵的用量为木质纤维和聚乳酸纤维质量总和的5%～30%，聚乳酸纤维用量为木质纤维和聚乳酸纤维质量总和的10%～40%。
6.根据权利要求1所述的一种良好界面相容性的环境友好型复合材料制造方法，其特征在于：所述热压工艺方式是指“高速混合—常温预压—平板热压”的热压成型方式。
7.根据权利要求1所述的一种良好界面相容性的环境友好型复合材料制造方法，其特征在于：所述木质纤维/聚乳酸复合材料能够在自然界中完全降解。
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