一种低密度生物质竹纤维聚烯烃塑料、制备方法及低密度生物质竹纤维膜与流程

本发明涉及聚烯烃塑料，特别是涉及一种低密度生物质竹纤维聚烯烃塑料、制备方法及低密度生物质竹纤维膜。

背景技术：

1、在“以竹代塑”的实际推进过程中，面临一个核心的技术矛盾：为了体现替代效果，必须提高竹纤维在聚烯烃基体中的填充比例，但这通常会导致复合材料密度增加（接近甚至超过1.0 g/cm³），不仅违背了轻量化发展趋势，也增加了运输与原料成本；同时，高填充下的界面相容性差和熔体强度低等问题，严重制约了材料在吹膜制袋等加工领域的应用。

2、基于此，申请人提出一种能够协同平衡竹纤维高填充量、低密度化与界面相容性的基础材料体系方案。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种协同平衡竹纤维高填充量、低密度化与界面相容性的基础材料体系方案，显著降低塑料用量，实现“以竹代塑”的目标。

2、为实现上述目的及其他相关目的，第一方面，本发明提供一种低密度生物质竹纤维聚烯烃塑料，其特征在于，按质量份数计，制备原料包括：

3、聚乙烯和聚丙烯混合物24份-90份；

4、竹纤维粉5份-40份；

5、润滑剂2份-20份；

6、偶联剂0.1份-5份，所述偶联剂为硅烷偶联剂或硼酸酯偶联剂中的至少一种或混合物；

7、抗氧剂0.2份-1份，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧化剂；

8、接枝相容剂0.1-5份，所述接枝相容剂为马来酸酐类接枝相容剂；

9、其中，所述竹纤维粉经所述偶联剂进行活化处理，所述低密度生物质竹纤维聚烯烃塑料内部含有超临界流体诱导形成的微孔结构，使得由所述低密度生物质竹纤维聚烯烃塑料制得的膜本体密度为0.3g/cm3-0.7g/cm3。

10、实现上述技术方案，采用偶联剂对竹纤维粉进行活化处理，配合接枝相容剂的增容作用，大幅提升聚烯烃与竹纤维的界面相容性，在两者间构建出强韧的化学键合界面，该稳固界面不仅能够有效传递应力，克服高填充下材料脆化的缺陷，还能锚固微孔壁，防止微孔结构合并或塌陷；使得以此为原料制得的膜本体密度降低至0.3g/cm3-0.7g/cm3，大幅降低膜袋制品的使用成本。

11、优选的所述硅烷偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；所述硼酸酯偶联剂选自二乙醇胺螯合或单烷基硼酸酯中的至少一种。

12、优选的，所述竹纤维粉的粒径为300目-2000目，且含水量低于2%。

13、实现上述技术方案，竹纤维粉的粒径区间使竹纤维单体尺寸与超临界流体诱导形成的微孔孔径相匹配，同时较高的比表面积利于偶联剂充分铺展键合，配合低含水量有效保障偶联剂的活化效果。

14、优选的，所述润滑剂包括内润滑剂和外润滑剂，且所述内润滑剂与所述外润滑剂的质量比值为1：（0.5-1）；所述内润滑剂选自脂肪酸铝盐、硬脂酸盐和脂肪酸盐聚合物中的至少一种；所述外润滑剂选自硅酮树脂和多元醇类润滑剂中的至少一种。

15、实现上述技术方案，内润滑剂用于分子之间的润滑，外润滑剂用于材料表面的润滑。

16、第二方面，本发明提供一种上述任一项所述的低密度生物质竹纤维聚烯烃塑料的制备方法，步骤包括：

17、s1、在所述竹纤维粉中加入偶联剂，对所述竹纤维粉进行活化处理；

18、s2、在活化处理后的竹纤维粉中加入润滑剂，混合均匀，得到目标前驱体竹粉；

19、s3、将预设计量的前驱体竹粉、抗氧剂、接枝相容剂与聚乙烯、聚丙烯加入双螺杆挤出机的主喂料口进行熔融共混；

20、s4、通过高压计量泵将超临界co2以12-25mpa的压力注入双螺杆挤出机内的熔融物料中，使co2在熔体内形成均相溶液；

21、s5、所述均相溶液经口模泄压析出，在熔体内部形成微孔结构，随后经拉条冷却、切粒，得到塑料粒子；

22、s6、对所述塑料粒子进行脱水干燥处理，得到塑料原料。

23、优选的，所述s1步骤还包括：

24、s11、竹纤维粉制备步骤，包括对含水量在20%-40%的竹子原料的破碎粗磨处理以得到粉末原料、对粉末原料在严控温度80℃以内的研磨处理和脱水处理以得到竹纤维粉。

25、优选的，所述双螺杆挤出机按物料流向依次划分为投入段、熔融段、塑化段和输送段；其中投入段的温度设定为60℃-100℃，熔融段的温度设定为100℃-170℃，塑化段的温度设定为165℃-185℃，输送段的温度设定为185℃-215℃。

26、优选的，所述塑化段划分为混匀阶段和塑化阶段，所述输送段划分为排气阶段和输送阶段；所述双螺杆挤出机设有七个加热区域，沿物料流向的温度配置如下：

27、第一区为投入段，温度设定为60℃-100℃；

28、第二区至第三区为熔融段，第二区的温度设定为100℃-140℃，第三区的温度设定为140℃-170℃；

29、第四区为混匀阶段，第四区的温度设定为165℃-175℃；

30、第五区为塑化阶段，第五区的温度设定为175℃-185℃；

31、第六区为排气阶段，第六区的温度设定为185℃-205℃；

32、第七区为输送阶段，第七区的温度设定为205℃-215℃。

33、优选的，超临界co2在所述第四区至第五区的塑化段注入熔融物料中，并在塑化段形成均相溶液。

34、第三方面，本发明提供一种低密度生物质竹纤维膜，由上述任一项所述制备方法制得的塑料原料，经三层共挤吹膜机吹塑成膜。

35、如上所述，本发明提供的一种低密度生物质竹纤维聚烯烃塑料、制备方法及低密度生物质竹纤维膜，至少具有以下有益效果：

36、1、采用偶联剂对竹纤维粉进行活化处理形成si—o—c键，与接枝相容剂所形成的酯键的两种化学键合的协同作用，显著增强竹纤维与聚烯烃基体的界面结合强度，使应力能够在两相之间有效传递，克服高填充下材料脆化的缺陷；

37、2、通过偶联剂和接枝相容剂的协同达到锚固超临界流体发泡过程中的微孔壁、抑制泡孔的合并与塌陷的作用，实现高填充竹纤维体系低密度发泡，将膜的密度从常规的0.9g/cm3~1.0g/cm3降低到0.3～0.7g/cm3，并可同时保持良好的力学性能，节约塑料使用量10~50%。

38、3、竹纤维中含有的竹琨是天然抗菌物质，其中的革兰氏阳性菌具有很好的抑菌作用，可以杀死膜表面的霉菌，可以有效控制膜内物品霉菌，竹纤维制品的密度降低。

1.一种低密度生物质竹纤维聚烯烃塑料，其特征在于，按质量份数计，制备原料包括：

2.根据权利要求1所述的一种低密度生物质竹纤维聚烯烃塑料，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；所述硼酸酯偶联剂选自二乙醇胺螯合或单烷基硼酸酯中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种低密度生物质竹纤维聚烯烃塑料，其特征在于，所述竹纤维粉的粒径为300目-2000目，且含水量低于2%。

4.根据权利要求1所述的一种低密度生物质竹纤维聚烯烃塑料，其特征在于，所述润滑剂包括内润滑剂和外润滑剂，且所述内润滑剂与所述外润滑剂的质量比值为1：（0.5-1）；所述内润滑剂选自脂肪酸铝盐、硬脂酸盐和脂肪酸盐聚合物中的至少一种；所述外润滑剂选自硅酮树脂和多元醇类润滑剂中的至少一种。

5.一种权利要求1-4任一项所述的低密度生物质竹纤维聚烯烃塑料的制备方法，其特征在于，步骤包括：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述s1步骤还包括：

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机按物料流向依次划分为投入段、熔融段、塑化段和输送段；其中投入段的温度设定为60℃-100℃，熔融段的温度设定为100℃-170℃，塑化段的温度设定为165℃-185℃，输送段的温度设定为185℃-215℃。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述塑化段划分为混匀阶段和塑化阶段，所述输送段划分为排气阶段和输送阶段；所述双螺杆挤出机设有七个加热区域，沿物料流向的温度配置如下：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，超临界co2在所述第四区至第五区的塑化段注入熔融物料中，并在塑化段形成均相溶液。

10.一种低密度生物质竹纤维膜，其特征在于，由权利要求5-9任一项所述制备方法制得的塑料原料，经三层共挤吹膜机吹塑成膜。