CN106479206A - 一种基于碱木素的三元复合材料制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于碱木素的三元复合材料制造方法。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，采用添加碱木素和表面活化聚乳酸相结合的处理方式改善界面相容性，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三元复合材料。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

一种基于碱木素的三元复合材料制造方法
技术领域
本发明属木质基复合材料制造方法类，特别涉及一种基于碱木素的三元复合材料制造方法。
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。
碱木素是碱法制浆造纸废液中的再回收产品，是目前应用范围广泛的工业木质素资源。碱木素具有一定的表面活性，符合偶联剂的特性，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，碱木素具有天然的粘结性，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，提供一种基于碱木素的三元复合材料制造方法。
为解决上述技术问题，提出良好界面相容性的环境友好型基于碱木素的三元复合材料制造方法，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，通过添加碱木素和表面活化相结合的处理方式改善原料各组分间的界面相容性，采用平板热压工艺方式制造一种基于碱木素的三元复合材料。
一种基于碱木素的三元复合材料制造方法。，包括下述步骤：
(1)纤维原料加工与干燥：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3～8％；纤维状聚乳酸经机械加工成5～30mm长度尺寸范围，含水率控制在2～5％。
(2)聚乳酸纤维的表面活化处理：将偶联剂溶于一定量的超纯水中，配成一定质量浓度的偶联剂溶液。称取一定质量的聚乳酸纤维放入低速混合机中，以聚乳酸纤维的质量为基准，量取一定质量分数的偶联剂溶液加入混合机，在一定时间范围内，经混合处理，实现聚乳酸纤维的表面活化处理。
(3)碱木素溶液的配制：将碱木素溶于一定量去离子水中，配成一定质量浓度的碱木素溶液。
(4)拌料与铺装：将步骤(1)所得木质纤维、步骤(2)所得表面活化聚乳酸纤维以及步骤(3)所得碱木素溶液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。
(5)热压成型：将步骤(4)所得板坯，按照密度为0.80～1.20g/cm3，厚度为3～12mm；热压温度为160～210℃，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，即制成三元复合材料。
作为优化，所述偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂。
作为优化，所述偶联剂溶液质量浓度为5～20％；偶联剂用量为1～5％。
作为优化，所述碱木素溶液质量浓度为20％～50％；碱木素用量为木质纤维和聚乳酸纤维质量总和的5％～40％。
作为优化，所述聚乳酸纤维用量为木质纤维和聚乳酸纤维质量总和的20％～60％。
采用本发明的制造方法制造环境友好型三元木质复合材料，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：
本实施方式中基于碱木素的三元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；聚乳酸纤维的含水率控制在2％左右；称取245g木质纤维、82g聚乳酸纤维待用。
(2)聚乳酸纤维的表面活化处理：配制500ml质量浓度为10％的硅烷偶联剂溶液。将聚乳酸纤维放入低速混合机中，量取占聚乳酸质量1％的偶联剂溶液加入混合机，经混合处理10min，实现聚乳酸纤维的表面活化处理。
(3)碱木素溶液的配制：将33g碱木素溶于去离子水中，配成质量浓度为20％的碱木素溶液。
(4)拌料与铺装：将步骤(1)所得木质纤维、步骤(2)所得表面活化聚乳酸纤维以及步骤(3)所得碱木素溶液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30mm的板坯。
(5)热压成型：将步骤(4)所得板坯，按照热压温度为160℃，热压时间为7.5min，热压压力为9MPa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，即得密度为0.80g/cm3，厚度为5mm的三元复合材料。
具体实施方式二：
本实施方式中基于碱木素的三元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；聚乳酸纤维的含水率控制在2％左右；精确称取563g木质纤维待用，188g聚乳酸纤维待用。。
(2)聚乳酸纤维的表面活化处理：配制500ml质量浓度为10％的硅烷偶联剂溶液。将聚乳酸纤维放入低速混合机中，量取占聚乳酸质量1％的偶联剂溶液加入混合机，经混合处理10min，实现聚乳酸纤维的表面活化处理。
(3)碱木素溶液的配制：将150g碱木素溶于去离子水中，配成质量浓度为20％的碱木素溶液。
(4)拌料与铺装：将步骤(1)所得木质纤维、步骤(2)所得表面活化聚乳酸纤维以及步骤(3)所得碱木素溶液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30mm的板坯。
(5)热压成型：将步骤(4)所得板坯，按照热压温度为180℃，热压时间为9.0min，热压压力为12MPa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，即得密度为1.00g/cm3，厚度为10mm的三元复合材料。
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三元复合材料制造方法都落入本发明的专利保护范围。

Claims (5)

1.一种基于碱木素的三元复合材料制造方法，其包括下述步骤：
(1)纤维原料加工与干燥：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3～8％；纤维状聚乳酸经机械加工成5～30mm长度尺寸范围，含水率控制在2～5％。
(2)聚乳酸纤维的表面活化处理：将偶联剂溶于一定量的超纯水中，配成一定质量浓度的偶联剂溶液。称取一定质量的聚乳酸纤维放入低速混合机中，以聚乳酸纤维的质量为基准，加入一定质量分数的偶联剂溶液加入混合机，在一定时间范围内，经混合处理，实现聚乳酸纤维的表面活化处理。
(3)碱木素溶液的配制：将碱木素溶于一定量去离子水中，配成一定质量浓度的碱木素溶液。
(4)拌料与铺装：将步骤(1)所得木质纤维、步骤(2)所得表面活化聚乳酸纤维以及步骤(3)所得碱木素溶液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。
(5)热压成型：将步骤(4)所得板坯，按照密度为0.80～1.20g/cm3，厚度为3～12mm；热压温度为160～210℃，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，即制成三元复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种基于碱木素的三元复合材料制造方法，其特征在于：所述偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂。
3.根据权利要求1所述的一种基于碱木素的三元复合材料制造方法，其特征在于：所述偶联剂溶液质量浓度为5～20％；偶联剂用量为1～5％。
4.根据权利要求1所述的一种基于碱木素的三元复合材料制造方法，其特征在于：所述碱木素溶液质量浓度为20％～50％；碱木素的用量为木质纤维和聚乳酸纤维质量总和的5％～40％。
5.根据权利要求1所述的一种基于碱木素的三元复合材料制造方法，其特征在于：所述聚乳酸纤维用量为木质纤维和聚乳酸纤维质量总和的20％～60％。
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