一種秸稈纖維基生物質復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0002] 本發明涉及一種秸桿基生物質復合材料及其制備方法，屬于新材料及其成型加工 領域，發明產品可用于代替塑料，木材等。
【背景技術】
[0003] 目前在包裝、電子電器、家居家裝、汽車、飛機、軍工等領域所使用的材料主要以石 油基塑料為主，部分使用原木。但是，塑料具有無法生物降解，污染環境等缺點，同時，石油 資源有限，不具有可持續發展性。而大量原木的使用，將會砍伐大量的森林，破壞生態環境。 因此，將植物纖維與部分高分子塑料相結合，生產出一種較高性能的木塑復合材料，可以代 替木材和塑料，緩減資源短缺、生態破壞和環境污染問題。但是，由于植物纖維與塑料之間 的結合性差，木塑產品的成型加工困難，從而導致現有市場上的木塑產品具有強度低、性 脆、比重大、植物纖維含量低等缺陷，同時，現有木塑產品中所使用植物纖維的來源主要以 樹木為主，這樣直接導致成本增加，而且會破壞生態環境。本發明以生長周期短的農業廢棄 物秸桿為主要原材料，通過特殊的無氧碳化工藝，結合配方設計，生產出一種具有高強度、 韌性好、低成本的生物質復合材料，可代替塑料和木材等。
[0004]
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于克服現有木塑復合材料有強度低、性脆、比重大、植物纖維含量 低、成本高、所用纖維來源短缺等缺點，充分利用農業廢棄物秸桿生長周期短，成本低廉，纖 維組織多孔質輕等優點，通過少氧碳化工藝處理，然后與高密度聚乙烯（HDPE)混合，配合 其他添加劑、采用合適的工藝步驟和參數，以螺桿擠出造粒得到一種高性能、成本低廉的生 物質復合材料，該材料可使用注塑、擠出、模壓、機加工等方法成型各種制品，廣泛應用于包 裝、電子、通訊、家具、裝飾、汽車、飛機、軍工等領域，代替塑料和原木等材料，具有很好的社 會和經濟效益。
[0006] 本發明的復合材料，主要組成為：秸桿，HDPE(高密度聚乙烯)，鈦酸酯偶聯劑 TMC-201 (異丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基）鈦酸酯)，鋁酸酯偶聯劑（二硬脂酰氧異丙基鋁 酸酯），聚乙二醇，EAA(乙烯-丙烯酸共聚物)，聚乙烯蠟，馬來酸酐，柴油，醋酸。
[0007] 各組分比例及制備步驟： (1) 取100份(質量份數)含水率少于等于5%、長度小于等于20mm的秸桿，10~20份(優 選15份）濃度為60~70% (優選65%)的醋酸水溶液，2~5份(優選4份）柴油，共混均勻后放 入密封真空爐中，在真空度小于等于50Pa，溫度200~300°C(優選250°C)，燒結15~30分鐘 (優選20分鐘），然后取出粉碎，過篩，使其粒徑控制在10~30目（優選20目），待用 (2) 取步驟（1)所得纖維60~80份(優選70份)，HDPE20~40份(優選30份)，鈦酸酯偶聯 劑1~3份(優選2份)，鋁酸酯偶聯劑1~3份(優選2份)，聚乙二醇2~4份(優選3份)，EAA5~10 份(優選7份)，聚乙烯蠟1~3份(優選2份)，馬來酸酐0. 5~1. 5份(優選1份)，在高混機中 共混10~30分鐘(優選20分鐘)，待用。
[0008] (3)將混合好的物料，通過螺桿擠出機擠出造粒，控制機頭溫度為170~210°C(優 選 190°C)，機頭壓力 2~5MPa(優選 3MPa)，螺桿轉速 70~90r/min(優選 80r/min)。
[0009] 本發明首先將秸桿與柴油共混后在真空狀態下高溫部分碳化，并產生部分酯化 反應，然后在偶聯劑、交聯劑、接枝劑等添加劑的協同作用下，與HDPE共混，利用螺桿擠出 方式，在合適的壓力、溫度和速度下，高效、連續擠出造粒，得到一種高性能的生物質復合材 料，該發明材料可通過擠出、注塑、模壓、機加工等方式成型各種制品，廣泛應用于包裝、電 子電器、家具裝飾、建筑、交通工具、以及軍工等領域，代替塑料或木材，具有非常高的社會 效益和經濟效益。
【具體實施方式】
[0010] 以下結合實施例對本發明作進一步說明。
[0011] 實施例1 : (1) 取100份(質量份數)含水率少于等于5%、長度小于等于20mm的秸桿，10份濃度為 60%的醋酸水溶液，2份柴油，共混均勻后放入密封真空爐中，在真空度小于等于50Pa，溫度 200°C，燒結15分鐘，然后取出粉碎，過篩，使其粒徑控制在10目，待用 (2) 取步驟（1)所得纖維60份，HDPE40份，鈦酸酯偶聯劑1份，鋁酸酯偶聯劑1份，聚 乙二醇2份，EAA5份，聚乙烯蠟1份，馬來酸酐0. 5份，在高混機中共混10分鐘，待用。
[0012] (3)將混合好的物料，通過螺桿擠出機擠出造粒，控制機頭溫度為190°C，機頭壓力 3MPa，螺桿轉速 80r/min。
[0013] 表 1 買施例2 :
(1) 取100份(質量份數)含水率少于等于5%、長度小于等于20mm的秸桿，15份濃度為 65%的醋酸水溶液，4份柴油，共混均勻后放入密封真空爐中，在真空度小于等于50Pa，溫度 250°C，燒結20分鐘，然后取出粉碎，過篩，使其粒徑控制在20目，待用 (2) 取步驟（1)所得纖維70份，HDPE30份，鈦酸酯偶聯劑2份，鋁酸酯偶聯劑2份，聚 乙二醇3份，EAA7份，聚乙烯蠟2份，馬來酸酐1份，在高混機中共混20分鐘，待用。
[0014](3)將混合好的物料，通過螺桿擠出機擠出造粒，控制機頭溫度為190°C，機頭壓力 3MPa，螺桿轉速 80r/min。
[0015] 表 2
實施例3 : (1)取100份(質量份數）含水率少于等于5%、長度小于等于20mm的秸桿，20份濃度為 70%的醋酸水溶液，5份柴油，共混均勻后放入密封真空爐中，在真空度小于等于50Pa，溫度 300°C，燒結30分鐘，然后取出粉碎，過篩，使其粒徑控制在30目，待用 (2)取步驟（1)所得纖維80份，HDPE40份，鈦酸酯偶聯劑3份，鋁酸酯偶聯劑3份，聚 乙二醇4份，EAA10份，聚乙烯蠟3份，馬來酸酐1. 5份，在高混機中共混30分鐘，待用。
[0016] (3)將混合好的物料，通過螺桿擠出機擠出造粒，控制機頭溫度為190°C，機頭壓力 3MPa，螺桿轉速 80r/min。
[0017] 表3
【主權項】
1. 一種秸桿纖維基生物質復合材料及其制備方法，其特征在于，本發明的復合材料，由 秸桿，HDPE(高密度聚乙烯)，鈦酸酯偶聯劑TMC-201 (異丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)鈦酸 酯)，鋁酸酯偶聯劑（二硬脂酰氧異丙基鋁酸酯），聚乙二醇，EAA(乙烯-丙烯酸共聚物)，聚 乙烯蠟，馬來酸酐，柴油，醋酸構成。2. 如權利要求1所述的一種秸桿纖維基生物質復合材料及其制備方法，其特征在于： 復合材料包括以下組分及制備步驟： (1)取100份(質量份數）含水率少于等于5%、長度小于等于20mm的秸桿，10~20份濃 度為60~70%的醋酸水溶液，2~5份柴油，共混均勻后放入密封真空爐中，在真空度小于等于 50Pa，溫度200~300°C，燒結15~30分鐘，然后取出粉碎，過篩，使其粒徑控制在10~30目，待 用； ⑵取步驟（1)所得纖維60~80份，HDPE20~40份，鈦酸酯偶聯劑1~3份，鋁酸酯偶聯 劑1~3份，聚乙二醇2~4份，EAA5~10份，聚乙烯蠟1~3份，馬來酸酐0. 5~1. 5份，在高混機 中共混10~30分鐘，待用； (3)將混合好的物料，通過螺桿擠出機擠出造粒，控制機頭溫度為170~210°C，機頭壓 力 2~5MPa，螺桿轉速 7〇~9〇r/min。
【專利摘要】本發明公開了一種秸稈纖維基生物質復合材料及其制備方法。充分利用農業廢棄物秸稈生長周期短，成本低廉，纖維組織多孔質輕等優點，通過少氧碳化工藝處理，然后與高密度聚乙烯（HDPE）混合，配合其他添加劑、采用合適的工藝步驟和參數，以螺桿擠出造粒得到一種高性能、成本低廉的生物質復合材料，該材料可使用注塑、擠出、模壓、機加工等方法成型各種制品，廣泛應用于包裝、電子、通訊、家具、裝飾、汽車、飛機、軍工等領域，代替塑料和原木等材料，具有很好的社會和經濟效益。
【IPC分類】C08L23/06, C08L23/08, C08L71/02, C08K5/10, C08L97/02
【公開號】CN105348842
【申請號】CN201510919530
【發明人】曾廣勝
【申請人】湖南工業大學
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年12月14日