以竹代塑 | 竹微丝复合包装材料的制备及其性能

来源: 发布时间:2020-12-30 09:38:26 点击数:
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编者按

为减少塑料制品的使用,缓解其对全球环境的污染,中山大学戴武军博士项目组以质量分数为90%的竹微丝、2%的聚乙烯、8%的甘油制备竹微丝复合材料,参照传统竹编织技艺,分别采用纯纵向编织法和纵横向编织法等制备了竹微丝复合包装材料,并对其性能进行分析。结果表明:

1)与通过传统竹篾工匠手工制备的竹微丝相比,由大型智能化竹拉丝设备制备的竹微丝边缘更整齐;

2)与竹微丝单方向编织技术相比,采用纵横向交叉编织技术的竹微丝复合包装材料的抗拉性能更好;

3)竹微丝复合包装材料的拉伸强度远大于PE、PVC等传统塑料包装材料。


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戴武军博士

戴武军博士,中山大学教授,湖南工大国家先进包装材料工程研究中心客座教授,在国家重点项目科研中,20年如一日,埋头攻克国际领先关键核心、原始创新技术,取得“以竹代塑新材料、以竹治污新产品等竹类新材料”3项重大科研成果,为其18项国家专利的主研人、第一发明人,出版专著3部,为广东优秀社科著作出版基金资助项目、广东省“九五”规划重点研究课题,获2017、2018省市创新大赛第一名,科技成果转化第一批资助项目,并作为以竹代塑——《碳化复合竹编土工格栅 国家标准》、《碳化复合竹编土工格栅 施工技术规范》等5项国标、省标牵头起草专家。


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戴武军博士带领技术人员研制以0.15mm左右的薄竹丝编织袋设备
制造出复合竹编包装袋


塑料编织袋、塑料袋是日益增长的快递包装、人们日常生活用品,通常由聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成。这些塑料制品在给人们生活带来便利的同时,也给全球环境造成了严重污染。联合国相关机构统计显示,全球每年使用5 000亿个塑料袋,每年至少有800万吨塑料圾进入海洋。海洋塑料污染日益严重,已远远超出海洋的自净能力。更为严峻的是,随着电商、快递和外卖等新业态的发展,塑料餐盒、塑料包装等消耗量快速上升。塑料垃圾和塑料微粒长期残留在土壤、水源中,会对土质、水体和人体健康造成极大危害。因此,发展绿色环保、可降解包装材料,符合生态可持续发展需要,有着极其巨大的世界环保需求市场前景看好


竹材是我国丰富的天然生物资源,约占世界总量的1/3。竹材具有生长区域广、成材快、价格低廉、可再生等优点,还具有较高的比强度和比模量等力学特征,因此竹材是一种实用价值较高的结构材料。大力开发以竹代塑产品,对节约使用化石资源、保护人类环境具有重大的现实意义和深远的历史意义。戴武军博士项目组以竹材为对象,研究提出了一种制备竹微丝复合包装材料的方法,以期为可降解生物质复合包装材料的制备提供参考。






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一 材料制备与性能测定方法

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材料和仪器


1)材料竹子采自罗霄山脉湖南攸县酒埠江;聚氯乙烯(PVC):湖南株化有限公司生产聚乙烯(PE):神华集团有限责任公司生产甘油分析纯,广东茂名化学试剂公司生产
2)仪器大型智能化竹拉丝设备德国图特斯工具系统技术集团公司生产;电子显微镜德国徕卡DM2500P生产

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竹微丝复合包装材料的制备


选取0.7~1年竹龄的竹子,截成一定规格的竹筒,再进行剖篾,加工成篾片,利用手工或竹拉丝设备顺着篾片的径向剖出宽度为0.05~0.50 mm、厚度为0.05~0.30 mm的竹微丝(竹丝或细薄竹片的规格可根据应用功能和要求而定);采用已取得国家专利的浅碳化法技术(《一种原竹材半成品物理法智能化控制碳化处理设备》,专利号CN201720791583.3),改善竹微丝的相容性、稳定性再将竹微丝与高分子辅料(柔韧剂、黏接剂)按照一定比例(各组分的质量分数为:竹微丝为85%~98%,黏接剂为1%~9%,柔韧剂为0.1%~8.0%)制备成竹线复合材料;最后采用传统竹编织技术将竹线复合材料进行编织,并在竹微丝与竹微丝之间、相邻竹微丝的接口处采用黏接剂粘接,即得竹微丝复合包装材料。



竹微丝复合材料形态性能测试


1)电子显微镜观察采用电子显微镜观察竹微丝的微观形貌。
2)密度测试根据