CN106906691A - 轻质生物质材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及轻质生物质材料及其制备方法。其主要利用生物质纤维和植物蛋白材料、污泥、以及交联剂、润滑剂、阻燃剂和水充分搅拌直至混合均匀。然后利用模压注塑成型或螺杆挤出成型方式预成型后，放置在模具中利用微波发泡装置进行发泡，制得轻质生物质材料。本发明制备的轻质生物质材料，具有较好的抗压强度和弯曲性能，不易变形、不易霉变、轻质、保温、无异味、成本低廉；绿色环保可自然降解，具有节约资源、可回收再利用和自然遗弃后还原成土壤等优点，有良好的实用价值，并对环境低负荷。

Description

轻质生物质材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物质材料再利用和材料制备技术领域，主要涉及轻质生物质材料的制备和生物质环保降解再利用等方面。
背景技术
随着我国工业化和城市化进程逐步加快，城市的用水量和排水量也逐步增加，加剧了污水处理厂污泥产出量的飞速增长。截至2016年3月，我国以建3910多座城镇污水处理厂，污水处理能力已达到1.67亿立方米/日。作为污水的衍生品，我国每年产生3000万吨～4000万吨市政污泥(含水率在80％)。近年来我国出台了一系列政策推动污泥处置行业发展。其中，妥善处置污泥、有效利用污泥资源、提高处置效率和降低处置成本等成为行业关注热点。
生物质材料是自然界中存量丰富的自然资源之一。自古以来都是国民生活和生产中广泛利用的资源。随着经济的加速发展，我国对典型生物质纤维来源的木材的消耗量也是飞速增加，国内森林资源十分匮乏。同时作为典型生物质纤维来源的竹子在机械加工过程中利用率仅为40％左右，有近60％的资源成为加工剩余物，相当部分被废弃或直接燃烧使用。对于日益增多的木材和竹材加工剩余物，合理充分的利用无疑是最为紧迫和重要的。
随着经济社会的发展，纸张使用量快速上升，废纸大量产生。中国作为世界第二大纸及纸板的消费国，废纸回收总量超过5000万吨/年。纸张的原料主要为各种植物纤维，但我国废纸的利用率低没有发挥废纸的资源价值，还带来了严重的二次环境污染。
发明内容
本发明的目的在于有效利用各种生物质资源制备一种环保降解轻质材料，从而为多种生物质材料开辟新的工业化利用方法，并替代难降解、环境污染高的传统材料。
按照本发明提供的技术方案，以生物质纤维、植物蛋白材料和污泥为主要原材料，加入交联剂、润滑剂、阻燃剂和水均匀搅拌制得浆料，然后利用模压注塑成型或螺杆挤出成型方式预成型后，放置在模具中利用微波发泡装置进行发泡，制得轻质生物质材料。
所述木纤维为工业废弃木材、木纤维或木屑；竹纤维为工业废弃竹材、竹纤维或竹屑。大块材料或木纤维可以进行破碎处理后使用。
所述纸纤维为原浆纸纤维或废纸纤维。废纸纤维可由废纸或废纸板经水利碎浆后使用。
所述植物蛋白材料为含有较多植物蛋白的豆类、面粉类或米类中的一种或两种以上。
所述污泥为为市政脱水污泥或河道淤泥其含水率≤95％。
所述交联剂包括热塑性交联剂、树脂类交联剂、淀粉基交联剂中的一种或两种以上。
所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酰胺、乙撑双硬脂酰胺中的一种或两种以上。
所述阻燃剂为无机阻燃剂主要有金属氢氧化物、无机磷系阻燃剂、硼系阻燃剂、钼化合物、无机氮系阻燃剂、膨胀石墨、卤系阻燃剂、膨胀型阻燃剂中的一种或两种以上。
具体包括以下步骤：
第一步：将木纤维/竹纤维和纸纤维可以进行破碎预处理，得到较小的纤维状材料；
第二步：将植物蛋白材料研磨成粉末状材料；
第三步：将木纤维或竹纤维、纸纤维、植物蛋白材料、污泥、交联剂、润滑剂、阻燃剂和水均匀搅拌，制得浆料；
第四步：将混合浆料通过模压注塑成型或螺杆挤出成型方式预成型后，在模具中利用微波设备在功率为350W-600W时进行10-15min发泡成型。
第五步：利用微波设备或其他加热干燥设备，将发泡成型的材料在模具中干燥至含水率为8％-15％，可脱模制得轻质生物质材料。
所述成型模具采用的材料是聚丙烯。
所述材料在自然环境中维持各项性能指标180天-365天以上，随后将开始自然降解。废弃材料可直接丢弃并自然降解成种植用土壤；或经破碎还原成种植用土壤进行复用或丢弃。
所述材料为发泡材料，具有较高的抗压强度、弯曲强度、保温性能和缓冲性能，密度在0.3-0.9g/cm3之间。
本发明的有益效果：本发明提出了多种生物质资源有效工业利用的方法，将污泥和废弃纤维材料变废为宝杜绝了污泥的二次污染问题，同时本发明制备的轻质生物质材料缓解了林木过度利用，也缓解了石化材料供不应求的问题，同时缓解了环境压力。另外，由于本发明的特殊工艺，材料不易变形、不易霉变、轻质、保温、无异味、成本低廉；绿色环保可自然降解，具有节约资源、可回收再利用和自然遗弃后还原成土壤等优点，有良好的实用价值和环境效应。
具体实施方式
原料以重量份为单位，为以下原料：木纤维或竹纤维5-20份、纸纤维5-20份、植物蛋白材料5-15份、污泥30-70份、交联剂3-30份、润滑剂3-5份、阻燃剂0-10份、水100-150份；所述木纤维为工业废弃木材、木纤维或木屑；竹纤维为工业废弃竹材、竹纤维或竹屑。大块材料或木纤维可以进行破碎处理后使用。所述纸纤维为原浆纸纤维或废纸纤维。废纸纤维可由废纸或废纸板经水利碎浆后使用。所述植物蛋白材料为含有较多植物蛋白的豆类、面粉类或米类中的一种或两种以上。所述污泥为为市政脱水污泥或河道淤泥其含水率≤95％。所述交联剂包括热塑性交联剂、树脂类交联剂、淀粉基交联剂中的一种或两种以上。所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酰胺、乙撑双硬脂酰胺中的一种或两种以上。所述阻燃剂为无机阻燃剂主要有金属氢氧化物、无机磷系阻燃剂、硼系阻燃剂、钼化合物、无机氮系阻燃剂、膨胀石墨、卤系阻燃剂、膨胀型阻燃剂中的一种或两种以上。
步骤：
第一步：将木纤维/竹纤维和纸纤维可以进行破碎预处理，得到较小的纤维状材料；
第二步：将植物蛋白材料研磨成粉末状材料；
第三步：将木纤维或竹纤维、纸纤维、植物蛋白材料、污泥、交联剂、润滑剂、阻燃剂和水均匀搅拌，制得浆料；
第四步：将混合浆料通过模压注塑成型或螺杆挤出成型方式预成型后，在模具中利用微波设备在功率为350W-600W时进行10-15min发泡成型。
第五步：利用微波设备或其他加热干燥设备，将发泡成型的材料在模具中干燥至含水率为8％-15％，可脱模制得轻质生物质材料。
所述成型模具采用的材料是聚丙烯。
所述材料在自然环境中维持各项性能指标180天-365天以上，随后将开始自然降解。废弃材料可直接丢弃并自然降解成种植用土壤；或经破碎还原成种植用土壤进行复用或丢弃。
所述材料为发泡材料，具有较高的抗压强度、弯曲强度、保温性能和缓冲性能，密度在0.3-0.9g/cm3之间。具体应用方法如下：
(1)抗压、抗弯曲、缓冲材料；
(2)包装材料
(3)防风固沙、园林美化、垃圾填埋场地表覆盖层、种植层；
(4)建筑保温材料、地表植被保温用覆盖层。
以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部改动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (10)

1.轻质生物质材料及其制备方法，其特征在于：以重量份为单位，包括以下原料：木纤维或竹纤维5-20份、纸纤维5-20份、植物蛋白材料5-15份、污泥30-70份、交联剂3-30份、润滑剂3-5份、阻燃剂0-10份、水100-150份。
2.如权利要求1所述的轻质生物质材料，其特征在于：所述木纤维为工业废弃木材、木纤维或木屑；竹纤维为工业废弃竹材、竹纤维或竹屑。大块材料或木纤维可以进行破碎处理后使用。
3.如权利要求1所述的轻质生物质材料，其特征在于：所述纸纤维为原浆纸纤维或废纸纤维。废纸纤维可由废纸或废纸板经水利碎浆后使用。
4.如权利要求1所述的轻质生物质材料，其特征在于：所述植物蛋白材料为含有较多植物蛋白的豆类、面粉类或米类中的一种或两种以上。
5.如权利要求1所述的轻质生物质材料，其特征在于：所述污泥为为市政脱水污泥或河道淤泥其含水率≤95％。
6.如权利要求1所述的轻质生物质材料，其特征在于：所述交联剂包括热塑性交联剂、树脂类交联剂、淀粉基交联剂中的一种或两种以上。
7.如权利要求1所述的轻质生物质材料，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酰胺、乙撑双硬脂酰胺中的一种或两种以上。
8.如权利要求1所述的轻质生物质材料，其特征在于：所述阻燃剂为无机阻燃剂主要有金属氢氧化物、无机磷系阻燃剂、硼系阻燃剂、钼化合物、无机氮系阻燃剂、膨胀石墨、卤系阻燃剂、膨胀型阻燃剂中的一种或两种以上。
9.轻质生物质材料的制备工艺包括以下步骤：
(1)将木纤维/竹纤维和纸纤维可以进行破碎预处理，得到较小的纤维状材料；
(2)将植物蛋白材料研磨成粉末状材料；
(3)将木纤维或竹纤维、纸纤维、植物蛋白材料、污泥、交联剂、润滑剂、阻燃剂和水均匀搅拌，制得浆料；
(4)将混合浆料通过模压注塑成型或螺杆挤出成型方式预成型后，在模具中利用微波设备在功率为350W-600W时进行10-15min发泡成型。
(5)利用微波设备或其他加热干燥设备，将发泡成型的材料在模具中干燥至含水率为8％-15％，可脱模制得轻质生物质材料。
10.如权利要求1所述的轻质生物质材料及其制备方法，其特征在于：材料为发泡材料，具有较高的抗压强度、弯曲强度、保温性能和缓冲性能，密度在0.3-0.9g/cm3之间。在自然环境中维持各项性能指标180天-365天以上，随后将开始自然降解。废弃材料可直接丢弃并自然降解成种植用土壤；或经破碎还原成种植用土壤进行复用或丢弃。
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