阅读说明：本技术 生物质复合材料的制备方法及其应用 (Preparation method and application of biomass composite material ) 是由 胡海玲 王立端 吴菡晗 于 2019-11-27 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种生物质复合材料的制备方法,包括如下步骤：(1)将生物质材料进行清洗；(2)浸泡：在室温下,将清洗干净的生物质材料置于清水或染色剂水溶液中浸泡；(3)磨解或编织重组：将浸泡后的生物质材料放入磨解机内进行磨解,以获得长度为3-10cm的纤维；或将浸泡后的生物质材料料进行编织组合成整合的状态,且进行预压处理；(4)干燥；将步骤(3)得到的生物质材料在自然通风状态下放置2～3d；(5)混合：将干燥后的生物质材料与生物质胶粘剂按一定比例混合形成组坯,或在干燥后的生物质材料上刷涂一定量的生物质胶粘剂形成组坯,即为生物质复合材料。采用本发明的生物质复合材料制成的生物质容器或生物质板材具有天然的纹理,且不含有毒物质。(The invention provides a preparation method of a biomass composite material, which comprises the following steps: (1) cleaning the biomass material; (2) soaking: soaking the cleaned biomass material in clear water or a dyeing agent water solution at room temperature; (3) grinding or weaving and recombining: putting the soaked biomass material into a milling machine for milling to obtain fibers with the length of 3-10 cm; or weaving the soaked biomass material to form an integrated state, and performing pre-pressing treatment; (4) drying; placing the biomass material obtained in the step (3) for 2-3 days in a natural ventilation state; (5) mixing: and mixing the dried biomass material and the biomass adhesive according to a certain proportion to form an assembly, or brushing a certain amount of biomass adhesive on the dried biomass material to form an assembly, namely the biomass composite material. The biomass container or biomass plate made of the biomass composite material has natural texture and does not contain toxic substances.)

生物质复合材料的制备方法及其应用

技术领域

本发明属于材料工程技术领域，具体涉及一种生物质复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

我国是一个农业大国，每年农作物产量达上亿吨，而在农作物产品加工处理过程中会产生大量的农作余料，这些农业余料大部分是被直接丢弃或者就地焚烧，从而造成了环境污染以及资料浪费，而在目前工业生产发展中利用农业余料作为环保性产品的开发受到人们的高度重视。

然而，目前市场上所利用农作物余料生产的产品，包括人造木板、秸秆瓦、秸秆餐具等，这类产品在制备过程中均采用化工合成的物质作为生物质胶粘剂，而这些物质在生产和使用过程中会大量产生对人体有害的气体，不利于人体的健康；此外，现有的利用农作物余料生产的产品，本身不具有纹理这一特性，在加工过程中需要增加纹理处理这一加工工艺步骤，这使得整个加工过程步骤更加繁琐，且后期增加的纹理层随着产品使用时间的延长，纹理层容易破坏，导致产品无法使用或者需要再次进行纹理处理，增加成本。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种生物质复合材料的制备方法，该生物质复合材料的原料均为天然材料，不含有毒物质，且获得的生物质复合材料以及由该生物质复合材料制成的生物质容器或生物质板材均具有天然的纹理，无需额外增加纹理处理这一加工工艺。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种生物质复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将生物质材料进行清洗；

(2)浸泡：在室温下，将清洗干净的生物质材料置于清水或染色剂水溶液中浸泡24～60h；

(3)磨解或编织重组：将浸泡后的生物质材料放入磨解机内进行磨解，以获得长度为3-10cm的纤维；或将浸泡后的生物质材料料进行编织组合成整合的状态，且进行预压处理；

(4)干燥；将步骤(3)得到的生物质材料在自然通风状态下放置2～3d，或在50～70℃下干燥4～8h；

(5)混合：将干燥后的生物质材料与生物质胶粘剂按一定比例混合形成组坯，或在干燥后的生物质材料上刷涂一定量的生物质胶粘剂形成组坯，所得组坯即为生物质复合材料。

进一步，步骤(5)中，所述生物质材料与生物质胶粘剂的质量比为2.0～3.5：1.0～2.0。其中，所述生物质材料的主要化学成分为纤维素、半纤维素和木素；纤维素和半纤维素由碳水化合物组成，木素则是芳香族化合物。

进一步，所述生物质胶粘剂由糯米胶、糯米粉和去离子水混合而成，所述糯米胶、糯米粉与去离子水的质量比为8～12：3～7：1～3。

进一步，所述生物质材料为秸秆、麦杆、甘蔗、丝瓜络、海草或蒲草。

进一步，当所述生物质材料为秸秆、麦杆或甘蔗时，步骤(3)按照磨解步骤进行；当所述生物质材料为丝瓜络、海草或蒲草时，步骤(3)按照编织重组步骤进行。对浸泡后的生物质材料进行磨解或重组编织的目的是为了增强生物质材料与生物质胶粘剂的粘合性，以便更好的将生物质胶粘剂涂刷至生物质材料上。

进一步，步骤(2)中的所述染色剂水溶液通过以下方法制备：将染色剂与去离子水按照质量比为1：5～20配置为混合溶液，并加热沸腾至100℃，待染色剂浸出色，即得所述染色剂水溶液。

进一步，所述染色剂为蓝蝶花、密蒙花、苏木、栀子或紫苏草中的一种或两种。

上述方法制备的生物质复合材料可成型为生物质容器或生物质板材。

进一步，将所述生物质复合材料成型为生物质容器或生物质板材的具体步骤包括：热压或冷压成型；修补；以及表面防水处理。

进一步，所述热压成型的条件为：在温度为80～110℃条件下，以2.0～6.0MP压强进行热压180～300s；

所述冷压成型的条件为：在常温下，以4.0～8.0MP压强下成型2～4d；

所述表面防水处理为：利用10％的无水酒精稀释后的天然木蜡油擦涂至生物质容器或生物质板材的表面，第一次擦涂后，常温晾干24h，再进行第二次擦涂。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明提供的生物质容器和生物质板材采用农作物余料作为原料，且采用生物质胶粘剂作为胶粘剂，在生产和使用过程中均不会产生对人体有害的物质，有利于人体的健康；同时，本发明制备的生物质复合材料保留生物质材料自身的天然纹理，这主要是由于生物质纤维本身或经磨解后具有很好的韧性，使得其在成型过程中不会被破坏，从而省去了纹理处理这一加工工序，使得整个制备过程更为快捷，且降低了加工成本。

(2)本发明制备的生物质复合材料实现了废弃物生物质材料的高价化利用，又避免了现有的高分子难降解的生物质复合材料对环境的破坏，而且经济可行，方便加工，具有很大的产业化应用前景。

(3)本发明在染色处理过程中采用的染色剂为天然植物染色剂，该染色剂在加热煮沸的浸染工艺中，对材料进行赋色后，在后期加工制备过程中也不会出现掉色的现象，相比于市面上的化工染色而言，更加具有环保性，且对人体无害。

(4)本发明从胶料到材料均采用可完全降解的天然材料，在生产过程中不会对环境产生附加的污染，在使用后又可作为土壤肥料降解，是其他含有化工成分的材料不可比拟的，减少了林木的开采砍伐，是木质材料的理想替代品。

(5)本发明制备的生物质容器或生物质板材具有自然植物的纹理装饰，首先减少了在纹理处理中二次加工中所产生的污染，对环境更加友好，并且无污染，健康环保；其次，天然材料自身具有良好的吸音性、隔热性、自然纹理等优势，该发明在于生产制作中保持了原有材料的特性，并且可将其加工应用到相对应的产品中，完成将天然材料从生活废弃物到生活产品的转变。

附图说明

图1为实施例1制备的不同形状的秸秆容器；

图2为实施例3制备的丝瓜络板材；

图3为表面防水处理实验效果图：图3a为采用本发明的生物质复合材料制成的生物质板材的防水效果图，图3b为采用本发明的生物质复合材料制成的生物质容器的防水效果图；

图4为采用本发明的生物质复合材料制成的生物质容器或生物质板材在环境中的生物降解图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明方法进行详细说明。

实施例1

一种生物质容器的制备方法，包括如下步骤：

(1)清洗；利用清水洗去秸秆上的泥巴等；

(2)浸泡：在室温下，将清洗干净的秸秆置于清水中浸泡24h；

(3)磨解：将浸泡后的秸秆放入磨解机内进行磨解，以获得长度为3cm的纤维；

(4)干燥；将步骤(3)得到的秸秆纤维在自然通风状态下放置2d；

(5)混合：将干燥后的秸秆与生物质胶粘剂按照质量比为2.0：1.0进行混合，形成组坯，所得组坯即为生物质复合材料；

(6)然后对组坯在温度为90℃条件下，以4.0MP压强进行热压成型，热压时间为300s，再进行多次的修补，打磨以及表面防水处理，即可获得生物质容器。

本实施例中，生物质胶粘剂由糯米胶、糯米粉和去离子水混合而成，所述糯米胶：糯米粉：去离子水的质量比为9：3：1。

如图1a至图1d所示，图中为本实施例制备的生物质容器。

实施例2

一种生物质容器的制备方法，包括如下步骤：

(1)清洗；利用清水洗去甘蔗上的泥巴等；

(2)浸泡：在室温下，将清洗干净的甘蔗置于清水中浸泡36h；

(3)磨解：将浸泡后的甘蔗放入磨解机内进行磨解，以获得长度为8cm的甘蔗纤维；

(4)干燥；将步骤(3)得到的甘蔗纤维在烘干机中以50℃左右干燥6h；

(5)混合：将干燥后的甘蔗与生物质胶粘剂按照质量比为3.5：2进行混合，形成组坯，所得组坯即为生物质复合材料；

(6)然后对组坯在常温下，以5.0MP压强下进行冷压成型，冷压成型时间为2d，再进行多次的修补，打磨以及表面防水处理，即可获得生物质容器。

本实施例中，生物质胶粘剂由糯米胶、糯米粉和去离子水混合而成，所述糯米胶：糯米粉：去离子水的质量比为11：4：2。

实施例3

一种生物质板材的制备方法，包括如下步骤：

(1)清洗；利用清水洗去丝瓜络上的泥巴等；

(2)浸泡：在室温下，将清洗干净的丝瓜络置于清水中浸泡24h；

(3)编织重组：将丝瓜络剖开进行整理组合的状态，且进行平压处理；

(4)干燥；将步骤(3)中丝瓜络在50℃下干燥5h或自然通风状态下放置2d；

(5)混合：将干燥后的丝瓜络与生物质胶粘剂按照质量比为2.5：1.5进行混合，形成组坯，所得组坯即为生物质复合材料；

(6)然后对组坯在常温下，以6.0MP压强下进行冷压成型，冷压成型时间为3d，然后进行多次的修补、打磨，以及表面防水处理，即可获得生物质板材。

本实施例中，生物质胶粘剂由糯米胶、糯米粉和去离子水混合而成，所述糯米胶：糯米粉：去离子水的质量比为12：5：3。

如图2所示，图中为本实施例制备的生物质板材。

实施例4

一种生物质板材的制备方法，包括如下步骤：

(1)清洗：利用清水洗去海草上的泥巴等；

(2)浸泡：在室温下，将清洗干净的海草置于清水中浸泡24h；

(3)编织重组：将海草进行编织组合成整合的状态，且进行预压处理；

(4)干燥：将步骤(3)得到的经编织组合的海草在自然通风状态下放置2d；

(5)混合：将干燥后的海草与生物质胶粘剂按照质量比为3：1进行混合，形成组坯，所得组坯即为生物质复合材料；

(6)然后对组坯在温度为110℃条件下，以6.0MP压强进行热压成型，热压时间为350s，然后进行多次的修补、打磨，以及表面防水处理，即可获得生物质板材。

本实施例中，生物质胶粘剂由糯米胶、糯米粉和去离子水混合而成，所述糯米胶：糯米粉：去离子水的质量比为12：7：3。

本发明中整合状态是将散的、小块的生物质材料编织成一大块的生物质材料；且根据实际需要，可在编织重组前先进行干燥处理，以便更好的进行编织重组。

本实施例1-4中表面防水处理为：在获得的生物质容器或生物质板材表面，利用10％的无水酒精稀释后的天然木蜡油擦涂至生物质复合材料的表面，第一次擦涂后，常温晾干24h，再进行第二次擦涂。如图3所示，图3a为采用本发明的生物质复合材料制成的生物质板材的防水效果图，从图中可以看出，水滴在经擦拭两次天然木蜡油的表面形成滚珠状，且不会渗透入板材内。图3b为采用本发明的生物质复合材料制成的生物质容器的防水效果图，从图中可知，水不能从容器内渗出。这主要是对生物质复合材料表面进行防水处理后，天然的木蜡油可以渗透进生物质复合材料内部微小毛孔内，与生物质材料纤维紧密结合，将生物质复合材料表面的孔隙均封闭，从而避免生物质复合材料受到外界的侵蚀，大大提高制成的生物质容器和生物质板材的防水性能。

其中，实施例1-4获得的生物质容器或生物质板材均可根据实际的需求对原料生物质材料进行染色处理，该染色处理步骤可在浸泡步骤中实施，即将清洗干净的生物质材料完全浸没于染色剂水溶液中，浸泡24～60h，即可。其中，所述染色剂水溶液通过以下方法制备：将染色剂与去离子水按照质量体积比为1：5～20配置为混合溶液，形成染色剂水溶液，并加热至100℃，待染色剂出色后，即得所述染色剂水溶液。表1给出了几种染色剂与去离子水的质量比。所述染色剂为蓝蝶花、密蒙花、苏木、栀子或紫苏草中的一种或两种。其中，具体待染色生物质材料放入染色剂的时间也可根据实际染色需求而定。

表1为几种染色剂与去离子水的质量比

染色剂	溶剂	质量比
			蓝蝶花	去离子水	1：20
密蒙花	去离子水	1：10
			苏木	去离子水	1：10
栀子+蓝蝶花	去离子水	1：10
			紫苏草	去离子水	1：5

实施例5

利用本发明的生物质复合材料制成的生物质容器或生物质板材置于环境(重庆市，3月-4月，户外平均温度为15-22℃，相对湿度为75-85％)中，28天内均完全生物降解，如图4所示。可见，采用本发明的生物质复合材料制成的生物质容器和生物质板材实现了废弃物生物质材料的高价化利用，又避免了现有的高分子难降解的容器和板材对环境的破坏，而且经济可行，方便加工，具有很大的产业化应用前景。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。