植物纤维生物复合材料及其应用
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种植物纤维生物复合材料及其应用。
【背景技术】
[0002]我国作为农业大国，每年可生成7亿多吨秸杆，成为“用处不大”但必须处理掉的“废弃物”。农业副产秸杆已经成为污染的新源头，每年夏收和秋冬之际，总有大量的小麦、玉米等秸杆在田间焚烧，产生了大量浓重的烟雾，不仅成为农村环境保护的瓶颈问题，甚至成为殃及城市环境的罪魁祸首。国内外在综合利用秸杆方面，除传统的将秸杆粉碎还田作有机肥料外，还开发了秸杆饲料、秸杆汽化、秸杆发电、秸杆乙醇、秸杆建材等新产品，但是，利用效率等方面还存在一定的问题。由于秸杆表面有一蜡层，普通的含醛胶粘剂很难产生好的胶合作用，必须对秸杆进行进一步的脱蜡处理，这样势必增加了能耗和加工成本，而且使用甲醛胶在生产的制品中留下高含量的有毒甲醛物质，不环保;利用聚氨酯胶进行秸杆复合材料的制造也有产业化的报道，但是该胶价格高，制造成本高，而且加工方法单一，一般只能通过热压成型制造板材。另外，农业加工副产物果实壳如花生壳、稻壳、燕麦壳;亚热带地区植物加工副产物果实壳如椰子壳等也大部分被焚烧，不仅影响环境，其富含的植物纤维，没有得到很好的利用。而目前迅猛发展的物流行业，急需各类托盘作为物流运作过程中重要的装卸、储存和运输设备，并与叉车配套使用。由于各类托盘可以使现代物流业实现物品包装的单元化、规范化和标准化，保护物品，方便物流和商流，具有广阔市场需求。然而，目前制造物流行业所用托盘需要消耗大量的天然资源如木材或石油。因此，急需开发一种既能符合环保要求，又能使农业废弃物得以利用，还能满足日益发展的物流业的需求的材料。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是:提供一种植物纤维生物复合材料，使农业副产物秸杆、农业加工副产物果实壳、亚热带地区植物加工副产物果实壳，无需进行脱蜡处理就可得到利用。
[0004]实现本发明目的的技术方案是:一种植物纤维生物复合材料，其创新点在于，由植物纤维50?92wt%，生物基复合增强材料5?40wt%，增塑剂I?10wt%，固化剂2?15wt%组成，上述各组分用量之和为100%;
所述植物纤维为农业副产物秸杆，或者农业加工副产物果实壳，或者亚热带地区植物加工副产物果实壳，分别经过机械粉碎、搓揉、风选制得的纤维中的一种或几种，植物纤维长度为I?10cm，水分含量为8?20wt%;
所述生物基复合增强材料为酒糟基生物复合增强材料或生物藻基生物复合增强材料的微粉，其蛋白质含量为5?30wt %，细度为80?200目，水份< 10wt%。
[0005]上述植物纤维生物复合材料中，所述农业副产物秸杆为玉米秸杆、小麦秸杆、大豆秸杆、油菜籽秸杆、工业大麻秸杆、亚麻秸杆、水稻秸杆、棉花秸杆中的一种或几种;所述农业加工副产物果实壳为花生壳、水稻壳、小麦壳、棉铃壳、燕麦壳中的一种或几种;所述亚热带地区植物加工副产物果实壳为椰子壳、棕榈果壳中的一种或几种。
[0006]上述植物纤维生物复合材料中，所述增塑剂为甘油、硬脂酸中的一种;所述固化剂为脲醛树脂、酚醛树脂、聚异氰酸酯中的一种或几种。
[0007]本发明的另一目的是:提供一种植物纤维生物复合材料的应用，采用挤压成型、热模压成型或3D打印成型等多种加工方式生产物流用托盘，生活用托盘，包装盒等多种植物纤维基制品。
[0008]实现本发明另一目的的技术方案:一种上述植物纤维生物复合材料的应用，其创新点在于，上述植物纤维生物复合材料用于制备植物纤维基制品，具体方法是:
①称取各个组分
分别称取植物纤维50?92wt%，生物基复合增强材料5?40wt%，增塑剂I?10wt%，固化剂2?15wt%，其中，植物纤维为农业副产物秸杆，或者农业加工副产物果实壳，或者亚热带地区植物加工副产物果实壳，分别经过机械粉碎、搓揉、风选制得的纤维中的一种或几种，植物纤维长度为I?10cm，水分含量为8?20wt%;生物基复合增强材料为酒糟基生物复合增强材料或生物藻基生物复合增强材料的微粉，其细度为80?200目，水份<10wt%;备用；
②将步骤①称取的植物纤维通过传送带进入搅拌混合容器中，在该容器中喷雾加入步骤①称取的生物基复合增强材料微粉，并混合搅拌0.5?1.0h，然后加入步骤①称取的增塑剂和固化剂，再混合0.5?1.0h，S卩制得植物纤维生物复合材料；
③取步骤②制得的植物纤维生物复合材料，放到各个成型模具中，通过挤压成型、热模压成型或3D打印成型制得植物纤维基制品。
[0009]上述植物纤维生物复合材料的应用中，其所述农业副产物秸杆为玉米秸杆、小麦秸杆、大豆秸杆、油菜籽秸杆、工业大麻秸杆、亚麻秸杆、水稻秸杆、棉花秸杆中的一种或几种;所述农业加工副产物果实壳为花生壳、水稻壳、小麦壳、棉铃壳、燕麦壳中的一种或几种;所述亚热带地区植物加工副产物果实壳为椰子壳、棕榈果壳中的一种或几种;所述增塑剂为甘油、硬脂酸中的一种;所述固化剂为脲醛树脂、酚醛树脂、聚异氰酸酯中的一种或几种。
[0010]上述植物纤维生物复合材料的应用中，其所述植物纤维基制品为物流用托盘、物流用托盘的底座墩、生活用托盘、包装盒、平式托盘、3D立体托盘。
[0011]本发明的技术效果是:
①本发明的植物纤维生物复合材料中配有适量的生物基复合增强材料，由于所选用的生物基复合增强材料为酒糟基生物复合增强材料或生物藻基生物复合增强材料，其中含有适量的蛋白质而且具有适当的细度，因此，当它与经过机械粉碎、搓揉、风选制得的长度为I?10cm，水分含量为8?20wt%的植物纤维复配后，大大改善了固化剂和植物纤维表面的粘合能力，降低了固化材料的使用量，而且可以减少甲醛的释放量，这样，农业副产物秸杆，或者农业加工副产物果实壳，或者亚热带地区植物加工副产物果实壳所含的植物纤维不需要脱蜡就可应用，不仅节省了能源，降低了加工成本，还解决了焚烧秸杆或加工副产物果实壳对环境损害的问题，也为物流业开发了节省天然资源，价格低的原材料，技术效果显著，社会效益明显；
②利用本发明的植物纤维生物复合材料可以采用挤压、热模压成型以及3D打印成型等多种加工方式生产物流用托盘，生活用托盘，包装盒等多种环保型制品，为农业副产物(废弃物)找到了更好的出路。
【具体实施方式】
[0012]以下结合实施例对本发明做进一步描述，但不局限于此。
[0013]实施例所用原材料除另有说明外均为市售工业用品，可通过商业渠道购得。
[0014]实施例中，所用生物基复合增强材料为酒糟基生物复合增强材料，它是中英合资常州市康天新材料科技有限公司产品，型号为KT 一 102A，其蛋白质含量为8?15wt%，细度为80?200目，水份<8wt%;
实施例中，所用生物基复合增强材料为蓝藻基生物复合增强材料，它是中英合资常州市康天新材料科技有限公司产品，型号为KT 一 103A，其蛋白质含量为6?10wt%，细度为80?200 目，水份 <10wt%。
[0015]实施例中，所用玉米秸杆纤维、油菜籽秸杆纤维、工业大麻秸杆纤维、亚麻秸杆纤维，小麦秸杆纤维、花生壳纤维、稻壳纤维、椰子壳纤维、棕榈果壳纤维是玉米秸杆、油菜籽稻杆、工业大麻稻杆、小麦稻杆、花生壳、稻壳、椰子壳、棕榈果壳分别经过机械粉碎、搓揉、风选制得的，其纤维长度为I?10cm，水分含量为8?20wt%;
实施例中，所用固化剂脲醛树脂、酚醛树脂、聚异氰酸酯(PMDI)均为市售品；
实施例中，所用增塑剂为甘油，工业品。
[0016]实施例1制备玉米秸杆纤维基生活用托盘，
具体步骤如下:
①称取各个组分
分别称取玉米秸杆纤维500g(74.6wt% );酒糟基复合生物增强材料100g(15wt%);增塑剂甘油10g( 1.5wt%);固化剂60wt%固体含量的脲醛树脂100g(8.9wt%)，备用；
②将步骤①称取的玉米秸杆纤维通过传送带进入搅拌混合容器中，在该容器中喷雾加入步骤①称取的酒糟基复合增强材料微粉，并混合搅拌0.5h，然后加入步骤①称取的增塑剂甘油和固化剂脲醛树脂，再混合0.5h，即制得玉米秸杆纤维生物复合材料
③取步骤②制得的玉米秸杆纤维生物复合材料，依次放到各个托盘模具中，在150°C热压5min即制得玉米秸杆纤维生活用基托盘。
[0017]实施例2制备小麦秸杆纤维基生活用托盘，
具体步骤如下:
①称取各个组分
分别称取小麦秸杆纤维500g(76wt% )；酒糟基复合生物增强材料100g( 15.2wt%)；增塑剂甘油10g( 1.5wt%);固化剂60wt%固体含量的酚醛树脂80g(7.3wt%)，备用；