一種秸稈生物質的改性及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于農業和塑料工業領域，具體涉及一種秸桿來源的復合材料，也就是用礦石粉和助劑對秸桿粉進行改性獲得適塑改性秸桿粉，以及改性秸桿粉與塑料的進一步復合形成的新材料和秸塑產品。
【背景技術】
[0002]秸桿生物質存量巨大，既是廢棄物也是資源，因而具有廣泛的應用潛力。但是，無論用秸桿做沼氣還是加工紙漿，都會帶來廢渣廢液，導致“以廢生廢”。秸桿生物質全價利用或將秸桿加工過程中的廢渣(灰分)進行利用，具有重要意義。秸桿生物質替代木質纖維素制備秸塑產品，是解決上述問題的途徑之一。
[0003]鑒于將植物纖維材料與塑料復合能夠實現秸桿的全價利用和具備環境友好性質，目前已經得到的應用，也能夠說明本發明的可行性和現實價值。如申請號為200410021704.3的專利申請以100份高壓聚乙烯配比10-60份重鈣粉制備改性塑料，具備耐磨、抗沖擊和抗老化的特點，但是該專利沒有添加秸桿粉。申請號為200610030671.8的專利申請以超細木粉、超細礦石粉和廢塑料熔融攪拌成型后直接形成產品，但是該專利沒有形成改性秸桿粉材料，而是直接生產成品。申請號為201310029919.9的專利申請以蒙脫石懸浮液注入木粉中，以增強木粉提高木塑復合材料的界面相容性，提高木粉的使用效率，但是木塑產品生產過程中需要干燥，顯然與秸塑材料追求的適塑性特征不相符。
[0004]全價利用秸桿開發秸塑材料替代木塑材料面臨的主要問題是:第一，秸桿具有多孔結構，總容重小，為0.4左右，而塑料的總容重為1.0左右；第二，秸桿超微結構中顯現復雜性，尤其是親水基團的存在影響秸桿生物質的適塑性。由于以上的原因，秸桿粉在與塑料基料混合時容易與塑料基料分離并團聚，造成塑料內部有序結構的破壞，反而有可能降低復合材料的強度。
【發明內容】
[0005]針對上述情況，發明人經過長期探索，選擇秸桿作為材料，采用總容重為2.0左右的礦石粉增加秸桿粉的質量；同時，采用酯化劑和偶聯劑對秸桿粉進行改性，以獲得改性秸桿粉。本發明還針對改性秸桿粉的特點，對利用改性秸桿粉開發秸塑新材料和產品的特點進行了研究，通過加入相應助劑以增強秸塑的強度和穩定性。
[0006]具體來說，本發明采用了以下技術方案:
一種秸桿生物質的改性方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟:
a)將秸桿粉碎至70-800目，并且烘干至水分含量為1.5-31% ；
b)先對秸桿粉進行加熱干燥，升溫至70-150°C，并保持10分鐘以上，隨后加入礦物基原料，在負壓狀態下進行高速混合，混合過程中依次加入酯化劑和偶聯劑，其中以秸桿粉為100份計，礦物基原料的用量為90-300份，酯化劑的用量為0.5-25份，偶聯劑的用量為0-5.5 份 c)各組分充分混合后，保持混合并維持溫度在80-18(TC，保持10分鐘以上，獲得改性稻桿粉。
[0007]在優選的情況下，步驟a)中秸桿被粉碎至80-250目，水分含量為4_10% ;步驟b)中秸桿粉被加熱至80-120°C ;步驟c)中維持溫度為110-130°C。
[0008]優選地，所述礦物基原料是指石英粉、云母粉碳酸鈣、滑石粉、碳酸鈣、硅灰石、硅酸鈣、玻璃微珠、硫酸鋁、粉煤灰等二價或三價礦物原料或多種礦石的混合物；所述酯化劑是指馬來酸酐、乙酸、己內酰胺、鄰苯二甲酸酐、琥拍酸酐、丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚異丁烯、乙丙三元橡膠或者上述一或多種酯化劑的復合；所述偶聯劑是指商業的硅烷偶聯劑、異氰酸酯偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑或者上述一或多種偶聯劑的復合。
[0009]優選地，所述的礦物基原料是指商用的上述礦石原料所粉碎的粉末，粒度為80-3000目，烘干至于水分含量到1.5-31%。
[0010]更優選地，所述的礦物基原料的粒度為優選120-1600目，水分含量為4-12%。
[0011]本發明還公開了根據上述改性方法所制成的改性秸桿生物質材料。
[0012]本發明進一步公開一種所述改性秸桿生物質材料的使用方法，其特征在于，將該改性秸桿生物質材料與塑料母料在加入接枝劑和增塑劑的情況下塑化復合形成秸塑母料，其中以改性秸桿生物質為100份計，塑料母料的用量為99-550份，接枝劑的用量為1.0-5.5份，增塑劑的用量為0.5-5.5份。
[0013]優選地，所述接枝劑是二乙胺-二甲基亞砜、多聚甲醛或具備類似功能的原料，或者是數種前述接枝劑的復合；所述增塑劑是指鄰苯二甲酸二辛酯、二丁酯或者是一或多種前述增塑劑的復合；塑料母料包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚乳酸(PLA)、聚酰胺(PA)、聚甲醛(Ρ0Μ)、聚苯乙烯(PS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯硫醚(PPS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯醚(ΡΡ0)或丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)中的1種或至少2種的組合，或者是回收的廢舊塑料。
[0014]優選地，將該改性秸桿生物質材料與塑料母料直接復合加工成秸塑藤條，以替代全塑料藤條，其中以改性秸桿生物質為100份計，塑料母料的用量為100-550份，另外其中秸塑藤條被加工成扁形或圓形，由單股或多股編織而成。
[0015]更優選地，該秸塑藤條是由1至3股編織而成。
[0016]有益效果:本發明的方法制造的改性秸桿生物質材料可以替代木粉在木塑行業中應用，形成秸塑新材料；不僅為農田秸桿找到新的用途，同時減少了木材的使用，更為環境友好。
【具體實施方式】
[0017]本發明公開一種對秸桿改性的方法，通過對秸桿改性，增加秸桿粉的容重，以實現秸桿粉與塑料材料的復合，從而獲得秸桿來源的復合材料，也就是秸桿與礦石粉復合新材料，本發明還公開通過將上述改性秸桿粉與塑料復合來制造秸桿改性復合塑料的方法，即通過將上述改性秸桿粉與塑料進一步復合來形成秸桿-塑料新材料，即所謂的秸塑或秸塑料。
[0018]本發明首先將秸桿生物質粉碎至一定細度，與細度比該秸桿生物質小的礦石粉混合復合形成改性秸桿粉，后者進一步與塑料復合，形成新的替代木塑、替代塑料的新材料和新廣品。
[0019]本發明的對秸桿粉進行改性的方法利用了礦物質粉末對秸桿粉進行改性使之能夠與塑料復合的特性。所述秸桿粉是指秸桿通過粉碎加工獲得全價秸桿粉或秸桿加工過程中形成的灰分和其它生物基礦物質；所述秸桿包括農田秸桿，尤其是指水稻、小麥、玉米、高粱、大麥等禾本科植物秸桿和棉花、油菜等作物的秸桿，還包括入侵植物大米草的秸桿，也包括食品加工過程中的含纖維廢棄物，尤其是指花生殼和銀杏葉提取殘渣等。
[0020]下面將結合具體實施例對本發明的技術方案作進一步的描述，但不對本發明的范圍構成限制。
[0021]實施例1:
選用稻草秸桿，利用機械設備粉碎至80目，干燥至含水量為4% ;在高