本發(fā)明涉及包裝材料，具體為一種基于改性纖維素的生物基生物降解膠帶及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、改性纖維素是一種可再生、可生物降解的材料，具有良好的機械性能和可塑性。通過對纖維素材料進行改性和調(diào)制，可以改善其性能，使其適用于膠帶制備。同時，改進制備方法、引入新技術(shù)，為生物基膠帶的制備提供了更多可能性。

2、當前全球范圍內(nèi)對環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的需求不斷增加，傳統(tǒng)石化基膠帶的大量使用產(chǎn)生了嚴重的環(huán)境問題，難以降解，對生物多樣性造成威脅，長期聞膠帶或接觸其上的化學(xué)物質(zhì)對人體健康產(chǎn)生不良影響，特別是油性膠水的膠帶，其稀釋劑主要是甲苯等易揮發(fā)的危險化學(xué)品，一旦吸入會傷害肝臟功能。長時間使用后，膠帶的粘性可能會降低、老化，導(dǎo)致粘貼效果下降，且對物體表面的清潔度要求較高，如果表面存在灰塵、油污等雜質(zhì)，會影響粘貼效果。

3、因此，本技術(shù)提出一種基于改性纖維素的生物基生物降解膠帶及其制備方法來解決背景中的問題是十分必要的。

4、1、專利文件cn111621239b公開了一種全生物降解膠帶及其制備方法，上述專利實現(xiàn)了可完全生物降解，主要成分均具有生物降解性，最終降解產(chǎn)物為二氧化碳、水和小分子生物質(zhì)，對環(huán)境沒有危害，添加了有機或無機填料，降低了生產(chǎn)成本，可以通過現(xiàn)有成熟設(shè)備和工藝制備得到，產(chǎn)品適應(yīng)性良好，但上述專利不能實現(xiàn)強粘附性能。

5、2、專利文件cn109679519b公開了一種植物基可降解膠帶及其制備方法，上述專利實現(xiàn)了通過膠帶原料的選擇以及制備工藝使制得的膠帶可降解，大大降低了膠帶的大量使用對環(huán)境造成的污染。進一步地，在回收使用膠帶的紙箱時，可減少去除膠帶步驟，以降低紙箱回收的回收成本，提高對紙箱的回收利用率，降低了對自然資源的消耗，但上述專利不能實現(xiàn)延長使用壽命、改善外觀。

6、3、專利文件cn109679518b公開了一種植物基易撕膠帶及其制備方法，上述專利實現(xiàn)了通過膠帶原料的選擇以及制備工藝使制得的膠帶相比于bopp膠帶更有易撕斷，相比于傳統(tǒng)的紙基膠帶抗拉伸強度更高，大大提高了其在文化用品領(lǐng)域使用的便利性。進一步地，本發(fā)明制備的植物基易撕膠帶可生物降解，對環(huán)境友好，符合社會重視環(huán)保方面要求的趨勢，但上述專利不能實現(xiàn)膠帶在使用過程中的可控斷裂和粘結(jié)功能。

7、4、專利文件cn114806431b公開了一種阻燃可降解膠帶及其制備方法，上述專利實現(xiàn)了阻燃可降解膠帶具有高粘著力，阻燃性能優(yōu)良，原材料來自廢棄的pbt塑料，同時可生物降解，具有廣闊的市場應(yīng)用前景，但上述專利不能實現(xiàn)定制化設(shè)計、復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造、材料多樣性和快速原型制作。

8、綜上所述，上述專利不能實現(xiàn)強粘附性能的功能、延長使用壽命且改善外觀的功能、膠帶在使用過程中的可控斷裂和粘結(jié)功能和定制化設(shè)計地功能，導(dǎo)致粘附力不足、強度和耐久性不足以及加工性能不佳、生產(chǎn)靈活性不足、復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造困難、材料選擇受限以及開發(fā)周期長、意外斷裂、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、成本高；

9、為此，本技術(shù)提出了一種能實現(xiàn)強粘附性能的功能、延長使用壽命且改善外觀的功能、膠帶在使用過程中的可控斷裂和粘結(jié)功能和定制化設(shè)計地功能的基于改性纖維素的生物基生物降解膠帶及其制備方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于改性纖維素的生物基生物降解膠帶及其制備方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的不能實現(xiàn)強粘附性能的功能、延長使用壽命且改善外觀的功能、膠帶在使用過程中的可控斷裂和粘結(jié)功能和定制化設(shè)計地功能，導(dǎo)致粘附力不足、強度和耐久性不足以及加工性能不佳、生產(chǎn)靈活性不足、復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造困難、材料選擇受限以及開發(fā)周期長、意外斷裂、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、成本高的技術(shù)問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于改性纖維素的生物基生物降解膠帶，包括基材層、粘合層、防粘層、表面涂層和特殊功能層，所述基材層是膠帶主體由60％-70％改性纖維素和0.1％-0.3％硬化劑構(gòu)成，所述改性纖維素包括如下重量百分比的原料：21％-25％羧甲基纖維素酯、18％-20％硝酸纖維素、20％-22％乙酸纖維素、1％-3％羥丙基纖維素；

3、所述基材層厚度為60微米。

4、優(yōu)選的，所述粘合層由粘合劑、增粘劑、軟化劑、填充劑、穩(wěn)定劑和交聯(lián)劑組成；

5、粘合劑為35％丙烯酸酯共聚物，增粘劑為10％聚己內(nèi)酯和5％聚乳酸，軟化劑為淀粉基軟化劑和4％蓖麻油，淀粉基軟化劑為3％醋酸淀粉和5％氧化淀粉，填充劑為1％滑石粉和2％碳酸鈣；

6、穩(wěn)定劑為抗氧化劑和紫外線吸收劑，抗氧化劑為2％茶多酚和1.5％植酸，紫外線吸收劑為二苯甲酮類和苯并三唑類；

7、交聯(lián)劑為天然交聯(lián)劑，天然交聯(lián)劑采用瓜爾根提取物，瓜爾根提取物為6％瓜爾聯(lián)聚素。

8、優(yōu)選的，所述防粘層采用30％生物硅油、表面活性劑和8％二氧化硅納米顆粒，二氧化硅納米顆粒直徑為45納米，表面活性劑為10％脂肪酸醋聚氧乙烯酯。

9、優(yōu)選的，所述表面涂層采用55％丙烯酸樹脂、15％聚二甲基硅氧烷、8％增塑劑、13％溶劑，增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯，溶劑為異丙醇。

10、優(yōu)選的，所述特殊功能層采用防水薄膜、導(dǎo)電填料、抗菌劑，抗菌劑為1.8％苯扎溴銨，防水薄膜采用4％硅烷偶聯(lián)劑和2％聚硅氧烷，導(dǎo)電填料采用0.5％炭黑、0.2％石墨烯和1％基導(dǎo)電聚合物。

11、優(yōu)選的，所述基材層是膠帶支撐結(jié)構(gòu)位于膠帶整體最底部，粘合層緊貼基材層左側(cè)，防粘層位于膠帶表面，防粘層在粘合層的上方，表面涂層位于粘合層與防粘層之間，特殊功能層位于粘合層上方；

12、粘合層厚度為0.04毫米，防粘層厚度為0.01毫米，表面涂層厚度為6微米，特殊功能層厚度為5微米。

13、優(yōu)選的，所述基于改性纖維素的生物基生物降解膠帶還包括如下重量百分比的原料：0.7％防滑劑、0.3％防水劑、1.1％可降解連接劑、0.8％菌絲素；

14、可降解連接劑為聚羥基脂肪酸酯，防水劑采用3：2的殼聚糖和聚氨酯，防滑劑為生物基樹脂。

15、優(yōu)選的，所述防水薄膜采用涂敷2層納米纖維膜，炭黑直徑為0.3納米，炭黑bet比表面積為30-160m2/g。

16、優(yōu)選的，所述制備方法包括以下步驟：

17、(1)將改性纖維素、硬化劑加入高速混合機中高速攪拌30-45min，再將粘合劑、增粘劑、軟化劑、穩(wěn)定劑和天然交聯(lián)劑加入高速攪拌機中繼續(xù)攪拌10-15min混合均勻；

18、(2)將(1)得到的混合物料加入離心管中分離纖維素溶液中的雜質(zhì)和未溶解的固態(tài)纖維素顆粒，添加生物硅油、表面活性劑、丙烯酸樹脂、聚二甲基硅氧烷，再經(jīng)溶液儲罐、紡絲頭、收集器，使溶液形成連續(xù)的纖維流，在纖維流生成過程中添加增塑劑、抗菌劑、硅烷偶聯(lián)劑、聚硅氧烷、導(dǎo)電填料、溶劑和二氧化硅納米顆粒，60-80℃真空干燥器干燥固化，最終經(jīng)冷卻卷取制成生物基粘合劑；

19、(3)將(2)得到的生物基粘合劑經(jīng)過3d打印機三維成型，制備得到膠厚為15微米的生物基生物降解膠帶半成品；

20、(4)將(3)得到的半成品進行切割、分卷，等離子儀進行表面處理，得到膠帶并進行真空包裝。

21、優(yōu)選的，所述使用方法還包括以下步驟：

22、(5)制備改性纖維素(在纖維的大分子鏈上通過活性鏈節(jié)從側(cè)向引上高分子支鏈)

23、羧甲基纖維素酯：木漿粉碎、堿浸、酸浸、漂白，去除雜質(zhì)和色素，得到精制棉，精制棉與氯乙酸和氫氧化鈉反應(yīng)，醚化反應(yīng)完成后，對產(chǎn)物進行洗滌和脫水處理，去除多余的氯化鈉和水，采用氣流干燥，將濕羧甲基纖維素鈉中的水分去除，得到干燥的羧甲基纖維素鈉，干燥后的羧甲基纖維素鈉進行篩分、研磨；

24、硝酸纖維素：經(jīng)過疏松干燥后的化學(xué)棉，使用硝酸、硫酸的混合酸對纖維素進行酯化，使纖維素中的-oh基酯化成-ono2的產(chǎn)物，酯化反應(yīng)后，對產(chǎn)物進行洗滌、中和、干燥；

25、乙酸纖維素：在燒瓶中加入5g脫脂棉、35ml冰醋酸、4滴濃硫酸和25ml乙酸酐，加蓋表面皿于50℃的水浴中加熱，并攪動，使纖維素?；s1.5～2h，直至形成均相糊狀物，加熱至60℃，加入12.5ml質(zhì)量分數(shù)80％的乙酸，在60℃保溫15min，攪拌下加入12ml水，再以快速攪拌加入100ml水，使白色、松散的乙酸纖維素沉淀出來，將沉淀出的乙酸纖維素轉(zhuǎn)入布氏漏斗中吸濾后，分散于水中，傾去上層液，并洗至中性，于105℃下干燥；

26、羥丙基纖維素：將纖維素粉碎、篩選，以去除雜質(zhì)和不符合要求的顆粒，使用氫氧化鈉溶液對纖維素進行堿化預(yù)處理，使其充分溶脹并暴露出更多的羥基，以便與環(huán)氧丙烷反應(yīng)，將預(yù)處理后的纖維素與環(huán)氧丙烷按4：3混合，80℃、1.5h條件下，進行醚化反應(yīng)，纖維素分子中的羥基與環(huán)氧丙烷的環(huán)氧基發(fā)生取代反應(yīng)，將反應(yīng)產(chǎn)物進行洗滌、過濾，以去除未反應(yīng)的環(huán)氧丙烷、氫氧化鈉等雜質(zhì)，最后進行干燥處理；

27、(6)制備聚羥基脂肪酸酯

28、培養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌屬，將菌種接種到含有碳源、氮源和其他必要營養(yǎng)物質(zhì)的發(fā)酵培養(yǎng)基中，使微生物利用碳源合成聚羥基脂肪酸酯，發(fā)酵結(jié)束后，通過固液分離得到含有聚羥基脂肪酸酯的菌體沉淀，對菌體進行破壁處理，釋放聚羥基脂肪酸酯，通過板框過濾、離心分離進一步純化聚羥基脂肪酸酯；

29、(7)制備丙烯酸酯共聚物

30、丙烯酸酯單體，過氧化物作為自由基引發(fā)劑進行聚合反應(yīng)，單體分子通過自由基加成反應(yīng)形成高分子鏈，聚合反應(yīng)結(jié)束后，對產(chǎn)物洗滌、干燥、純化，以去除未反應(yīng)的單體、引發(fā)劑殘留物和其他雜質(zhì)。

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

32、1.本發(fā)明通過配制改性纖維素，實現(xiàn)了強粘附性能，解決了粘附力不足、強度和耐久性不足以及加工性能不佳的問題，增強膠帶的粘附力，使其在不同物體表面上都能實現(xiàn)更好的附著，在生產(chǎn)過程中更容易成型和切割；

33、2.本發(fā)明通過添加邊緣粘合劑，實現(xiàn)了延長使用壽命、改善外觀的功能，解決了邊緣部分容易出現(xiàn)脫落現(xiàn)象的問題，增加膠帶邊緣的強度，防止脫膠；

34、3.本發(fā)明通過3d打印，實現(xiàn)定制化設(shè)計、復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造、材料多樣性和快速原型制作的功能，解決了生產(chǎn)靈活性不足、復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造困難、材料選擇受限以及開發(fā)周期長、成本高的問題，提高了市場競爭力，開闊膠帶制造領(lǐng)域更廣闊的應(yīng)用前景；

35、4.本發(fā)明通過膠帶結(jié)構(gòu)中引入特殊的斷裂鏈接，實現(xiàn)了膠帶在使用過程中的可控斷裂和粘結(jié)功能，解決了意外斷裂、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、成本高的問題，提高膠帶的回收利用率和環(huán)保性，方便分解和回收。