[发明专利]一种全生物质纤维素复合塑料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种全生物质纤维素复合塑料及其制备方法，该复合塑料的制备原料包括、全生物质聚乙烯、秸秆粉、相容剂、添加剂和纳米刚性有机材料，其中相容剂为聚乙二醇、硅烷偶联剂、铝钛酸酯和钛酸酯中的一种或几种；添加剂为增塑剂、热稳定剂和内润滑剂中的一种或几种；纳米刚性有机材料为纤维素纳米晶体或者纤维素纳米纤丝。制备方法是将相容剂配成乙醇溶液，均匀喷洒至秸秆粉和纳米刚性有机材料的混合物中，室温放置后烘干，再加入剩余原料搅拌混和均匀，双螺杆挤出机混炼造粒。本发明产品主原料全部来自天然可再生物质，用热塑性可再生秸秆粉共混全生物质聚乙烯造粒，力学性能和可降解性能佳。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种全生物质纤维素复合塑料及其制备方法。

背景技术

随着社会经济飞速发展，石油资源的紧张，温室气体排放对全球气候的影响越来越成为全世界关注的焦点。因此，减少对石油资源的使用以及降低碳排放，成为所有人共同努力的目标。

稻秸是一种禾本植物，是全世界最主要的农副产物，同时也是世界上利用价值最高的农产品(2011年全球经济效益1870亿美金)。长期以来，农作物秸秆主要用作肥料、燃料、饲料和造纸原料，利用率不到50％。剩余大部分秸秆都做焚烧处理，导致了严重的雾霾及其他空气污染。

全生物质聚乙烯是由生物质乙醇(以生物质为原料通过发酵制得的乙醇，生物质原料包括玉米、高粱、小麦、大麦、甘蔗、甜菜和土豆等含糖类和淀粉的农作物)催化脱水制得的乙烯，再聚合得到的聚乙烯。该全生物质聚乙烯与用石化资源制成的聚乙烯物理化学性能相似，同时还具有低碳、可再生等环保优势。

申请人之前研究了使用全生物质聚乙烯制备塑料的工艺技术，参见公开号CN105585759A的中国专利文献，使用全生物质聚乙烯、天然高分子物质、添加剂和填料。该生物质复合塑料虽相较于其他生物质为基础的塑料有一定优势，但在力学性能上仍然需要进一步提高。

发明内容

现有技术中的秸秆全生物质塑料在制备过程中由于对秸秆的改性效果有限，生产出的全生物质塑料力学性能上与传统塑料还有较大差距，无法满足日常使用的要求。为了解决上这些问题，本发明提供了一种全生物质纤维素复合塑料。

本发明提供的全生物质纤维素复合塑料，按质量百分数计，制备原料包括：

其中，所述相容剂为聚乙二醇、硅烷偶联剂、铝钛酸酯和钛酸酯中的一种或几种；所述添加剂为增塑剂、热稳定剂和内润滑剂中的一种或几种；所述纳米刚性有机材料为纤维素纳米晶体或者纤维素纳米纤丝。

纳米纤维素的来源十分广泛，并具有高结晶度、低密度、高杨氏模量、高强度、高比表面积、低热膨胀系数、亲水性、超精细结构、生物可降解性、生物相容性及可再生性。纤维素纳米晶体(cellulose nanocrystals，CNC)、纤维素纳米纤丝(cellulose nanofiber，CNF)，直径在5-20nm左右，CNC的长度在50-300nm之间，CNF长径比比较大，长度一般可达微米级。纳米刚性有机材料来源十分广泛，少量的使用对体系力学性能的提升有明显效果。

优选地，所述纳米刚性有机材料的尺寸为1～100nm。

优选地，所述增塑剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇、木糖醇、甘露醇、或山梨醇。

优选地，所述热稳定剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁和二月桂酸二丁基锡中的一种或几种。

优选地，所述内润滑剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡和液体石蜡中的一种或几种。

优选地，按质量百分比计，各原料用量为：