專利名稱：一種麻莖稈與塑料復合材料的制備方法
技術領域：
本發明屬于天然纖維復合材料及木塑復合材料技術領域，具體是指一種麻莖稈與塑料復合材料的制備方法。
背景技術：
我國是世界產麻大國，麻資源豐富。據統計大麻、紅麻、黃麻和亞麻種植面積年平均在20～25萬公頃，產量居世界第三。大麻、黃麻、亞麻和紅麻都是一年生草本植物，例如黃麻，其主要產地是印度和孟加拉國，我國種植面積也不少。黃麻莖高2～5米，纖維白而有光澤，吸水性好，供制麻布、麻袋、繩索和地毯等用。通常，人們主要利用麻的韌皮纖維部分作為紡織品的纖維原料，或者利用短切麻纖維通過熱壓模塑等工藝制備天然纖維增強復合材料。而鮮麻經剝制其韌皮纖維后的麻莖稈則被當作廢棄物進行焚燒處理，這些廢棄物約占整條麻的2/3以上。焚燒處理不但污染環境，而且造成資源極大浪費。所以找到一條無污染處理這些廢棄物的道路是努力的方向。
塑料廢品造成的“白色污染”問題已經成為中國環保事業中的棘手問題之一。這一方面是由于缺乏一個完整的塑料回收再生渠道，另一方面是由于缺乏成熟可靠的技術、以經濟有效的方法規模化地對回收的塑料制品加以綜合利用。由此木塑復合材料應運而生，它以回收塑料、農作物纖維、木材加工中的廢料為原料，對保護森林資源和生態環境，充分回收利用回收材料，化廢為寶有重要意義。
發明內容
為了解決上述現有技術的不足之處，本發明的目的在于提供一種麻莖稈與塑料復合材料的制備方法。本發明利用黃麻、紅麻、亞麻、大麻等麻莖稈生產塑木復合材料填補了木纖維行業原料空缺，緩解了木材原料的匱乏，也為天然麻的綜合利用找到了新的途徑，解決了麻類直接用于紡紗織造和麻紡下腳料浪費造成環境污染問題。它不僅符合塑木復合材料的性能要求，同時可回收利用，提高了塑料的回收率，降低了制造成本；有利于資源綜合利用和節約資源。
本發明的目的通過下述技術方案實現一種麻莖稈與塑料復合材料的制備方法，包括如下步驟第一步取20～100目的麻莖稈粉干燥處理，使麻莖稈粉含水量在3％以內。
第二步將干燥后的麻莖稈粉在90～110℃溫度下，以1000～3000轉/分攪拌，邊攪拌邊加入占麻莖稈粉重量0.5～5％的偶聯劑，繼續攪拌10～30分鐘，制得偶聯麻莖稈粉。
第三步將325～1250目的礦物填料在90～110℃下，以1000～3000轉/分攪拌，邊攪拌邊加入占礦物填料重量2～5％的硬脂酸，繼續攪拌5～10分鐘，制得改性礦物粉。
第四步將上述偶聯麻莖稈粉和改性礦物粉以重量比100∶10～50的比例混合均勻，得到復合麻莖稈粉；將復合麻莖稈粉造粒，得到復合麻莖稈粉粒。
第五步將上述制得的復合麻莖稈粉粒與塑料、馬來酸酐接枝物、鄰苯二甲酸乙二辛酯、潤滑劑、熱穩定劑、氯化聚乙烯和抗氧化劑相混合，各組分按重量份計為復合麻莖稈粉粒40～70份、塑料10～50份，馬來酸酐接枝物4～5份、鄰苯二甲酸乙二辛酯(DOP)0～5份、潤滑劑1～3.5份、熱穩定劑0～4份、氯化聚乙烯2份、抗氧化劑0.15份；然后造粒后得到塑木復合粒料，該粒料經模具擠出成型或注射成型即可得塑木復合制品。
為了更好地實現本發明，所述的麻莖稈粉可以為黃麻莖稈粉、紅麻莖稈粉、亞麻莖稈粉或大麻莖稈粉中的任何一種。
所述的礦物填料為滑石粉或碳酸鈣。
所述的偶聯劑為硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑或鋁鋯酸酯偶聯劑中的任何一種，特別優選的是，所述偶聯劑重量占麻莖稈粉重量1～3％。
所述的塑料為回收的聚乙烯塑料、回收的聚丙烯塑料或回收的聚氯乙烯塑料中的任何一種。
所述的馬來酸酐接枝物為馬來酸酐接枝聚乙烯或馬來酸酐接枝聚丙烯；所述的潤滑劑為聚乙烯蠟、硬脂酸、乙撐雙硬脂酰胺(EBS)、乙烯-丙烯腈-丙烯酸酯共聚物(EAA)、乙烯-醋酸乙烯二元共聚物(EVA)或市售復合潤滑劑中一種或一種以上混合物。所述的熱穩定劑包括稀土熱穩定劑，所述的抗氧化劑為抗氧化劑1010和抗氧化劑168。
第一步中干燥處理是熱風烘干。
本發明借助高速混合作用力，將礦物填料包覆麻莖稈粉，并造粒，然后與回收塑料熔融共混擠出，借助礦物填料尤其是層狀結構滑石粉的潤滑作用，減少擠出阻力，改善熔融擠出混合物的流動性；同時利用礦物填料的增強作用，協同提高復合材料的力學和耐熱性。
本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果1、本發明解決了現有塑木復合技術中存在的木粉下料困難問題。本發明的制備方法將麻莖稈粉預先造粒，該過程一方面降低了麻莖稈粉的含水量，又通過造粒避免了麻莖稈粉因質輕，結構蓬松而造成的下料困難，無法均勻下料的難題，保證了麻莖稈粉和塑料的均勻下料，為擠出過程穩定送料提供保障。
2、本發明麻莖稈與塑料復合材料的制備方法，借助高速混合作用力，將礦物填料包覆麻莖稈粉，并造粒，然后與回收塑料熔融共混擠出，借助礦物填料尤其是層狀結構滑石粉的潤滑作用，減少擠出阻力，改善熔融擠出混合物的流動性；同時利用礦物填料的增強作用，協同提高復合材料的力學和耐熱性。
3、本發明利用麻莖稈粉作為填料。作為一種新型的木塑復合材料，它實現了黃麻、紅麻、亞麻或大麻原料的綜合利用，解決了農業廢棄物的處理問題，提高了農產品的附加值；同時由于原料來源廣泛，價格低廉，因而本發明制備的復合材料制品成本低。
4、本發明中經過干燥和改性后的麻莖稈粉不是直接與塑料混合造粒或擠出制品，而是先把偶聯麻莖稈粉和改性礦物粉混合，得到復合麻莖稈粉，再往木粉造粒機擠出造粒得到復合麻莖稈粉粒，然后再與塑料混合造粒或擠出制品，如此解決了麻莖稈粉與塑料直接混合時產生的下料困難(產生架橋現象)，下料不勻等問題。
5、本發明的配方比例、工藝操作參數更有利于麻莖稈粉與回收的廢舊塑料復合成新型材料、制品性能提高，且更有利于環保。
6、本發明制備的塑木復合材料具有成型加工性能好、木質感強、力學性能高等特點，可用于鋪板、裝飾邊框、庭園柵欄和扶手、包裝用墊板和組合托盤等。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。
實施例一第一步 將20～40目的黃麻莖稈粉在90℃下熱風干燥，控制含水量在3％以內。
第二步 將20～40目的黃麻莖稈粉在90～110℃下，以1000～3000轉/分強烈攪拌，邊攪拌邊加入占黃麻莖稈粉重量0.5％的硅烷偶聯劑KH550，繼續攪拌10分鐘，制得偶聯黃麻莖稈粉。
第三步將1250目的礦物填料碳酸鈣在90～110℃下，以1000～3000轉/分強烈攪拌，邊攪拌邊加入占礦物填料重量2％硬脂酸，繼續攪拌5分鐘，制得改性碳酸鈣。
第四步將上述偶聯黃麻莖稈粉和改性碳酸鈣以重量比100∶50的比例混合均勻，得到復合黃麻莖稈粉；由專用木粉造粒機擠出造粒，得到復合黃麻莖稈粉粒。
第五步按重量份計，將40份復合黃麻莖稈粉粒與50份回收的聚氯乙烯塑料、4份馬來酸酐接枝聚乙烯、2份稀土熱穩定劑(市售)、2份氯化聚乙烯、1份PE蠟(聚乙烯蠟)、5份鄰苯二甲酸乙二辛酯(DOP)、0.1份抗氧化劑1010和0.05份抗氧化劑168混合均勻。
第六步將上述混合物料通過錐形雙螺桿擠出機中擠出，螺桿加熱溫度為130～165℃，螺桿轉速為10～15rpm，即獲得麻莖稈粉與聚氯乙烯塑料復合材料。經過模具直接擠出成型即得塑木復合制品。
實施例二第一步將80～100目的紅麻莖稈粉在90℃下熱風干燥，控制含水量在3％以內。
第二步將80～100目的紅麻莖稈粉在90～110℃下，以1000～3000轉/分強烈攪拌，邊攪拌邊加入占麻莖稈粉重量1％的鈦酸酯偶聯劑MBJ-101，繼續攪拌10分鐘，制得偶聯紅麻莖稈粉。
第三步將1250目的礦物填料滑石粉在90～110℃下，以1000～3000轉/分強烈攪拌，邊攪拌邊加入占滑石粉重量3％的硬脂酸，繼續攪拌5分鐘，制得改性滑石粉。
第四步將上述偶聯紅麻莖稈粉和改性滑石粉以重量比100∶10的比例混合均勻，得到復合紅麻莖稈粉；由專用木粉造粒機擠出造粒，得到復合紅麻莖稈粉粒。
第五步按重量份計，將40份復合紅麻莖稈粉粒與50份回收的聚乙烯塑料、4.5份馬來酸酐接枝聚乙烯、2份氯化聚乙烯、1.5份PE蠟、2份EBS、0.1份抗氧化劑1010和0.05份抗氧化劑168混合均勻。
第六步 將上述混合物料通過錐形雙螺桿擠出機中擠出，通過磨面切粒設備，即獲得紅麻莖稈粉與聚乙烯塑料復合粒料。可經過專用模具注塑成型亦可擠出成型即得塑木復合制品。
實施例三第一步將60～80目的亞麻莖稈粉在90℃下熱風干燥，控制含水量在3％以內。
第二步將60～80目的亞麻莖稈粉在90～110℃下，以1000～3000轉/分強烈攪拌，邊攪拌邊加入占亞麻莖稈粉重量3％的鋁鋯酸酯偶聯劑TL-4，繼續攪拌20分鐘，制得偶聯亞麻莖稈粉。
第三步將325目的碳酸鈣在90～110℃下，以1000～3000轉/分強烈攪拌，邊攪拌邊加入占碳酸鈣重量4％的硬脂酸，繼續攪拌6分鐘，制得改性碳酸鈣。
第四步將上述偶聯亞麻莖稈粉和改性碳酸鈣以重量比100∶30的比例混合均勻，得到復合麻莖稈粉；由專用木粉造粒機擠出造粒，得到復合麻莖稈粉粒。
第五步按重量份計，將70份復合亞麻莖稈粉粒與10份回收的聚乙烯塑料、5份馬來酸酐接枝聚乙烯、2份氯化聚乙烯、1份PE蠟、2份EBS(乙撐雙硬脂酰胺)、1份鄰苯二甲酸乙二辛酯(DOP)、0.1份抗氧化劑1010和0.05份抗氧化劑168混合均勻。
第六步將上述混合物料通過雙螺桿擠出機擠出，通過磨面切粒設備，即獲得所述麻莖稈粉與聚乙烯塑料復合粒料。可經過專用模具注塑成型亦可擠出成型即得塑木復合制品。
實施例四第一步將40～60目的大麻莖稈粉在90℃下熱風干燥，控制含水量在3％以內。
第二步將40～60目的大麻莖稈粉在90～110℃下，以1000～3000轉/分強烈攪拌，邊攪拌邊加入占大麻莖稈粉重量2％的鋁酸酯偶聯劑DL-2411，繼續攪拌20分鐘，制得偶聯大麻莖稈粉。
第三步將1000目的碳酸鈣在90～110℃下，以1000～3000轉/分強烈攪拌，邊攪拌邊加入占碳酸鈣重量4％的硬脂酸，繼續攪拌5分鐘，制得改性碳酸鈣。
第四步 將上述偶聯大麻莖稈粉和改性碳酸鈣以重量比100∶40的比例混合均勻，得到復合大麻莖稈粉；由專用木粉造粒機擠出造粒，得到復合大麻莖稈粉粒。
第五步按重量份計，將60份上述復合大麻莖稈粉粒與20份回收的聚丙烯塑料、5份馬來酸酐接枝聚丙烯、2份氯化聚乙烯、1份PE蠟、1份EBS、1份稀土熱穩定劑、0.1份抗氧化劑1010和0.05份抗氧化劑168混合均勻。
第六步將上述混合物料通過雙螺桿擠出機擠出，通過磨面切粒設備，即獲得所述大麻莖稈粉與聚丙烯塑料復合粒料。可經過專用模具注塑成型亦可擠出成型即得塑木復合制品。
實施例五第一步將60～80目的黃麻莖稈粉在90℃下熱風干燥，控制含水量在3％以內。
第二步將60～80目的黃麻莖稈粉在90～110℃下，以1000～3000轉/分強烈攪拌，邊攪拌邊加入占黃麻莖稈粉重量5％的硅烷偶聯劑KH550，繼續攪拌30分鐘，制得偶聯黃麻莖稈粉。
第三步將1250目的礦物填料碳酸鈣在90～110℃下，以1000～3000轉/分強烈攪拌，邊攪拌邊加入占礦物填料重量5％硬脂酸，繼續攪拌10分鐘，制得改性碳酸鈣。
第四步將上述偶聯黃麻莖稈粉和改性碳酸鈣以重量比100∶50的比例混合均勻，得到復合黃麻莖稈粉；由專用木粉造粒機擠出造粒，得到復合黃麻莖稈粉粒。
第五步按重量份計，將40份復合黃麻莖稈粉粒與50份回收的聚氯乙烯塑料、4份稀土熱穩定劑(市售)、2份氯化聚乙烯、3份乙烯-丙烯腈-丙烯酸酯共聚物(EAA)、0.1份抗氧化劑1010和0.05份抗氧化劑168混合均勻。
第六步將上述混合物料通過錐形雙螺桿擠出機中擠出，螺桿加熱溫度為130～165℃，螺桿轉速為10～15rpm，即獲得麻莖稈粉與聚氯乙烯塑料復合材料。經過模具直接擠出成型即得塑木復合制品。
上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種麻莖稈與塑料復合材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟第一步取20～100目的麻莖稈粉干燥處理，使麻莖稈粉含水量在3％以內；第二步將干燥后的麻莖稈粉在90～110℃溫度下，以1000～3000轉/分攪拌，邊攪拌邊加入占麻莖稈粉重量0.5～5％的偶聯劑，繼續攪拌10～30分鐘，制得偶聯麻莖稈粉；第三步將325～1250目的礦物填料在90～110℃下，以1000～3000轉/分攪拌，邊攪拌邊加入占礦物填料重量2～5％的硬脂酸，繼續攪拌5～10分鐘，制得改性礦物粉；第四步將上述偶聯麻莖稈粉和改性礦物粉以重量比100∶10～50的比例混合均勻，得到復合麻莖稈粉；將復合麻莖稈粉造粒，得到復合麻莖稈粉粒；第五步將上述制得的復合麻莖稈粉粒與塑料、馬來酸酐接枝物、鄰苯二甲酸乙二辛酯、潤滑劑、熱穩定劑、氯化聚乙烯和抗氧化劑相混合，各組分按重量份計為復合麻莖稈粉粒40～70份、塑料10～50份，馬來酸酐接枝物4～5份、鄰苯二甲酸乙二辛酯0～5份、潤滑劑1～3.5份、熱穩定劑0～4份、氯化聚乙烯2份、抗氧化劑0.15份；然后造粒后得到塑木復合粒料，該粒料經模具擠出成型或注射成型即得塑木復合制品。
2.根據權利要求1所述的一種麻莖稈與塑料復合材料的制備方法，其特征在于所述的麻莖稈粉為黃麻莖稈粉、紅麻莖稈粉、亞麻莖稈粉或大麻莖稈粉中的任何一種。
3.根據權利要求1所述的一種麻莖稈與塑料復合材料的制備方法，其特征在于所述的礦物填料為滑石粉或碳酸鈣。
4.根據權利要求1所述的一種麻莖稈與塑料復合材料的制備方法，其特征在于所述的偶聯劑為硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑或鋁鋯酸酯偶聯劑中的任何一種。
5.根據權利要求1所述的一種麻莖稈與塑料復合材料的制備方法，其特征在于所述的偶聯劑重量占麻莖稈粉重量1～3％。
6.根據權利要求1所述的一種麻莖稈與塑料復合材料的制備方法，其特征在于所述的塑料為回收的聚乙烯塑料、回收的聚丙烯塑料或回收的聚氯乙烯塑料中的任何一種。
7.根據權利要求1所述的一種麻莖稈與塑料復合材料的制備方法，其特征在于所述的馬來酸酐接枝物為馬來酸酐接枝聚乙烯或馬來酸酐接枝聚丙烯；所述的潤滑劑為聚乙烯蠟、硬脂酸、乙撐雙硬脂酰胺、乙烯-丙烯腈-丙烯酸酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯二元共聚物或復合潤滑劑中一種或一種以上混合物；所述的熱穩定劑為稀土熱穩定劑，所述的抗氧化劑為抗氧化劑1010和抗氧化劑168。
8.根據權利要求1所述的一種麻莖稈與塑料復合材料的制備方法，其特征在于第一步中干燥處理是熱風烘干。
全文摘要
本發明公開了一種麻莖稈與塑料復合材料的制備方法，該方法是先把偶聯麻莖稈粉和改性礦物粉混合，得到復合麻莖稈粉，再往木粉造粒機擠出造粒得到復合麻莖稈粉粒，然后再與塑料混合造粒或擠出制品。本發明利用麻莖稈生產木塑復合材料填補了木纖維行業原料空缺，緩解了木材原料的匱乏，也為天然麻的綜合利用找到了新的途徑，解決了麻類直接用于紡紗織造和麻紡下腳料浪費造成環境污染問題。它不僅符合塑木復合材料的性能要求，同時可回收利用，提高了塑料的回收率，降低了制造成本；有利于資源綜合利用和節約資源。
文檔編號C08L27/06GK101081934SQ20071002910
公開日2007年12月5日 申請日期2007年7月10日 優先權日2007年7月10日
發明者蔣迪清, 李及珠, 郭晶晶 申請人:廣州華工百川科技股份有限公司