本發(fā)明涉及環(huán)保包裝材料，具體為一種具有高撕裂性能的非塑料保護(hù)膜及其生產(chǎn)工藝。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代社會中，各類包裝膜材料在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及日常生活中被廣泛使用。這些膜材料通常用于商品包裝、防護(hù)隔層以及農(nóng)業(yè)覆蓋等場景，起到防塵、防水和增強(qiáng)物品保護(hù)的作用。然而，傳統(tǒng)塑料膜由于不可降解，在大量使用后產(chǎn)生了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。同時(shí)，許多塑料膜在使用中，易出現(xiàn)撕裂、開裂等現(xiàn)象，影響其保護(hù)效果。隨著可持續(xù)發(fā)展理念的推廣，市場對既環(huán)保又具高性能的非塑料保護(hù)膜需求日益增強(qiáng)。

2、現(xiàn)有技術(shù)已針對上述需求進(jìn)行了許多改進(jìn)。例如，部分技術(shù)通過在塑料基材中添加增強(qiáng)材料，顯著提高了材料的韌性和強(qiáng)度；也有技術(shù)嘗試采用天然纖維與改性塑料復(fù)合，提高了包裝膜的柔性與耐用性。這些技術(shù)方案大多能在一定程度上改善塑料膜的抗撕裂性能，同時(shí)降低了部分塑料的使用比例。此外，一些涂層處理技術(shù)也被應(yīng)用在包裝膜表面，以增強(qiáng)防水、防塵性能，提高膜的綜合性能。

3、盡管現(xiàn)有技術(shù)在韌性提升、防護(hù)性能增強(qiáng)等方面取得了一定成效，但仍存在諸多不足；首先，傳統(tǒng)增強(qiáng)材料多依賴石化基塑料，導(dǎo)致膜的降解性差，難以從根本上解決環(huán)境污染問題，一些方案中使用的單一增強(qiáng)材料難以實(shí)現(xiàn)剛性與韌性的協(xié)調(diào)，導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展時(shí)保護(hù)膜容易失效；此外，現(xiàn)有多層結(jié)構(gòu)保護(hù)膜的層間結(jié)合力有限，在高濕環(huán)境中易發(fā)生分層或性能衰退，而未優(yōu)化干燥和表面涂層工藝的技術(shù)更是難以滿足復(fù)雜環(huán)境下的長期使用需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種具有高撕裂性能的非塑料保護(hù)膜及其生產(chǎn)工藝，解決了現(xiàn)有技術(shù)中保護(hù)膜環(huán)保性差、抗撕裂性能不足及濕態(tài)環(huán)境下易失效的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種具有高撕裂性能的非塑料保護(hù)膜，所述保護(hù)膜包括以下重量份數(shù)的組分：

3、纖維主基材40～70份；

4、納米增強(qiáng)材料5～15份；

5、交聯(lián)劑1～5份；

6、功能性添加劑2～8份。

7、優(yōu)選的，所述纖維主基材包括：

8、竹纖維20～40份，竹纖維的高長徑比能夠有效分散應(yīng)力，避免應(yīng)力集中現(xiàn)象，提高膜在受力時(shí)的斷裂延遲性能；竹纖維表面粗糙度較高，增加了其與其他纖維組分之間的界面結(jié)合力，使膜的整體結(jié)構(gòu)更為緊密且堅(jiān)固；竹纖維的中空結(jié)構(gòu)減少了裂紋傳播時(shí)的能量傳遞速度，從而提高材料的抗裂能力；

9、木漿纖維10～20份，木漿纖維的短纖維特性有助于形成細(xì)密的纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效彌補(bǔ)竹纖維分布中可能存在的空隙，使復(fù)合材料在微觀結(jié)構(gòu)上更加均勻，同時(shí)其在膜內(nèi)的隨機(jī)分布有助于分散外力作用時(shí)的應(yīng)力方向，避免單一方向的撕裂或斷裂問題，提高保護(hù)膜的整體抗撕裂性能；

10、農(nóng)業(yè)廢棄物纖維10～20份，農(nóng)業(yè)廢棄物纖維表面結(jié)構(gòu)適合與交聯(lián)劑發(fā)生反應(yīng)，形成穩(wěn)定的界面結(jié)合力，增加了纖維之間的黏結(jié)強(qiáng)度，同時(shí)其多孔性結(jié)構(gòu)在裂紋傳播路徑上形成額外的阻礙，使裂紋擴(kuò)展能量被耗散，進(jìn)一步增強(qiáng)膜的抗撕裂性能。

11、優(yōu)選的，所述納米增強(qiáng)材料包括：

12、納米纖維素3～10份，納米纖維素具有極小的粒徑和高比表面積，可有效填補(bǔ)纖維基材之間的微小間隙，增加材料的密度和內(nèi)部結(jié)合力，同時(shí)納米纖維素還具有高彈性模量和高強(qiáng)度，能夠在膜的拉伸或撕裂過程中分擔(dān)外力，并通過其高彈性恢復(fù)性減緩應(yīng)力集中現(xiàn)象，納米纖維素表面豐富的羥基能夠與交聯(lián)劑反應(yīng)，形成穩(wěn)定的氫鍵和共價(jià)鍵網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步提高復(fù)合膜的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，最后納米纖維素的均勻分布在材料中形成微米級和納米級的多重裂紋阻滯網(wǎng)絡(luò)；

13、石墨烯氧化物2～5份，石墨烯氧化物的二維片狀結(jié)構(gòu)在復(fù)合材料中形成平行排列，阻斷裂紋傳播路徑，裂紋在傳播過程中需要繞過石墨烯氧化物片層，從而耗散裂紋擴(kuò)展的能量，同時(shí)石墨烯氧化物納米纖維素的協(xié)同作用通過多點(diǎn)交聯(lián)和界面增強(qiáng)，形成更高強(qiáng)度的復(fù)合結(jié)構(gòu)。石墨烯氧化物提供了高模量的支撐，納米纖維素則提高了材料的韌性，二者共同提升了保護(hù)膜的抗撕裂性能和耐濕穩(wěn)定性。

14、優(yōu)選的，所述交聯(lián)劑包括：

15、殼聚糖0.5～3份，殼聚糖中的氨基可以與戊二醛中的醛基通過席夫堿反應(yīng)(形成-ch＝n-鍵)生成穩(wěn)定的化學(xué)交聯(lián)點(diǎn)，這種反應(yīng)提升了材料的整體力學(xué)性能，同時(shí)殼聚糖分子鏈還具有一定的柔韌性和長鏈特性，當(dāng)與纖維基材接觸時(shí)，能通過物理吸附和氫鍵作用在界面上形成強(qiáng)結(jié)合，從而改善復(fù)合材料內(nèi)部的結(jié)合力；

16、戊二醛0.5～2份，戊二醛的兩個(gè)醛基可以與纖維素或殼聚糖中的氨基和羥基發(fā)生反應(yīng)，形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵交聯(lián)點(diǎn)。這種雙功能反應(yīng)特性使復(fù)合材料的交聯(lián)密度顯著提高，從而增強(qiáng)了保護(hù)膜的機(jī)械強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度，同時(shí)：戊二醛的交聯(lián)反應(yīng)不僅提高了膜的干態(tài)強(qiáng)度，還能在高濕環(huán)境中維持結(jié)構(gòu)的完整性和強(qiáng)度，避免濕態(tài)條件下的力學(xué)性能下降。

17、優(yōu)選的，所述功能性添加劑包括：

18、硅烷偶聯(lián)劑1～3份，硅烷偶聯(lián)劑的親水端與纖維素、納米纖維素中的羥基通過化學(xué)鍵結(jié)合，同時(shí)疏水端與增強(qiáng)組分之間形成強(qiáng)相互作用，使纖維、納米增強(qiáng)材料與功能性添加劑之間的界面結(jié)合更為緊密，從而提高復(fù)合材料的整體強(qiáng)度和耐撕裂性能，同時(shí)硅烷偶聯(lián)劑通過其有機(jī)無機(jī)橋接特性，改善了材料在受力和濕度變化中的穩(wěn)定性，使界面結(jié)合力在惡劣環(huán)境下不易降低；

19、納米粘土1～3份，納米粘土的片狀結(jié)構(gòu)在材料中分散形成“迷宮效應(yīng)”，當(dāng)裂紋傳播時(shí)，其路徑會被片層阻斷并發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而大幅延緩裂紋擴(kuò)展速度，同時(shí)納米粘土的表面與硅烷偶聯(lián)劑發(fā)生化學(xué)或物理結(jié)合，進(jìn)一步增強(qiáng)了納米粘土與纖維之間的界面黏附力，避免了界面脫粘現(xiàn)象的發(fā)生，并有效降低了水分滲透率；

20、聚乙烯醇0.5～2份，聚乙烯醇分子鏈的高柔韌性使復(fù)合材料在外力作用下能夠產(chǎn)生一定的可恢復(fù)形變，從而延緩材料的斷裂過程，同時(shí)聚乙烯醇分子中的羥基能夠與殼聚糖或戊二醛交聯(lián)，形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)不僅增強(qiáng)了材料的強(qiáng)度，還增加了其濕態(tài)穩(wěn)定性，并在裂紋擴(kuò)展路徑上起到能量耗散的作用，降低了裂紋尖端的應(yīng)力集中程度，從而提高保護(hù)膜的抗撕裂性能。

21、本發(fā)明還提供一種具有高撕裂性能的非塑料保護(hù)膜的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟：

22、s1、纖維改性：對纖維主基材進(jìn)行羧基化改性，羧基化改性提高了纖維表面的化學(xué)活性，使其能夠與交聯(lián)劑(如殼聚糖、戊二醛)發(fā)生更強(qiáng)的化學(xué)結(jié)合反應(yīng)；

23、s2、納米增強(qiáng)材料分散：將納米纖維素和石墨烯氧化物分散于水溶液中，納米纖維素和石墨烯氧化物的分散均勻性是構(gòu)建高強(qiáng)度保護(hù)膜的基礎(chǔ)。納米纖維素通過其高比表面積與纖維基材形成多點(diǎn)結(jié)合，增強(qiáng)界面強(qiáng)度；

24、s3、交聯(lián)劑溶液制備：將殼聚糖與戊二醛混合制備交聯(lián)劑溶液，殼聚糖和戊二醛的交聯(lián)反應(yīng)通過形成共價(jià)鍵(-ch＝n-)構(gòu)建了高密度的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；

25、s4、復(fù)合膜制備：通過涂布與熱壓成型構(gòu)建多層復(fù)合膜，多層涂布設(shè)計(jì)通過纖維基材層、納米增強(qiáng)層和表面保護(hù)層的協(xié)同作用，提供了高撕裂性能；

26、s5、干燥處理：對復(fù)合膜進(jìn)行真空干燥，真空干燥避免了材料因快速蒸發(fā)而產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力，確保膜結(jié)構(gòu)的完整性。

27、優(yōu)選的，所述纖維改性包括：

28、纖維主基材浸泡于ph7.5～8.5的堿性溶液中清洗，弱堿性條件下，纖維表面的天然油脂、蠟質(zhì)和樹脂等疏水性雜質(zhì)發(fā)生部分皂化反應(yīng)，溶解或剝離，從而去除纖維表面不活躍的覆蓋層，這一過程使纖維表面更加暴露，提高其化學(xué)反應(yīng)的活性，同時(shí)在弱堿條件下，纖維素分子中的氫鍵部分?jǐn)嗔眩瑫r(shí)暴露更多的羥基(-oh)，這些羥基進(jìn)一步提升了纖維的親水性，使其能夠更均勻地分散于水溶液中，若ph值低于7.5，清洗效果不足，雜質(zhì)無法充分去除，影響后續(xù)反應(yīng)；若ph值超過8.5，堿性條件容易引發(fā)纖維素的部分降解，導(dǎo)致纖維強(qiáng)度降低，從而削弱保護(hù)膜的整體力學(xué)性能，因此此范圍的弱堿性條件確保纖維表面清潔和親水性提升，為后續(xù)改性提供良好的界面條件；

29、使用tempo氧化體系對纖維表面羧基化改性，羧基化后的纖維表面形成較強(qiáng)的電負(fù)性，提高了纖維的分散性，同時(shí)與交聯(lián)劑(如殼聚糖)之間發(fā)生化學(xué)鍵合，增強(qiáng)了復(fù)合膜的界面結(jié)合力；

30、將改性后的纖維在20～30℃下反應(yīng)2～4小時(shí)，此反應(yīng)溫度屬于低溫反應(yīng)范圍，能夠保證tempo氧化選擇性地作用于纖維素的初級羥基(-ch2oh)，轉(zhuǎn)化為羧基(-cooh)，這一過程避免了纖維素主鏈中二級羥基的過度氧化，確保纖維的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強(qiáng)度；同時(shí)在此反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，纖維表面引入的羧基密度適中，既提高了與交聯(lián)劑和納米增強(qiáng)材料的結(jié)合力，又保證了纖維的整體力學(xué)性能和濕態(tài)穩(wěn)定性。

31、優(yōu)選的，所述納米增強(qiáng)材料分散包括：

32、將納米纖維素溶于去離子水中，通過8000～12000rpm的剪切攪拌30～60分鐘，此轉(zhuǎn)速范圍能夠?qū)⒓{米纖維素均勻分散在復(fù)合材料中，并形成致密的增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)，填補(bǔ)纖維之間的空隙，增強(qiáng)界面結(jié)合力，從而提高保護(hù)膜的抗撕裂性能；在此攪拌時(shí)間范圍內(nèi)，足夠確保纖維素均勻分布，同時(shí)避免過長時(shí)間引發(fā)材料降解；

33、將石墨烯氧化物加入納米纖維素懸浮液中，繼續(xù)攪拌30分鐘，將石墨烯氧化物片層的表面氧化基團(tuán)(如羥基、羧基和環(huán)氧基)與納米纖維素表面的羥基通過氫鍵和范德華力形成穩(wěn)固的物理化學(xué)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)。這種協(xié)同作用提高了納米增強(qiáng)材料的整體剛性和韌性，而此攪拌時(shí)間范圍避免了將石墨烯氧化物片層團(tuán)聚，提高其分散穩(wěn)定性和增強(qiáng)效果。

34、優(yōu)選的，所述復(fù)合膜制備包括：

35、將纖維分散液涂布至模具底層，厚度控制在0.1～0.3mm，此厚度范圍能夠保證底層纖維基材具有足夠的力學(xué)強(qiáng)度，同時(shí)維持膜的柔性和韌性。厚度低于0.1mm會導(dǎo)致力學(xué)性能不足，厚度超過0.3mm會增加剛性，影響膜的柔性；

36、在底層涂布納米增強(qiáng)材料復(fù)合層，厚度控制在0.05～0.1mm，此厚度范圍能夠增強(qiáng)層提供抗撕裂能力，通過厚度控制保證增強(qiáng)材料均勻分布，避免局部應(yīng)力集中。低于0.05mm會導(dǎo)致增強(qiáng)效果不足，超過0.1mm可能導(dǎo)致界面結(jié)合不良；

37、在復(fù)合層上涂覆殼聚糖和聚乙烯醇復(fù)合涂層，厚度為0.02～0.05mm，此厚度范圍的表面涂層為膜提供防護(hù)和功能性屏障(如防潮、防塵)，同時(shí)提升濕態(tài)性能。低于0.02mm涂層不連續(xù)，超過0.05mm則會增加膜的剛性，影響柔性；

38、在120～140℃和10～20mpa條件下熱壓成型30～60分鐘，此溫度范圍為交聯(lián)反應(yīng)和分子鏈重排的最佳溫度范圍，低于120℃反應(yīng)不充分，超過140℃可能導(dǎo)致材料降解；壓力范圍保證各層之間充分結(jié)合并消除氣泡，低于10mpa結(jié)合力不足，超過20mpa可能導(dǎo)致材料過度壓縮，而此熱壓成型時(shí)間范圍確保交聯(lián)反應(yīng)完全，同時(shí)防止過長時(shí)間導(dǎo)致材料熱降解或能耗過高。

39、優(yōu)選的，所述干燥處理包括：

40、在40～50℃的真空環(huán)境中進(jìn)行4～6小時(shí)的真空干燥，低于40℃時(shí)干燥速度較慢，內(nèi)部殘余水分可能無法完全蒸發(fā)，導(dǎo)致膜的力學(xué)性能下降；超過50℃時(shí)容易導(dǎo)致膜內(nèi)部材料(如納米增強(qiáng)材料、交聯(lián)層)的微結(jié)構(gòu)損傷，影響力學(xué)性能和界面結(jié)合強(qiáng)度，因此選擇此溫度范圍，既能確保材料結(jié)構(gòu)的完整性，又能避免熱損傷，保持復(fù)合膜的高性能，同時(shí)通過4～6小時(shí)的真空干燥，能夠完全移除內(nèi)部殘余水分，確保膜的密度和強(qiáng)度，同時(shí)提高長期穩(wěn)定性；在干燥完成后，將膜表面噴涂防水涂層，防水涂層通過其疏水性分子鏈在膜表面形成致密的防護(hù)屏障，減少水分對膜結(jié)構(gòu)的侵蝕；同時(shí)提高保護(hù)膜在高濕環(huán)境中的耐久性，避免濕態(tài)條件下材料性能的下降。

41、本發(fā)明提供了一種具有高撕裂性能的非塑料保護(hù)膜及其生產(chǎn)工藝。具備以下有益效果：

42、1、本發(fā)明采用了纖維羧基化改性技術(shù)，通過tempo氧化精準(zhǔn)調(diào)控纖維表面化學(xué)活性，使其與增強(qiáng)材料和交聯(lián)劑形成強(qiáng)界面結(jié)合。這種設(shè)計(jì)讓纖維分散更加均勻，整體結(jié)構(gòu)更致密。相比現(xiàn)有技術(shù)中纖維未改性導(dǎo)致結(jié)合力差的問題，解決了界面粘結(jié)不牢、結(jié)構(gòu)松散的不足。

43、2、本發(fā)明通過納米纖維素與石墨烯氧化物協(xié)同作用，構(gòu)建了多尺度增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)顯著延緩裂紋擴(kuò)展，提高膜的抗撕裂性能。相較傳統(tǒng)單一增強(qiáng)材料，改善了濕態(tài)環(huán)境下材料容易失效的缺陷。

44、3、多層涂布結(jié)合熱壓成型的設(shè)計(jì)，使本發(fā)明的保護(hù)膜層間結(jié)合力和整體穩(wěn)定性達(dá)到更高水平。復(fù)合膜的每一層功能明確，相輔相成，既提升了強(qiáng)度，又增強(qiáng)了濕態(tài)耐久性?，F(xiàn)有技術(shù)中單層結(jié)構(gòu)易分層或撕裂的問題，通過此方案得到了有效解決。

45、4、本發(fā)明通過低溫真空干燥與防水涂層的結(jié)合，賦予保護(hù)膜極佳的防潮性能和環(huán)境適應(yīng)性。濕態(tài)下，膜的力學(xué)性能保持穩(wěn)定，壽命顯著延長。傳統(tǒng)技術(shù)對干燥工藝和防護(hù)涂層設(shè)計(jì)的忽視，導(dǎo)致性能衰退快的問題，在此被完全克服。