以植物纖維為原料的泡沫塑料及其制備方法技術

一種泡沫塑料，其特征是以液化植物纖維為原料，以植物纖維為增強劑，各組分的重量百分比為：液化植物纖維３０－６０％，短切植物纖維２０－４０％，甲醛２０－４０％。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種以天然植物纖維為原料、可生物降解的泡沫塑料及其制備方法。
技術介紹
泡沫塑料是重要的包裝和建筑材料，已經廣泛應用于食品、電器、家具、家居等各個領域。但以合成樹脂為原料的各種泡沫塑料，在自然條件下很難降解，從而增加了環境負擔，被稱為是“白色污染”。為了解決這個問題，利用植物纖維的可降解性，制備泡沫塑料是一個可供選擇的方法之一。為了達到這個目的，植物纖維的液化是首先需要解決的問題。植物纖維是自然界蘊藏極為豐富的可再生的天然復合材料，由于能源危機和環境污染的日益加劇，植物纖維的充分合理利用就變得更加迫切。但由于植物纖維結構上的復雜性和特殊性，使其在化工與能源領域的應用存在較大的困難。早期的研究側重于運用高溫分解或高壓液化的方法，使植物纖維液化，將產物分離以分別加以利用，可開發烴燃料及化學原料。此類方法的液化反應條件較為苛刻，實用性較差。后來人們希望在對植物纖維進行液化時，保持其高分子特性，從而可以利用植物纖維的結構與性能，而非將植物纖維降解為低分子化工原料。這類液化方法，最初采用較為劇烈的條件，如高溫(250℃以上)、高壓、無催化劑條件下，將植物纖維溶解于某些有機溶劑的方法。后來逐步改為采用中低溫(80-150℃)，常壓有催化劑的條件下進行溶劑溶解，同時常利用植物纖維的一些化學改性，如脂化改性或醚化改性來加強液化效率。然而，植物纖維的化學改性會提高液化成本，并會增加環境負擔，經濟上不合適。為此，應盡量采用植物纖維直接液化的手段，或通過簡單的物理處理方法，以增加液化的效率。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種具有環保特性的泡沫塑料及其制備方法，該方法成本低，制備的泡沫塑料可應用于包裝行業，具有生物降解性，可減輕對環境的污染。本專利技術泡沫塑料是以液化植物纖維為原料，以植物纖維為增強劑，各組分的重量百分比為液化植物纖維30-60％，短切植物纖維20-40％，甲醛20-40％。該泡沫塑料可應用于包裝行業，具有生物降解性。作為增強劑的短切植物纖維為黃麻、亞麻、劍麻、苧麻、大麻、椰子殼和菠蘿葉中的一種或一種以上。而液化植物纖維的原料主要是各類木粉，也可以是其它植物纖維的粉末。以上泡沫塑料的制備方法分成以下幾個步驟1)、制備液化植物纖維先將粉狀原植物纖維過篩(40目)；在反應器中加入苯酚和催化劑，加熱融化后加入經輻射預處理主要成分是各種木粉的粉狀植物纖維，苯酚與植物纖維的重量比為1～5，粉狀植物纖維的加入方式分為一次性或多次性加入，于150℃的油浴中回流攪拌反應90min；催化劑為以下物質的組合物，相對于植物纖維的量計算硫酸0-3％，對甲基苯磺酸0-7％，氯化亞錫0-1％，結晶氯化鋁0-1％，反應結束后，體系降溫至60℃，加入甲醇稀釋液化植物纖維，抽濾可分離液化植物纖維與殘渣；用甲醇洗滌液化殘渣，再用水洗滌殘渣，真空干燥殘渣部分，稱重；對濾液部分進行減壓蒸餾，將液化植物纖維與甲醇分離，甲醇回收利用，液化植物纖維真空干燥，以備后用；2)、制備木質纖維材料基甲階酚醛樹脂首先按標準方法測定液化植物纖維的酚羥值；由液化木的酚羥值換算出苯酚∶甲醛＝1∶1.6，NaOH用量占苯酚的1％；將上述比例液化木，甲醛，NaOH于反應器中，在85℃的浴鍋中加熱回流反應4-5小時；反應到粘度為2～10Pa.S后停止反應，加鹽酸調節為中性，降溫之后減壓蒸餾除去多余的水至水含量約為6％，即成木質纖維材料基甲階酚醛樹脂；3)、混合發泡取木質纖維材料基甲階酚醛樹脂100份置于紙或塑料容器中，與重量百分比20-40％的短切植物纖維混合均勻，隨后加入10～20phr、重量比為1∶1的酸催化劑磷酸和硫酸或硫酸和磺酸，加入3～5phr表面活性劑吐溫40或吐溫60，加入10～20phr乙醚作發泡劑，于室溫下快速攪拌均勻并發泡，之后放入到60～65℃的烘箱中熟化10～30min。在液化植物纖維的制備過程中，輻射預處理可利用紫外線照射處理粉狀原植物纖維；紫外燈的功率為1～5kw，粉狀植物纖維與紫外燈間的距離為20～50cm，照射時間為10～30小時。在液化植物纖維的制備過程中，輻射預處理還可以利用γ射線、紫外線照射處理粉狀原植物纖維；γ射線輻照劑量為1～5Mrad；經輻照處理的粉狀植物纖維，可用紫外線進一步處理，紫外燈的功率為1～5kw，粉狀植物纖維與紫外燈間的距離為20～50cm，照射時間為5～30小時。在液化植物纖維的制備過程中，輻射預處理是利用紫外線照射處理增重20～40％的氰乙基化改性植物纖維；紫外燈的功率為1～5kw，粉狀植物纖維與紫外燈間的距離為20～50cm，照射時間為5～30小時。實驗表明，經輻照處理的植物纖維，所需的液化條件大為降低，并可提高其液化效率。液化后的植物纖維在化學結構上存在許多可反應活性點，為其下一步的樹脂化利用提供了條件。同時，液化植物纖維也在一定程度上保持了植物纖維的原有結構，從而賦予最終材料的生物降解性。利用以液化植物纖維為原料的樹脂可以制成膠粘劑，發泡材料，并可應用于纖維復合材料的基體等方面。采用本專利技術方法制備泡沫塑料效率高，成本低，其產品可應用于包裝行業，具有生物降解性，可減輕對環境的污染。具體實施例方式以下結合具體實施例對本專利技術作進一步說明。實施例1-5制備步驟為1)、制備液化植物纖維原料40目松木粉，苯酚作溶劑。反應溫度150℃，反應時間90min。加料方式一次性加入或分成兩次加入(先加2/3，再加1/3)，液化反應結果見表1。金屬氯化鹽是滲透劑，可以增強苯酚在植物纖維中的擴散，提高反應幾率。分批加入松木粉，可以使反應初期體系中溶劑的比例提高，有利于植物纖維液化。2)、制備木質纖維基甲階酚醛樹脂取各實例液化松木為原料，測定液化木的酚羥值后，苯酚∶甲醛＝1∶1.6；催化劑NaOH用量占苯酚的1％。按比例稱取上述液化木，甲醛，NaOH于反應器中，在85℃下回流反應4h后停止反應，加鹽酸調節pH＝7左右，降溫之后減壓蒸餾除去多余的水。常溫下，最終產品粘度為8Pa.S左右。3)、混合發泡稱取100份的木質纖維基甲階酚醛樹脂于紙或塑料容器中，與一定比例的短切植物纖維(20phr)混合均勻。加入5phr硫酸和5phr磺酸，加入3phr吐溫40，再加入乙醚發泡劑(10phr)，于室溫下快速攪拌，在30～60S后起泡，之后放入到60℃左右的烘箱中熟化10min。泡沫密度約為50kg/m3。4)泡沫塑料的降解實驗將泡沫塑料整塊(10×10×10cm)土埋，一年后取出，測量失重率(見表1)。另外，將泡沫塑料磨成粉末，土埋三年后檢查，基本降解完畢。表1松木原粉化學液化及其泡沫塑料的降解性實施例1～5 a注松木粉分成兩次加入(先加2/3，再加1/3)實施例6～9制備方法與實施例1-5相同。但原植物纖維在液化前，先利用不同功率的紫外燈對植物纖維粉末進行不同時間的紫外線輻照預處理。具體方法為，原料40目松木粉，苯酚作溶劑，松木粉/苯酚＝1。紫外線處理時，松木粉與紫外燈間的距離為20cm；反應溫度100℃，反應時間90min；催化劑為1％硫酸，5％對甲基苯磺酸，1％氯化亞錫；松木粉的加入方式一次性加入；液化反應結果見表2。紫外光照射可能會加快木質素的降解，從而提高植物纖維的液化性能。從表2還可以看到，隨紫外燈管功本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：容敏智，章明秋，石光，
申請(專利權)人：中山大學，
類型：發明
國別省市：