超分子诱导生物质纤维热塑成型方法及生物质纤维制品与流程

本发明涉及天然高分子材料的应用领域，具体涉及一种超分子诱导生物质纤维热塑成型方法及生物质纤维制品。
背景技术：
：我国目前每年在家装、家居业的市值超过8000亿人民币，市场庞大，经济价值显著。按家装、家居行业所使用材料的属性不同来划分，可将其分为纯实木和人造板两个细分领域。就实木材料而言，主要涉及林业和木材加工业两个领域。放眼目前的消费市场，越来越多的消费者选择纯实木制品作为其家装、家居的首选材料。究其原因，主要有以下两方面的考虑：(1)实木制品为天然制品，安全无毒害，使用过程中无需考虑其安全和可靠性；(2)名贵实木制品具有一定的可传承性，有文化和历史底蕴。但消费者不知道的是，实木制品其实也存在如下比可避免的缺陷：(1)为了避免在使用过程中发生形变，增加稳定性，幅宽超过14cm的实木制品往往是要经过“药水”浸泡和拼接处理，这个过程中也会涉及有毒有害有机化合物和少量粘合剂的使用；(2)实木制品以木材为原料，非经济性木材品种的大量砍伐必然对当地的生态和生活环境造成一定影响，不利于环境保护和可持续发展；(3)实木制品在后期的保养和打理方面比较繁琐，需要对消费者进行必要的专业培训。就人造板式家装、家居材料而言，按组成结构的不同，可将其划分为指接板、多层板、颗粒板和密度板四类。从生产工艺来看，这四类板材的共同点是，制造过程中都不可避免地会使用到酚醛、脲醛和三聚氰胺甲醛类所谓“三醛”树脂作为粘接剂而将生物质材料或纤维粘合到一起，生物质材料或纤维自身不能仅通过热和剪切力的形式获得所需制品。因此，从化学反应动力学的角度来看，此四类材料中必然含有或会缓慢释放不同浓度的醛类物质，对人们的家居生活构成一定威胁。很显然，指接板、多层板、颗粒板和密度板中生物质材料或纤维的尺寸在逐渐减小，比表面积逐渐增大。故而，其甲醛的释放量也会相应地增加，这对消费者选择相关制品是具有指导性意义的。目前，我国小麦秸秆、水稻秸秆、甘蔗秸秆等各类天然生物质秸秆资源的产量超过8亿吨/年，但有仅2亿吨没有得到合理和有效的利用。焚烧和填埋是目前最主要的处理方式，但填埋和焚烧一方面浪费了巨大的生物质资源，另一方面，焚烧过程中会产生大量的烟雾和粉尘，会对生态环境、交通安全甚至身体健康造成严重影响，寻求此类生物质资源更多样化和更合理的利用途径十分必要。现有产业也有利用生物质纤维进行热塑成型的工艺方法，一般在生物质纤维中添加“三醛”(脲醛、酚醛、三聚氰胺甲醛)类胶粘剂，但是这些容易使产品含有有害物质，且不易降解，影响环境。技术实现要素：为了解决上述问题，本发明提出一种绿色环保、工艺流程简单、易于实施的超分子诱导生物质纤维热塑成型方法。本发明还保护一种通过超分子诱导生物质纤维热塑成型方法得到的生物质纤维制品。为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：一种超分子诱导生物质纤维热塑成型方法，包括以下步骤：(1)生物质纤维的活化处理将生物质纤维置于烘箱中，在80℃-105℃之间恒温干燥4-6小时后，将其转移至高速混合机中，加入活化剂，在8000-15000rpm条件下搅拌5-10分钟，获得活化处理的生物质纤维；(2)活化生物质纤维的超分子诱导处理将步骤(1)得到的活化处理的生物质纤维加入至夹套式高速混合机中；并依次加入超分子诱导剂、分散剂及脱水剂，在80-125℃，8000-15000rpm的转速下搅拌5-10分钟，进行搅拌诱导处理；冷却至常温后，获得超分子诱导处理的生物质纤维；(3)超分子诱导处理生物质纤维的直接热塑成型将步骤(2)得到的超分子诱导处理的生物质纤维加入高速混合机中，再依次加入润滑剂、阻燃剂及增韧剂，在100-120℃的温度下均化处理后，再挤出成型，经口模定型及冷却后得到产品。进一步的，步骤(1)中所述活化剂为氯化锂、氯化钠、氯化钾、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、硫酸镁、硫酸钙、碳酸钠、碳酸氢钠中的至少一种。进一步的，所述活化剂的加入量为生物质纤维重量的1％-4％。进一步的，步骤(2)中所述超分子诱导剂的加入量为活化处理的生物质纤维重量的4-30％；所述分散剂的加入量为活化处理的生物质纤维重量的0.5-1.5％；所述脱水剂的加入量为活化处理的生物质纤维重量的2-5％。进一步的，步骤(2)中所述超分子诱导剂为全氯化葡萄糖取代咪唑、全溴化葡萄糖取代咪唑、全氯化蔗糖取代咪唑、全溴化蔗糖取代咪唑、全氯化棉子糖取代咪唑、全溴化棉子糖取代咪唑、全氯化麦芽四糖取代咪唑、全溴化麦芽四糖取代咪唑、全氯化葡萄糖取代4，5-二羟基咪唑、全溴化葡萄糖取代4，5-二羟基咪唑、全氯化蔗糖取代4，5-二羟基咪唑、全溴化蔗糖取代4，5-二羟基咪唑、全氯化棉子糖取代4，5-二羟基咪唑、全溴化棉子糖取代4，5-二羟基咪唑、全氯化麦芽四糖取代4，5-二羟基咪唑、全溴化麦芽四糖取代4，5-二羟基咪唑、全氯化葡萄糖取代2-羟基苯并咪唑、全溴化葡萄糖取代2-羟基苯并咪唑、全氯化蔗糖取代2-羟基苯并咪唑、全溴化蔗糖取代2-羟基苯并咪唑、全氯化棉子糖取代2-羟基苯并咪唑、全溴化棉子糖取代2-羟基苯并咪唑、全氯化麦芽四糖取代2-羟基苯并咪唑、全溴化麦芽四糖取代2-羟基苯并咪唑、全氯化葡萄糖取代4，5-二羧基-2-苯基咪唑、全溴化葡萄糖取代4，5-二羧基-2-苯基咪唑、全氯化蔗糖取代4，5-二羧基-2-苯基咪唑、全溴化蔗糖取代4，5-二羧基-2-苯基咪唑、全氯化棉子糖取代4，5-二羧基-2-苯基咪唑、全溴化棉子糖取代4，5-二羧基-2-苯基咪唑、全氯化麦芽四糖取代4，5-二羧基-2-苯基咪唑、全溴化麦芽四糖取代4，5-二羧基-2-苯基咪唑中的至少一种。进一步的，步骤(2)中所述分散剂为甘油、山梨醇、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、羧基纤维素、羟基纤维素、羧基纤维素钠、羟基纤维素钠中的至少一种；所述脱水剂为无水氯化钙、无水硫酸镁、无水硫酸钙、氧化钙、硅酸铝中的至少一种。进一步的，步骤(3)中所述润滑剂的加入量为超分子诱导处理的生物质纤维重量的0.1-1.5％；所述阻燃剂的加入量为超分子诱导处理的生物质纤维重量的5-15％；所述增韧剂的加入量为超分子诱导处理的生物质纤维重量的5-15％。进一步的，步骤(3)中所述润滑剂为蜂蜡、石蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、柠檬酸酯、乙酰柠檬酸酯、硬脂酸酯、季戊四醇酯中的至少一种；所述阻燃剂为氯化石蜡、聚氯乙烯、磷酸酯、氧化锑、包覆磷粉中的至少一种；所述增韧剂为聚己二酸丁二醇酯、己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物、聚丁二酸丁二醇酯、氯化聚乙烯、抗冲击丙烯酸酯中的至少一种。进一步的，步骤(3)所述的挤出成型为：将物料通过螺杆挤出机挤出成型，且螺杆挤出机的加料段温度为140-160℃，热熔段温度为150-170℃，均质段温度为160-180℃，出料段温度为170-185℃。本发明中，生物质纤维为水稻秸秆、水稻壳、麦秸秆、甘蔗秸秆、芦苇秆、茶叶梗、咖啡壳、花生壳、核桃壳、开心果壳、木粉、竹粉、淀粉中的至少一种。本发明超分子诱导生物质纤维热塑成型方法及生物质纤维制品，其有益效果在于：(1)通过活化剂对天然生物质纤维大分子进行活化，再以天然小分子糖类离子液体为超分子诱导剂，使生物质纤维大分子之间产生更强的相互作用，该相互作用远远大于生物质纤维大分子间原有的强氢键作用，并致使本身具有线性结构的生物质纤维大分子体现出其应有的热塑性，从而实现了生物质纤维的直接热塑成型。(2)天然小分子糖类超分子诱导剂与生物质类天然大分子具有相似的分子结构，充分保证了二者的相容性，能够很好的诱导生物质纤维进行热塑化成型，产品的可持续性强，整个过程中完全不使用“三醛”类胶粘剂，使得到的产品绿色，环保，健康。(3)整个工艺流程简单，制造容易，且采用热塑性挤出技术直接获得生物质纤维的相关制品，其间完全不使用有毒、有害的溶剂，产品生产的而连续性强，无三废排放。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是麦秸秆超分子诱导直接热塑成型制品的红外光谱；具体实施方式下面结合具体实施例及附图来进一步详细说明本发明。实施例1生物质纤维为水稻壳纤维，水稻壳纤维的粒径为(30-200目)。一种超分子诱导生物质纤维热塑成型方法，具体包含以下步骤：(1)水稻壳纤维的活化处理将100g粒径为30目的水稻壳纤维置于烘箱中，80℃恒温干燥6小时。然后，将其转移至高速混合机中，并加入0.5g氯化锂和0.5g碳酸氢钠，8000rpm条件下搅拌5分钟，获得活化处理的水稻壳纤维。(2)活化水稻壳纤维的超分子诱导处理在夹套式高速混合机内加入100g经上述活化处理的生物质纤维，然后向高速混合机中依次加入4g全氯化葡萄糖取代咪唑、0.25g甘油和0.25g羟基纤维素钠及2g无水氯化钙，常温及8000rpm条件下搅拌均匀，降低转速至100rpm。同时，升高体系温度至80℃。待体系温度达到设定温度后，再次将转速升高至8000rpm，保温条件下继续搅拌5分钟，冷却至常温后，获得超分子诱导处理的水稻壳纤维。(3)超分子诱导处理水稻壳纤维的直接热塑成型在高速混合机中依次加入100g上述经超分子诱导处理的水稻壳纤维、0.1g蜂蜡、2.5g氯化石蜡、2.5g聚氯乙烯以及5g聚己二酸丁二醇酯，8000rpm搅拌条件下升温至100℃。待体系温度达到设定温度后，继续搅拌3分钟进一步均化处理。然后，趁热将物料转移至螺杆挤出机中，在螺杆挤出机中依次通过加料段140℃、热熔段150℃、均质段160℃及出料段170℃，并直接挤出成型，经口模定型及冷却后，获得热塑性水稻壳纤维制品。实施例2生物质纤维为咖啡壳粉。一种超分子诱导生物质纤维热塑成型方法，具体包含以下步骤：(1)咖啡壳纤维的活化处理将100g粒径为200目的咖啡壳粉置于烘箱中，105℃恒温干燥4小时。然后，将其转移至高速混合机中，并加入1g氯化钠和3g氢氧化钠。15000rpm条件下搅拌10分钟，获得活化处理的水稻壳纤维；(2)活化咖啡壳纤维的超分子诱导处理在夹套式高速混合机内加入100g经上述活化处理的咖啡壳纤维，然后向高速混合机中依次加入10g全溴化蔗糖取代咪唑、20g全溴化麦芽四糖取代4，5-二羧基-2-苯基咪唑、1.5g山梨醇及5g氧化钙，常温及15000rpm条件下搅拌均匀，降低转速至100rpm。同时，升高体系温度至125℃。待体系温度达到设定温度后，再次将转速升高至15000rpm，保温条件下继续搅拌10分钟，冷却至常温后，获得超分子诱导处理的咖啡壳纤维。(3)超分子诱导处理咖啡壳纤维的直接热塑成型在高速混合机中依次加入100g上述经超分子诱导处理的咖啡壳纤维、0.5g柠檬酸酯、1g氧化聚乙烯蜡、2.5g氧化锑、12.5g聚氯乙烯以及15g己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物，15000rpm搅拌条件下升温至120℃。待体系温度达到设定温度后，继续搅拌1分钟进一步均化处理。然后，趁热将物料转移至螺杆挤出机中，在螺杆挤出机中依次通过加料段160℃、热熔段170℃、均质段180℃及出料段185℃，并直接挤出成型，经口模定型及冷却后，获得热塑性咖啡壳纤维制品。实施例3生物质纤维为小麦秸秆纤维。一种超分子诱导生物质纤维热塑成型方法，具体包含以下步骤：(1)小麦秸秆纤维的活化处理将100g粒径为100目的小麦秸秆纤维置于烘箱中，100℃恒温干燥5小时。然后，将其转移至高速混合机中，并加入1g氯化钾、1g硫酸镁和0.5g氢氧化钙。10000rpm条件下搅拌8分钟，获得活化处理的小麦秸秆纤维；(2)活化小麦秸秆纤维的超分子诱导处理在夹套式高速混合机内加入100g经上述活化处理的生物质纤维，然后向高速混合机中依次加入5g全氯化葡萄糖取代4，5-二羧基-2-苯基咪唑、5g全氯化棉子糖取代4，5-二羧基-2-苯基咪唑、0.8g聚乙烯醇、1g无水硫酸钙及2g硅酸铝，常温及10000rpm条件下搅拌均匀，降低转速至100rpm。同时，升高体系温度至100℃。待体系温度达到设定温度后，再次将转速升高至10000rpm，保温条件下继续搅拌8分钟，冷却至常温后，获得超分子诱导处理的小麦秸秆纤维。(3)超分子诱导处理小麦秸秆纤维的直接热塑成型在高速混合机中依次加入100g上述经超分子诱导处理的小麦秸秆纤维、0.6g聚乙烯蜡、0.4g季戊四醇酯、4g磷酸酯、4g包覆磷粉、8g氯化聚乙烯，10000rpm搅拌条件下升温至110℃。待体系温度达到设定温度后，继续搅拌2分钟进一步均化处理。然后，趁热将物料转移至螺杆挤出机中，在螺杆挤出机中依次通过加料段150℃、热熔段160℃、均质段170℃及出料段180℃，并直接挤出成型，经口模定型及冷却后，获得热塑性小麦秸秆纤维制品。实施例4生物质纤维为竹粉纤维。一种超分子诱导生物质纤维热塑成型方法，具体包含以下步骤：(1)竹粉纤维的活化处理将100g粒径为150目的竹粉纤维置于烘箱中，90℃恒温干燥4小时。然后，将其转移至高速混合机中，并加入1g硫酸钙、1g氢氧化钾。9000rpm条件下搅拌6分钟，获得活化处理的竹粉纤维；(2)活化竹粉纤维的超分子诱导处理在夹套式高速混合机内加入100g经上述活化处理的生物质纤维，然后向高速混合机中依次加入10g全氯化棉子糖取代咪唑、12g全氯化麦芽四糖取代咪唑、0.5g聚氧化乙烯和0.25g羧基纤维素钠、1g无水硫酸镁及1g无水氯化钙，常温及9000rpm条件下搅拌均匀，降低转速至100rpm。同时，升高体系温度至90℃。待体系温度达到设定温度后，再次将转速升高至9000rpm，保温条件下继续搅拌8分钟，冷却至常温后，获得超分子诱导处理的竹粉纤维。(3)超分子诱导处理竹粉纤维的直接热塑成型在高速混合机中依次加入100g上述经超分子诱导处理的竹粉纤维、0.3g石蜡、0.4g乙酰柠檬酸酯、10g聚氯乙烯、2g氯化聚乙烯、6g抗冲击丙烯酸酯，9000rpm搅拌条件下升温至105℃。待体系温度达到设定温度后，继续搅拌2分钟进一步均化处理。然后，趁热将物料转移至螺杆挤出机中，在螺杆挤出机中依次通过加料段155℃、热熔段160℃、均质段165℃及出料段175℃，并直接挤出成型，经口模定型及冷却后，获得热塑性竹粉纤维制品。性能测试将未进行任何处理的水稻壳纤维作为对比例，即为对比例1，进行性能测试；将实施例1-实施例4得到的超分子诱导处理的纤维以及最终成型的纤维制品进行基本性能测试。对比例1、实施例1-4的测试结果如表1、2所示表1所述可直接进行热塑成型超分子诱导生物质纤维的成型加工性能从表1可以看出，实施例1-4得到的粘性流体均为可塑化，且塑化扭矩和平衡扭矩小，塑化更容易，塑化时间短，工艺流程简洁，更加节省能耗。表2所述可直接进行热塑成型超分子诱导生物质纤维的基本力学性能测试项目实施例1实施例2实施例3实施例4对比例1表面硬度(邵d)727468780(本体破裂)拉伸强度(mpa)11.412.910.614.50(无法制样)弹性模量(mpa)23942672228528650(无法制样)握钉力(n)1040116096012000(无法制样)悬臂梁冲击强度(kj/m2)6.25.96.85.60(无法制样)从表2可看出，实施例1-4得到的纤维制品塑化成型容易，且表明硬度、抗拉伸强度好，抗冲击力强，弹性好，为优良的板材性能。另外，实施例3结合图1的红外光谱可知，小麦秸秆纤维经过蔗糖基离子液体的超分子诱导处理后，在3300cm-1波数原本较强的分子间及分子内氢键得到显著削弱(透光率大于70％)，同时，在2800-2990cm-1波数的烷基特征峰增强，为小麦秸秆纤维的超分子诱导热塑成型提供了理论依据。以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。当前第1页12