基本信息
- 项目名称：
- 废旧报纸回收纤维/聚乳酸生物可降解复合新材料的研制
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 日常生活中会产生大量的废旧报纸，如不采取相关的回收措施，不仅造成环境污染，还会造成资源的浪费。本作品是利用日常生活中产生的废旧报纸通过回收纤维作为增强材料，利用可降解聚乳酸塑料为基体通过一定的成型工艺研制的生物可降解复合材料。该复合材料可广泛应用于各类电器外壳、汽车内饰件、室内装饰等材料，材料废弃后可以在自然环境中完全降解为二氧化碳和水，不会对生态环境造成任何污染，是一种绿色复合材料。
- 详细介绍：
- 本作品是利用日常生活中产生的废旧报纸通过回收纤维作为增强材料，利用可降解聚乳酸塑料为基体通过一定的成型工艺研制的生物可降解复合材料。研发的产品静曲强度达到70.1MPa，24小时吸水厚度膨胀率在5%以下，在可控堆肥降解条件下降解率可达100%，废旧报纸回收纤维利用率达到95％，可广泛应用于各类电器外壳、汽车内饰件、室内装饰等材料，材料废弃后可以在自然环境中完全降解为二氧化碳和水，不会对生态环境造成任何污染。 该作品的发明具有“变废为宝”的突出特点，体现了废弃物高品位回收以及复合材料低碳、环保加工利用的优点，研究技术在国内属领先水平。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明目的：利用日常生活中产生的废旧报纸中比强度、比模量高的植物纤维与聚乳酸等可降解塑料通过打浆、干燥、混合造粒、模压成型等的工艺制备可广泛应用于汽车内饰件、电器外壳、室内装饰材料等绿色复合材料，研究废旧报纸回收纤维／聚乳酸生物可降解复合材料制备优化工艺，开发废旧报纸高附加值利用的全新途径。 基本思路：将废旧报纸通过打浆、干燥制成纤维，并对回收纤维进行表面活化处理后与聚乳酸混合造粒，最后通过模压成型工艺制备废旧报纸回收纤维／聚乳酸生物可降解复合材料。检测材料力学性能，优化制备工艺。 创新点：在国内首创将废旧报纸通过打浆、干燥并与可降解塑料混合造粒、模压成型等的工艺制备可广泛应用于汽车内饰件、电器外壳、室内装饰材料等绿色复合材料，开发废旧报纸高附加值利用的全新途径，实现复合材料低碳环保加工。 关键技术： 1、废旧报纸回收纤维表面活化改性技术； 2、复合材料模压成型加工技术。 主要技术指标：开发可降解复合材料的静曲强度达到70.1MPa；24小时吸水厚度膨胀率在5%以下；在可控堆肥降解条件下降解率达100%；废旧报纸回收纤维利用率达到95％。
科学性、先进性
- 本作品是利用废旧报纸回收纤维作为增强材料，聚乳酸为基体通过一定的成型工艺研制废旧报纸回收纤维／聚乳酸生物可降解复合材料，通过对回收纤维处理改性，研究废旧报纸回收纤维与聚乳酸界面相容性以及改性剂对复合材料性能的影响。 因废旧报纸回收植物纤维上含有很多羟基，使植物纤维具有很强的吸水性和极性，植物纤维/聚乳酸塑料基材间界面相容性差，微观上呈非均匀体系，两相存在十分清晰的界面，粘结力差。当复合材料受到外部应力时，聚乳酸塑料上受到的应力不易传递到植物纤维上，导致植物纤维与塑料间的缺陷逐渐扩大，植物纤维易从复合材料中分离出，吸湿而使复合材料膨胀，从而使得复合材料的力学性能和尺寸的稳定性下降。因此，要采用一定的物理化学方法对废旧报纸回收的植物纤维表面进行活化改性处理，以改性后的废旧报纸回收植物纤维作为增强材料，改善纤维与聚乳酸的界面结合情况，增加力学性能和尺寸稳定性。 该作品的发明具有“变废为宝”的突出特点，体现了废弃物高品位回收以及复合材料低碳、环保加工利用的优点，研究技术在国内属领先水平。
获奖情况及鉴定结果
- 发表论文： 1.“Study on Old Newspaper Recycling Fiber-reinforced PLA Composites”， Advanced Materials Research Vols. 183-185 (2011) pp 2227-2231（EI收录）； 2.“Study on Properties of Recycled Fiber from Waste Newspaper/PLA Composites”，Advanced Materials Research（已接收）。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 图片+样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 该发明作品充分利用了日常生活中的废旧报纸，提高了废旧报纸的回收品位，而且制造和使用过程不会对环境造成任何污染。该作品的静曲强度达到70.1MPa，24小时吸水厚度膨胀率在5%以下，在可控堆肥降解条件下降解率可达100%，废旧报纸回收纤维利用率达到95％，与其它塑料制品相比具有显著地价格优势和环保优势。 由于发明的作品具有优良的性能，因此它可以替代其他塑料制品广泛应用于汽车内饰件及各种电器外壳，也可用于高强度、防潮地板及其他装饰材料的制造，具有广阔的市场前景。 目前，塑料制品原材料主要依靠石油资源，随着石油价格的不断攀升，塑料制品的价格会越来越高。该作品加工利用废旧报纸和聚乳酸为主要原料，废旧报纸是日常生活的废弃物，聚乳酸是由玉米淀粉通过一定的工艺加工而成，具有明显的材料优势。而且该作品的加工和使用过程比较环保，具有广阔的市场前景。将该作品制备技术用于环保型材料的加工生产，可以取得明显的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 随着环境恶化、资源缺乏等问题的日益突出，废弃物对环境的污染以及所造成的资源浪费也是我国当前亟待解决的重要课题，尤其是美国、欧洲、日本等各国对此已经进行了多年的研究，取得了显著的研究成果并产生了巨大的经济效益。众所周知，日本非常重视环境保护和资源的再生利用。在日本众多的研究机构、企业对木质基复合材料进行了大规模的研究和开发，特别是以日本山口大学为代表的研究机构，利用木材、竹材、各种生态固体废弃物如废家具、废地板、废建筑物模板等木质基材料和草本植物如麻纤维、甘蔗渣等，作为增强材料和填充材料，制备了性能优良、用途广泛的可自然降解的绿色复合材料，并获得了相关专利。该材料与目前广泛使用各种人造板相比，尺寸稳定性、耐腐蚀性和力学强度等性能增强20%-40%，原料利用率高达80%以上，用后废弃掩埋土中，半年内可实现全降解，是一种环境友好材料。 目前我国在植物纤维基复合材料研究方面还处于起步阶段，主要使用的酚醛树脂、脲醛树脂等胶黏剂均为能释放游离甲醛且不能实现全降解的树脂，严重制约了我国木材工业特别是木质基复合材料产业的健康发展。当前我国对生态固体废弃物处理主要以焚烧、填埋等单一方式，这样不仅不能实现资源的循环利用，而且会带来二次污染等新的环境问题。因此，亟需引进全降解环保木质基复合材料制造技术，力图改善我国在此方面的落后局面，促进生态固体废弃物循环再利用。 以构筑资源节约型、环境友好型、可持续发展为目的，日本在保护环境和可再生资源循环利用方面的研究处于世界领先地位。在胶黏剂树脂方面，日本率先实现Landy和Lacea等聚乳酸型可自然降解树脂的工业生产，该树脂耐水、耐油，无甲醛释放，其性能远远超过目前木材工业大量应用的脲醛树脂、酚醛树脂等胶黏剂。该树脂除了在人造板上的应用之外，还可以根据各种成型技术的特点，应用开发出不同性能和多种用途的全降解绿色复合材料。该材料与普通木质基复合材料相比，环境友好性、尺寸稳定性、耐候性、力学强度等性能显著增强，适于大规模生产并可用于如航空航天、汽车工业等各种高端产业。 如何更有效的利用植物纤维基复合材料，制造出高附加值、性能优良且用后可自然降解绿色复合材料，这是事关我国植物基复合材料产业能否健康发展的关键。然而，我国在此方面的研究还处于起步阶段，尤其生态固体废弃物对环境的污染以及所造成的资源浪费问题更是严重。
