本发明涉及一种吹塑薄膜技术，具体涉及到一种纤维素粉和生物降解树脂共混改性材料制备吹塑薄膜的方法。
背景技术：
人类生产、生活大量依赖化石资源，在使用化石资源的过程中，向大气中排放出大量的二氧化碳，使全球气候变暖，引起全球极端气候变化，给人类及自然造成极大的损失。中国政府在巴黎全球气候大会上承诺，到2030年单位GDP二氧化碳排放下降60-65％，到2050年减少对石化产品依赖50％。
开辟生物质资源，利用生物质提取和制备新材料，是减少碳排放、发展循环经济的一条有效途径。从日常人类种植的粮食作物来看，粮食和秸秆的比例大概1：1，目前市场上多用淀粉类生物质和生物降解树脂共混(如CN102373858A)，这样虽然有了生物质的概念，但使用淀粉，形成了和人类争粮食的局面，就造成的大量的粮食浪费。
本发明利用生物质秸秆材料提取的纤维素、半纤维素，经过常温和低温细化后，变成粒径小于50微米的颗粒，和生物降解树脂共混后作为一类新型薄膜类材料使用，这样就开辟了一条新型生物质材料制备生物降解共混材料的新路径。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术中生物质薄膜需要淀粉，且淀粉与生物降解树脂制备的薄膜断裂伸长率性能差，本发明提供一种纤维素粉和生物降解树脂共混改性材料制备吹塑薄膜的方法。
本发明所采用的技术方案如下：
一种纤维素粉和生物降解树脂共混改性材料制备吹塑薄膜的方法，包括以下步骤：
1)纤维素细化：首先通过温度为10℃-15℃的一级恒温磨粉设备，将纤维素细化至粒径100目(即粒径小于150μm)以下，再进入温度为-10℃的二级低温恒温的超微细化粉碎机，微细化，得超微细化纤维素粉；
2)干燥：将超微细化纤维素粉在高速混合机中高速混合干燥，除去水份，得纤维素粉；所述干燥的温度为100-130℃，干燥至水份含量小于0.2％；
3)混合和相容性处理：步骤2)干燥后的纤维素粉和生物降解树脂混合，并加入相容剂、润滑剂和增塑剂、无机填料一同混合均匀并加热，至生物降解树脂熔化；混合熔化均匀后放料至容器内，降温得混合物料；所述加热温度为130-150℃；
4)混炼造粒：降温后将步骤3)混合物料经双螺杆机挤出造粒，得到高含量纤维素母料颗粒；双螺杆挤出温度为120-150℃；
5)吹膜：将步骤4)制得的高含量纤维素母料颗粒与生物降解树脂混合均匀，直接采用吹膜机挤出吹膜或者混合均匀后经过双螺杆加热进一步混炼，挤出造粒，再采用单螺杆吹膜机吹膜；
本发明吹膜机采用长径比大于30:1、喂料口带强制冷却、喂料口机筒设计带纵向沟槽的单螺杆吹膜机，吹膜机螺杆带屏障混炼段和销钉混炼头，以进一步加强塑化。吹膜温度根据所用的生物降解树脂及设备而定。
本发明所述的超微细化纤维素粉和生物降解树脂共混改性材料及吹塑薄膜的制备方法，其进一步技术方案为，步骤1)所述的纤维素为木材、秸秆、谷壳、棉花、纸张等生物质材料，优选来自秸秆、谷壳或纸张；
本发明所述的超微细化纤维素粉和生物降解树脂共混改性材料及吹塑薄膜的制备方法，其进一步技术方案为，步骤1)所述超微细化纤维素粉的粒径小于50μm；
本发明所述的超微细化纤维素粉和生物降解树脂共混改性材料及吹塑薄膜的制备方法，其进一步技术方案为，步骤3)所述的生物降解树脂为可降解的脂肪族聚酯，如PBAT(聚丁二醇己二酸对苯二甲酸酯)、PCL(聚己内酯)、PBS(聚丁二醇丁二酸酯)、PBSA(聚丁二醇丁二酸己二酸酯)、PBST(聚丁二醇丁二酸对苯二甲酸酯)、PLA(聚乳酸)等高分子材料的一种或者多种材料；
本发明所述的超微细化纤维素粉和生物降解树脂共混改性材料及吹塑薄膜的制备方法，其进一步技术方案为，步骤3)所述的相容剂选自和纤维素、生物降解树脂有良好相容性，能以氢键和化学键促进纤维素和生物降解树脂的相容性，步骤3)中所述相容剂用量为纤维素粉用量的1-20％，优选至1-5％；
所述的相容剂选自单硬脂酸甘油酯、氧化聚乙烯蜡、马来酸酐接枝聚乙烯蜡、硬脂酸酰胺、油酸酰胺、乙撑双油酸酰胺、芥酸酰胺、马来酸酐接枝石蜡、马来酸酐接枝的生物降解树脂等；
本发明所述的超微细化纤维素粉和生物降解树脂共混改性材料及吹塑薄膜的制备方法，其进一步技术方案为，步骤3)所述的润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、石蜡、氧化石蜡、马来酸酐接枝石蜡、马来酸酐接枝聚乙烯蜡等，步骤3)中所述润滑剂用量为纤维素粉用量的0.5-5％，优选为0.5-2％。
本发明所述的超微细化纤维素粉和生物降解树脂共混改性材料及吹塑薄膜的制备方法，其进一步技术方案为，步骤3)所述的增塑剂选自甘油、山梨糖醇等低分子醇化合物，步骤3)所述增塑剂用量为纤维素粉用量的0.5-5％，优选为0.5-2％。
本发明所述的超微细化纤维素粉和生物降解树脂共混改性材料及吹塑薄膜的制备方法，其进一步技术方案为，步骤3)所述的无机填料为滑石粉、碳酸钙等，无机填料的用量与纤维素粉用量的比例为0.5：(5～10)，无机填料的颗粒粒径要小于50μm；
本发明涉及的术语“生物降解”是指在微生物和酶的作用下，有机化合物被微生物和酶分解为二氧化碳和水或者甲烷，及其所含物质的矿化盐和新的生物质。除特殊说明外，本发明所有物料的使用量及其比例均是以重量计。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：
1)本发明提供了一种可以规模化、产业化的、低成本使用生物质纤维材料的新途径，尤其是像秸秆、谷物的外壳这一类废弃物；目前生物降解树脂和生物质材料共混多选用淀粉为生物质，存在和人争粮的问题，而且淀粉是一类易吸水的材料，使共混材料的保质期大打折扣，而纤维素具有不易水解，保存时间长的特点；
2)在农作物生产过程中，农作物所产生的粮食和秸秆、谷壳的比例大概1:1，有时秸秆、谷壳的比例略微多一些，使用秸秆、谷壳等提取的纤维素、半纤维素来制备新材料，使这些废弃的资源得到充分的利用，有益于自然环境，减少对石化产品的使用，减少碳排放；
3)纤维素由于其特殊的结构，使得该类材料在被工业使用的过程中，大都采用化学的方法，在生产过程中对环境保护产生很大压力，也提高了这类材料的应用成本；本发明采用物理粉碎、混合的工序替代了化学的方法，解决了这一技术问题；
4)本发明采用独特的物理环保的生产工艺，制备超微纤维素粉并和生物降解树脂共混，分散更加均匀，提高的薄膜强度和美观度，开辟了纤维素在薄膜类材料中应用的新方法。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。
物理机械性能依据标准：GB/T21661-2008塑料购物袋。
实施例1
将废弃的纸张，首先通过一级恒温(温度是10-15℃)磨粉设备，将纸张纤维素先细化至100目(150μm)以下，再进入二级低温恒温的超微细化粉碎机(温度设定为零下10℃)微细化，粒径小于15μm。
将微细化粒径为15μm的纸张粉20kg加入高混机中加热混合干燥，干燥温度120℃，时间1小时左右，混合至无水汽，要求干燥至水分0.2％以下；
取上述干燥好的粉末6kg，和PBAT 3kg加入高速混合机高速混合，加入氧化聚乙烯蜡1kg、0.03kg硬脂酸锌和增塑剂甘油0.10kg，加入细度为2000目的滑石粉300g，混合熔化均匀，加热温度为135℃，混合过程中，须将粘在混合机壁上的粉末每隔20分钟刮下来。混合好后放料至容器内，降温。
将混合好的料加入双螺杆挤出机中，设定双螺杆挤出温度120-150℃，挤出切粒。纸张微细粉含量约为57％。
称取以上制成的颗粒8kg和PBAT 7kg干混均匀，使混合物纸张微细粉含量约30％，直接采用吹膜机挤出机吹膜，挤出机温度设定为120-150℃，挤出机转速20r/min，牵引速度15m/min，吹制厚度0.020mm的薄膜，并测试强度。
实施例2
将按照实施案例1所制干燥的微细化纸张粉末6kg和PBS3kg加入高速混合机，并加入马来酸酐接枝石蜡1.2kg和0.3kg硬脂酸锌、增塑剂甘油0.10kg、细度为2000目滑石粉500g，加热温度135℃，混合熔化均匀，混合过程中，须将粘在混合机壁上的粉末每隔20分钟刮下来。混合好后放料至容器中降温，
将混合好的料加入双螺杆挤出机中，设定双螺杆挤出温度120-150℃，挤出切粒。微细化纸张粉末含量约为54％。
取上述高含量微细化纸张粉末母料6kg和PBAT(MFR≤5)10kg，混合均匀。纸张粉末含量为20％。将混合好的料经过双螺杆加热进一步混炼，挤出造粒，再采用单螺杆吹膜机吹膜，挤出机温度设定为120-150℃，挤出机转速18r/min，牵引速度15m/min，吹制厚度0.020mm的薄膜，并测试强度。
实施例3
将秸秆灰尘土壤清理干净，切至约5-10mm长，在烘箱里100℃烘干2小时以上，取出晾凉备用。
将上述烘干的秸秆首先通过一级恒温(温度是10-15℃以下)磨粉设备，先细化至100目(150μm)以下，再进入二级低温恒温的超微细化粉碎机(温度设定为零下10℃)微细化，粒径小于15μm。
将秸秆粉末6kg先加入真空干燥混合的设备中，加热温度100℃，加热除去水分，约需1小时，加PBSA3kg、单硬脂酸甘油酯0.06kg和0.2kg硬脂酸、滑石粉200g、增塑剂山梨糖醇100g，加热温度为145℃混合熔化均匀。混合好后放料至容器中降温。将混合好的料加入双螺杆挤出机中，设定双螺杆挤出机温度100-120℃，挤出切粒，制成浓度约63％的母料。
取上述母料5kg加入PBAT10kg，秸秆生物质含量为20％。混合均匀挤出吹膜，挤出机温度设定为100-120℃，挤出机转速20r/min，牵引速度21m/min，吹制厚度0.020mm的薄膜，并测试强度。
实施例4
将稻壳粉除去灰尘，在100℃的烘箱中烘干2小时；然后在常温下破碎至100目(150μm)以下，再进入低温恒温的超微细化粉碎机(温度设定为零下10-15℃)，微细化至粒径小于15μm。
将细化好的稻壳粉加入真空干燥混合设备中，加热温度100℃，加热除去水分，约需1小时，取干燥好的稻壳粉6kg加入PCL3kg、马来酸酐接枝的聚乙烯蜡0.3kg、硬脂酸0.1kg、甘油0.1kg、滑石粉0.4kg，混合熔化均匀，加热温度150℃。
混好后放料至容器中降温，加入双螺杆挤出造粒，挤出温度设定为80-100℃，得到稻壳微细粉含量61％的母料。
取上述母料6kg加入6kgPCL直接混合，稻壳粉微粉的含量30％混合均匀后挤出吹膜，吹膜温度80-100℃，挤出机转速18r/min,牵引速度25m/min,吹制厚度0.015mm的薄膜并测试强度。
按照本发明的制备方法，利用淀粉代替木材、秸秆、谷壳、棉花、纸张等生物质材料，制备不同淀粉含量的薄膜并测试强度。
本发明实施例1-4及其利用淀粉代替木材、秸秆、谷壳、棉花、纸张等生物质材料，制备不同淀粉含量的薄膜其强度和断裂伸长率结果如表1所述：
表1结果测试
数据表明纤维素共混PBAT和淀粉共混改性PBAT的薄膜拉伸强度相比，前者强度要高，但断裂伸长率相比，纤维素改性的具有更好的平衡性，这是由于两者分散机理、配方不同而导致的。一般来讲目前市场上淀粉PBAT共混吹膜多用甘油糊化淀粉，提高分散性，并增塑，导致强度的下降，而且甘油易析出。
尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方式做出各种改变、替换和变更。