阅读说明：本技术 一种以原生植物生物质为原料制备高硬度环保材料的方法 (Method for preparing high-hardness environment-friendly material by using protogenic plant biomass as raw material ) 是由 张宗超 邹春燕 于 2019-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用碱性离子液体直接处理原生植物生物质,制备高密度坚硬生物质材料的方法。将植物生物质清洗干净并烘干,粉碎至粒径为20–80目。在所得的粉碎颗粒中加入5–30份质量的离子液体,加热至50–120℃,处理约10–70小时。再用有机溶剂和水洗涤、得到粘稠浆料。将此浆料倒入模具,于25–100℃干燥,即聚合为紧致坚硬的材料,密度可达1.6g/cm~3,抗弯强度达27.1MPa。原料为原生植物生物质,仅经优选的碱性离子液体处理,无需额外化学预处理,洗涤除去剩余离子液体后即可干燥聚合：干燥中施压范围为0-10MPa,依预处理情况可不施压；干燥温度小于100℃,节能减排,工艺简易。制备中无需添加填充剂、粘结剂、辅料等,无毒无害,天然可降解,是真正意义的环保材料。(The invention discloses a method for preparing a high-density hard biomass material by directly treating a primary plant biomass by using an alkaline ionic liquid. Cleaning and drying the plant biomass, and crushing the plant biomass to 20-80 meshes. Adding 5-30 parts by mass of ionic liquid into the obtained crushed particles, heating to 50-120 ℃, and treating for about 10-70 hours. And washing with an organic solvent and water to obtain viscous slurry. Pouring the slurry into a mold, and drying at 25-100 deg.C to obtain a compact and hard material with density of 1.6g/cm 3 The bending strength reaches 27.1 MPa. The raw material is native plant biomass, which is treated by preferred alkaline ionic liquid without additional chemical pretreatment, and the raw material is dried and polymerized after washing to remove residual ionic liquid: the pressure range in drying is 0-10MPa, and can be adjusted according to the pretreatment conditionNo pressure is applied; the drying temperature is less than 100 ℃, the energy is saved, the emission is reduced, and the process is simple. The preparation does not need to add filler, binder, auxiliary materials and the like, is nontoxic and harmless, is natural and degradable, and is a real environment-friendly material.)

一种以原生植物生物质为原料制备高硬度环保材料的方法

技术领域

本发明涉及一种利用不经过其他化学预处理的原生生物质制备天然可降解的全生物质材料的方法。该方法不添加填充剂、粘结剂、助剂等外加物质，制备过程可不施加外压。

背景技术

人造生物质板材的使用有利于缓解对木材资源的依赖，目前，我国人造板材市场发展较快，各种类型的人造板应运而生。申请号为CN201711121319的专利提出在5～50％生物质原料中加入了20～80％热塑性塑料(聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等)、10～30％其他辅料(三元乙丙橡胶、聚烯烃热塑性弹性体、苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体等)以及0.5～20％助剂(马来酸酐接枝物、硬脂酸、硅烷偶联剂、偶氮二甲酰胺等)。将各组分混合，经双螺杆造粒机加工切粒，获得生物质塑料母粒；再经型材挤出机或片材机，加工制备为生物质板材和片材。CN201510413300.7提出一种新型生物质绿色代木板材，以天然纤维素为主体，加入增溶剂(马来酸酐改性的烯类树脂，乙烯-醋酸乙烯共聚物，松香改性树脂其中的一种或两种组合)，复合助剂(天然富电性矿粉、增韧剂、润滑脱模剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯蜡其中的一种或两种组合)等，使高分子树脂与纤维素结合。需要用高速混料机将所有原料混合，再用高温造粒机形成可供挤出机用的原料离子，最后将原料离子加入到双螺杆挤出机挤出板材。CN201610995047.5采用氯磺化聚乙烯橡胶与秸秆生物质复合制板，加入改性剂、分散剂、粘合剂，分多个步骤密炼、热练、热压得到复合氯磺化聚乙烯橡胶/生物质复合板材。通过加入高分子树脂、改性剂等改变板材的性能。本发明直接采用植物生物质，也即未经任何化学预处理的原生生物质为原料，针对生物质原料、筛选最优的碱性离子液体，处理时间、处理温度和自缩合条件，一步法制备了高密度高硬度材料。碱性离子液体处理使得生物质产生适合收缩聚合的条件，制备中无需添加其他粘结剂、助剂等，工艺简单，成本低廉。材料可以完全降解，不会给环境和人类带来危害。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备天然环保、易降解、高密度、高强度的生物质板材的简易方法。利用可回收的碱性离子液体直接处理原生植物生物质，一步法制备高密度高硬度环保材料。

本发明采取的技术步骤是:植物生物质经过清洗烘干、粉碎、再干燥、碱性离子液体预处理、有机溶剂-水洗涤，过滤分离后聚合为高密度高硬度的生物质板材。其中：

(1)粉碎：将清洗并烘干的生物质材料，粉碎至20–80目，优选30-50目颗粒，再烘干至水分＜5％。

(2)离子液体处理：在生物质粉末中加入5–30倍质量的离子液体，加热至50–120℃，处理时间为10–70小时。

(3)洗涤：以有机溶剂-水洗涤离子液体处理后的生物质。

(4)聚合：洗涤后的粘稠浆料，倒入模具，干燥、聚合，该过程依预处理情况可不施加额外压力(0-10MPa)。

本发明紧致坚硬的材料，密度可达1.6g/cm³，抗弯强度达27.1MPa。原料为原生植物生物质，尤其是农作物废弃物，廉价易得，种类丰富，既减少了污染，又充分利用了生物能源。无需额外化学预处理，在优选的碱性离子液体作用下，即可产生适合收缩聚合的条件，聚合过程可不施压，干燥温度小于100℃，节能减排，工艺简易。制备中无需添加填充剂、粘结剂、辅料等，无毒无害，天然可降解，是真正意义的环保材料。

附图说明

图1为制备的生物质板材的扫描电子显微镜(SEM)照片。

(a)为材料的横切面SEM照片，(b)为材料的纵切面SEM照片。

图2为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但所述实施例不作为本发明的限定。

实施例1

将玉米秸清洗干净并烘干，粉碎，筛出40目颗粒，再烘干至含水率小于5％，加入烘干物料20倍质量的([EMIM][OAc]液体，加热至80℃，搅拌下处理35h，得预处理液，冷却至室温，加入预处理液等体积甲醇稀释、过滤，再加入水洗涤过滤至滤液澄清、得到浆状物，倒入模具，于60℃干燥12h，即可聚合为高密度材料，密度为1.6g/cm³,抗压强度27.1MPa。其扫描电子显微镜照片如图(1)所示。

实施例2

将稻草秸清洗干净并烘干，粉碎，筛出20目颗粒，再烘干至含水率小于5％，加入烘干物料15倍质量的[Bmim]Cl离子液体，加热至90℃，搅拌下处理25h，冷却至室温，过滤，再加入水洗涤过滤至滤液澄清、剩余物倒入模具，于80℃干燥约10h，得到渣状非聚合物固体。

实施例3

将高粱秸和大豆秸(质量比1：1)混合物清洗干净并烘干，粉碎，筛出小于20目颗粒，再烘干至含水率小于5％，加入烘干物料20倍质量的[pyrr][OOCH]离子液体，加热至90℃，搅拌下处理30h，得预处理液，冷却至室温，加入预处理液等体积乙醇稀释、过滤，再加入水洗涤过滤至滤液澄清、得到浆状物，倒入模具，施加0.5MPa压力，在90℃干燥6h即可聚合为高密度材料，密度为1.5g/cm³,抗压强度21.4MPa。

实施例4

将玉米秸和麦秸(质量比2：1)混合物清洗干净并烘干，粉碎，筛出小于20目颗粒，再烘干至含水率小于5％，加入烘干物料30倍质量的[Ch][DHP]，加热至90℃，搅拌下处理40h，得预处理液，冷却至室温，加入预处理液等体积丙酮稀释、过滤，加入水洗涤过滤至滤液澄清、得到浆状物，倒入模具，施加2MPa压力，于100℃干燥6h，密度为1.2g/cm³，抗压强度17.3MPa。