CN1766003A

CN1766003A - 环境友好的木素发泡材料及其成型加工工艺

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Publication number: CN1766003A
Application number: CN 200410040898
Authority: CN
Inventors: 罗学刚; 徐东
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-10-25
Filing date: 2004-10-25
Publication date: 2006-05-03
Anticipated expiration: 2024-10-25
Also published as: CN100413926C

Abstract

本发明涉及环境友好的木素发泡材料及其成型工艺，属含木质素材料的组合物技术领域。它的各组分的重量比为：高纯木素30～80、树脂0～60、接枝改性物1～10、引发剂0～5、发泡剂1～5、润滑剂1～5。它的成型工艺包括四个步骤，原料处理、分离提纯高纯木素；按各组分重量份计量；在高速混合机中混匀；用挤出机于100～200℃、30～100rpm条件下熔融共混3～10min，在110～210℃、0.1～1MPa下挤出，经发泡模具发泡冷却定型，或投入注射机或热压模塑机中发泡成型。它具有密度低、强度高、隔热隔音性好，保温性好，防震、易成型、易降解等优点，在缓冲包装、食品保鲜包装，内外墙保温、隔热及日用品等领域将得到广泛的应用。

Description

环境友好的木素发泡材料及其成型加工工艺

(一)技术领域本发明涉及环境友好的木素发泡材料及其成型加工工艺，属于含木质素材料的组合物。是天然木质素的改性及新材料开发。

(二)背景技术地球上天然植物材料-木素的数量仅次于纤维素，估计每年全世界由植物生长可产生1500亿吨木素。人类利用纤维素已有几千年的历史，而木素真正开始研究是1930年以后的事，而且至今没有很好的利用，大自然提供给人类的大宗资源，每年白白浪费掉了。木质纤维素物质三大组分中，只有木素没有获得有效利用，而且成为相关工业应用中的障碍物和环境污染物，因此木素资源的利用无论从自然界碳素循环还是人类社会可持续发展角度看意义都非常重大。

塑料泡沫材料导热系数低、重量轻、施工方便，在隔热、保温、食品、建筑等领域的使用越来越多，但常用的如聚氨酯、聚苯乙烯，聚乙烯等泡沫材料存在着易燃烧、发烟量大、耐热温度低，特别是废弃物降解性能差、污染环境等缺点，在实际应用中已受到越来越多的限制。以可再生的天然木素为主要原料开发环境友好的木素发泡材料，在发泡和成型过程中具有优良的高温拉伸性能、动态力学、力学性能，且在自然环境(光、热、微生物等)条件下能够完全降解，其降解诱导期能够控制。成型加工后的产品具有质轻、比强度高、防水、防腐、保温之特点，可广泛用于建筑、运输、包装、家庭装饰及日用品市场。

(三)发明内容

1、发明目的本发明的目的是提供一种以天然木素为原料，生产环境友好的木素发泡材料的方法，为可再生资源天然木素的大规模开发利用服务。

2、技术方案本发明的技术方案是：将高纯木素、树脂、接枝改性物、引发剂、发泡剂、润滑剂等按重量份配比称量并高速混合；再将上述配料置入挤出机熔融共混，用挤出机挤出，经发泡模具发泡冷却定型，或投入注射机或热压模塑机中发泡成型。即得到环境友好的木素发泡材料及产品。

各组分按重量比为：高纯木素30～80、树脂0～60、接枝改性物1～10、引发剂0～5、发泡剂1～5、润滑剂1～5。

高纯木素是被有机溶剂处理、提纯的木素。利用木素溶于有机溶剂、且在有机溶剂中易于凝聚、聚合的特性，将有机溶剂制浆、碱法制浆、亚硫酸盐法制浆、亚氨法制浆、机械法制浆、生物法制浆等得到的黑(红)液，经浓缩后，按1∶1～10的比例加入热有机溶剂；如原料是一般工业木素产品，按1∶1～6的比例加入热有机溶剂搅拌溶解后，离心或过滤除去杂质，蒸馏回收有机溶剂后得到高纯木素，分子量＞1000以上，纯度＞60％以上，玻璃化温度＞100℃。

所述的有机溶剂主要包括二氧六环、乙酰溴及衍生物；甲醇、乙醇、六氟丙醇等醇类及衍生物；丙酮、丁酮等酮类及衍生物；甲酸、乙酸、丙酸等酸类及衍生物；甲酸乙酯、乙酸乙酯等酯类及衍生物；低级烷烃醇胺及衍生物；氨、氨水等及铵盐类等的单一溶剂或复合溶剂。

树脂选用低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚氨酯(PU)、聚苯乙烯(PS)或酚醛树脂(PF)等。所述聚合物为乙烯/醋酸乙烯共聚物(EVA)，乙烯/丙烯酸乙酯共聚物(EEA)，乙烯/丙烯酸共聚物(EAA)或其它高分子单体聚合物等。可将其中的一种或几种配比使用。

接枝改性物选用长链不饱和羧酸及其酯类中的一种或两种以上的任意组合。如十一烯基丁二酸酐、十一烷二酸、十一烯基丁二酸酐、十二烯基丁二酸酯、十八烯酸、聚乳酸、6-羟基己酸、1，2，3，4-环庚烷四羧酸、1，2，3，4-环丁烷四羧酸等和其它三官能或多脂族或脂环族多羧酸，或这些化合物的酸酐等。

引发剂选用有机过氧化物中的一种或两种以上的任意组合。如过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过氧化对氯苯甲酰、过氧化乙酰、过氧化枯烯、a，a′-双(叔丁基过氧二异丙基)苯、二叔丁基过氧化物、2，5-(叔丁基过氧)己烷、1，1-叔丁基过氧-3，3，5-三甲基环己烷、叔丁基过氧新戊酸酯、叔丁基过氧-2-乙基己酸酯、叔丁基过氧苯甲酸酯、双(4-叔丁基环己基)过氧二碳酸酯、二异丙基过氧二碳酸酯、叔丁基过氧异丙基碳酸酯，和其它过氧化物；和偶氮双异丁腈和其它偶氮化合物。

发泡剂选用物理发泡剂或化学发泡剂，如碳酸钠、碳酸氢钠、CO₂、偶氦二甲酰胺、偶氮二异丁腈等中的一种或者两种以上的任意组合。

润滑剂选用石蜡、液体石蜡、硬脂酸、聚乙烯蜡或氧化聚乙烯中的一种或者两种以上的任意组合。

将上述各组分按重量份配比在高速混合机中混匀；用挤出机先于100～200℃、10～80rpm条件下熔融共混3～10min，然后在110～210℃、0.1～1MPa下挤出，经发泡模具发泡冷却定型，或投入注射机或热压模塑机中发泡成型。即得到环境友好的木素发泡材料及产品。

3、有益效果通过熔融共混将木素改性，使其相对分子质量增大，分子形状由Einstein球和紧密卷曲体转化为线形高聚物，使其有利于接枝共聚，增强成膜、网络状成形性和控释特性。将木素所具有的一系列优良属性，如生物降解、接枝共聚、玻璃化成膜、吸附缓释等，在熔融共混改性中得以再现和叠加。熔融共混改性后的木素材料加工性能良好，在发泡剂的作用下，发泡均匀稳定，倍率高，制品融结性好，强度高，毛细孔分布均匀细小，具有良好抗破坏性及抗震性能，以及良好的保温隔音性能。环境友好的木素发泡材料成型后具有密度低、强度高、隔热隔音性好，保温性好，防震、易成型、易降解等优点，在缓冲包装、食品保鲜包装，内外墙保温、隔热、建筑工业、农业以及日用品等领域将得到广泛的应用。

(四)具体实施方式下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

高纯木素的制取：

①、取亚氨法得到的黑(红)液，加热浓缩至波美20°以上，按1∶1～8的比例加入50℃的乙酸乙酯，密闭搅拌后加温至80℃，静置冷却2小时，待混合液分层后，除去底层的杂质，上层液蒸馏回收乙酸乙酯，得到的固形物经干燥后为高纯木素。分子量＞2000以上，纯度＞60％以上，玻璃化温度＞100℃，水分＜1％。

②：取工业木素为原料，按1∶6的比例加入90℃的二氧六环，加HCl调节pH＜6，密闭搅拌后加温至100℃，静置冷却2小时，待混合液分层后，除去底层的杂质，上层液蒸馏回收乙酸乙酯，得到的固形物经干燥后为高纯木素。分子量＞1000以上，纯度＞60％以上，玻璃化温度＞100℃，水分＜1％。

实施例1 按重量份取高纯木素30、低密度聚乙烯40、十一烯基丁二酸酐5、过氧化苯甲酰1、偶氦二甲酰胺5、液体石蜡2等在高速混合机中混匀；用挤出机先于100℃、30rpm条件下熔融共混10min，然后在110℃、0.1MPa下挤出，经发泡模具发泡冷却定型，即得产品。

实施例2：按重量份取高纯木素60、聚氯乙烯50、十八烯酸6、过氧化月桂酰3、偶氮二异丁腈5、聚乙烯蜡5等在高速混合机中混匀；用挤出机先于160℃、50rpm条件下熔融共混5min，然后在140℃、0.4MPa下挤出，投入注射机中发泡成型，即得产品。

实施例3：按重量份取高纯木素80、聚苯乙烯60、十二烯基丁二酸酯7、过氧化二异丙苯3、偶氦二甲酰胺3、碳酸钠2、硬脂酸4等在高速混合机中混匀；用挤出机先于200℃、30rpm条件下熔融共混3min，然后在210℃、1MPa下挤出，投入热压模塑机中发泡成型，即得产品。

Claims

1、一种环境友好的木素发泡材料，其特征在于，它的各组分的重量比为：高纯木素30～80、树脂0～60、接枝改性物1～10、引发剂0～5、发泡剂1～5、润滑剂1～5。

2、根据权利要求1所述的环境友好的木素发泡材料，其特征是所述高纯木素是经有机溶剂处理、提纯的，其分子量＞1000，纯度＞60％，玻璃化温度＞100℃，水分＜1％。的木素。

3、根据权利要求1所述的环境友好的木素发泡材料，其特征是，所述的树脂选用低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚氨酯(PU)、聚苯乙烯(PS)或酚醛树脂(PF)等。所述聚合物为乙烯/醋酸乙烯共聚物(EVA)，乙烯/丙烯酸乙酯共聚物(EEA)，乙烯/丙烯酸共聚物(EAA)或其它高分子单体聚合物等中的一种或几种配比使用。

4、根据权利要求1所述的环境友好的木素发泡材料，其特征是，所述的接枝改性物选用十一烯基丁二酸酐、十一烷二酸、十一烯基丁二酸酐、十二烯基丁二酸酯、十八烯酸、聚乳酸、6-羟基己酸、1，2，3，4-环庚烷四羧酸、1，2，3，4-环丁烷四羧酸等和其它三官能或多脂族或脂环族多羧酸，或这些化合物的酸酐等长链不饱和羧酸及其酯类中的一种或两种以上的任意组合。

5、根据权利要求1所述的环境友好的木素发泡材料，其特征是引发剂选用过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过氧化对氯苯甲酰、过氧化乙酰、过氧化枯烯、a，a′-双(叔丁基过氧二异丙基)苯、二叔丁基过氧化物、2，5-(叔丁基过氧)己烷、1，1-叔丁基过氧-3，3，5-三甲基环己烷、叔丁基过氧新戊酸酯、叔丁基过氧-2-乙基己酸酯、叔丁基过氧苯甲酸酯、双(4-叔丁基环己基)过氧二碳酸酯、二异丙基过氧二碳酸酯、叔丁基过氧异丙基碳酸酯，和其它过氧化物；和偶氮双异丁腈和其它偶氮化合物等有机过氧化物中的一种或两种以上的任意组合。

6、根据权利要求1所述的环境友好的木素发泡材料，其特征是发泡剂选用物理发泡剂或化学发泡剂，如碳酸钠、碳酸氢钠、CO₂、偶氦二甲酰胺、偶氮二异丁腈等中的一种或者两种以上的任意组合。

7、根据权利要求1所述的环境友好的木素发泡材料，其特征是润滑剂选用石蜡、液体石蜡、硬脂酸、聚乙烯蜡或氧化聚乙烯中的一种或者两种以上的任意组合。

8、根据权利要求1所述的环境友好的木素发泡材料的成型加工工艺，其步骤是：

第一步，制备高纯木素，利用木素溶于有机溶剂、且在有机溶剂中易于凝聚、聚合的特性，将有机溶剂制浆、碱法制浆、亚硫酸盐法制浆、亚氨法制浆、机械法制浆、生物法制浆等得到的黑(红)液，浓缩至波美20°以上，按1∶1～10的比例加入热有机溶剂；如原料是一般工业木素产品，按1∶1～6的比例加入热有机溶剂搅拌溶解后，离心或过滤除去杂质，蒸馏回收有机溶剂后得到高纯木素，分子量＞1000以上，纯度＞60％以上，玻璃化温度＞100℃，水分＜1％；

第二步，配料，按重量份配比取高纯木素30～80、树脂0～60、接枝改性物1～10、引发剂0～5、发泡剂1～5、润滑剂1～5，在高速混合机中混匀；

第三步，将配好的料用挤出机先于100～200℃、30～100rpm条件下熔融共混3～10min；

第四步，在110～210℃、0.1～1MPa下挤出，经发泡模具发泡冷却定型，或投入注射机或热压模塑机中发泡成型。

9、根据权利要求8所述的木素发泡材料的成型加工工艺，其特征在于，发泡模具为逐步释放形式；模隙放大倍数从0.5～20倍，依不同用途的各种发泡型材所需密度决定释放量；挤出发泡材料经冷却定型同步牵引，定长切断成所需尺寸，发泡材料密度在0.1～0.9之间。

10、根据权利要求8所述的木素发泡材料的成型加工工艺，其特征在于，所述的有机溶剂主要包括二氧六环、乙酰溴及衍生物；甲醇、乙醇、六氟丙醇等醇类及衍生物；丙酮、丁酮等酮类及衍生物；甲酸、乙酸、丙酸等酸类及衍生物；甲酸乙酯、乙酸乙酯等酯类及衍生物；低级烷烃醇胺及衍生物；氨、氨水等及铵盐类等的单一溶剂或复合溶剂。