專(zhuān)利名稱(chēng)：一種以甜高粱渣作為增強(qiáng)相的木塑復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料技術(shù)，具體是ー種以甜高粱渣為增強(qiáng)相的木塑復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
木塑復(fù)合材料(Wood-Plastic Composites,簡(jiǎn)稱(chēng)WPC)是利用廢棄木材、農(nóng)作物稻桿等經(jīng)粉碎而制成粉體后，與塑料ー并作為原料，再加入各種助劑，經(jīng)熱壓復(fù)合或熔融擠出等加工エ藝而制作的ー種高性能、高 附加值的新型復(fù)合材料。近年來(lái)，由于木塑復(fù)合材料的木質(zhì)材料正在擴(kuò)大向各種植物纖維材料發(fā)展，例如甜高粱渣、木薯渣、稻殼等。因此，從廣泛意義上講，木塑復(fù)合材料是以各種植物纖維為基體，與不同塑料形成的ー類(lèi)新型復(fù)合材料。該材料具有植物纖維和高分子材料兩者的優(yōu)點(diǎn)，能替代木材，可有效地緩解我國(guó)森林資源貧乏、木材供應(yīng)緊缺的矛盾，由于植物纖維的可再生性、可被環(huán)境消納性，所以WPC是ー種極具發(fā)展前途的綠色環(huán)保材料，其生產(chǎn)技術(shù)也被認(rèn)為是ー項(xiàng)有生命力的創(chuàng)新技木。甜高粱在我國(guó)是非常有前景的一種能源植物，從其中提取糖分進(jìn)行發(fā)酵法生產(chǎn)燃料こ醇已經(jīng)得到了廣泛研究，但是其發(fā)酵完殘?jiān)€未被綜合利用。利用甜高粱渣作為木塑復(fù)合材料的增強(qiáng)相是一條很好的利用途徑。甜高粱渣的纖維形態(tài)和化學(xué)組成與木材基本相似，但甜高粱渣次要成分較多，含糖量和各種低分子量的碳水化合物含量要高于木材，這都不利于原料的處理，對(duì)加工エ藝和產(chǎn)品性能產(chǎn)生不利影響。植物纖維中起增強(qiáng)作用的組分主要是纖維素，所以纖維素在纖維中的含量對(duì)增強(qiáng)材料的性能起到很大的影響。經(jīng)過(guò)こ醇丁醇發(fā)酵后，里面的糖分和半纖維素等成分被大量消耗，再通過(guò)對(duì)甜高粱渣進(jìn)行堿氧法與蒸汽爆破法聯(lián)合預(yù)處理。其中堿氧法處理能有效除去甜高粱渣內(nèi)大量木質(zhì)素，而且使得纖維表面變得粗糙；經(jīng)過(guò)蒸汽爆破處理能有效去除甜高粱渣內(nèi)部分半纖維素，纖維的長(zhǎng)徑比最大。除去大部分木質(zhì)素和半纖維素，剩下大量的纖維素，對(duì)提高木塑復(fù)合材料的力學(xué)性能有很大幫助。甜高粱渣經(jīng)過(guò)堿氧法與蒸汽爆破法聯(lián)合處理后的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素成分含量如表I :
表I經(jīng)過(guò)處理后的甜高粱渣成分含量與木粉和甘蔗渣對(duì)比
組成成分甜高粱渣_W_甘蔗渣 I
紆維素80. 4% L 40-45%45%I
半纖維素9.35% I 20-30%26% |
——木質(zhì)素 +3.9% Γ 20-25% — 一 20% 一I
可以看出經(jīng)過(guò)預(yù)處理的甜高粱渣中纖維素成分含量最高。隨著塑料的廣泛應(yīng)用，廢棄塑料的處理日益引起人們的重視。一般廢棄塑料的處理主要有以下3種方式填埋、焚燒、回收再生利用。廢舊塑料的回收再利用不僅減少環(huán)境污染問(wèn)題，而且節(jié)約資源，是處理廢棄塑料的首選方案。通過(guò)將植物纖維與回收塑料復(fù)合，形成新的復(fù)合材料一一木塑復(fù)合材料，不但可有效的解決單ー材料的某些性能缺陷，而且這些木塑復(fù)合材料在建筑、工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用對(duì)于解決廢棄塑料的回收利用、長(zhǎng)期利用問(wèn)題也是一條十分有效的途徑。甜高粱渣木塑復(fù)合材料使用回收塑料，在節(jié)省成本的同時(shí)保護(hù)了環(huán)境。該種甜高粱渣木塑復(fù)合材料在減少環(huán)境污染，保護(hù)森林資源，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面都有很好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益。公開(kāi)號(hào)為CN1257890A的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)峁┝祟?lèi)似的一種由木粉增強(qiáng)的塑料復(fù)合材料。該發(fā)明使用聚丙烯的接枝物作為木粉和聚丙烯的偶聯(lián)劑。但是該專(zhuān)利并不使用回收塑料，成本較高且不環(huán)保。公開(kāi)號(hào)為CN101245189A的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)峁┝说?草、稻殼纖維基木塑復(fù)合材料及其制備方法。該發(fā)明使用稻草、稻殼或兩者混合物作為增強(qiáng)相。潤(rùn)滑劑選用ニ甲基硅油、聚酯蠟中的ー種或兩種。該專(zhuān)利也使用熱混法除濕，但是該專(zhuān)利利用錐形雙螺桿進(jìn)行熱混，溫度185-200°C。而甜高粱渣則采用高速熱混機(jī)直接進(jìn)行熱混，溫度為100-180°C，能很好的節(jié)約能效。公開(kāi)號(hào)為CN101708614B的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N高強(qiáng)度木塑復(fù)合材料板材及其制備方法。該發(fā)明并未對(duì)木粉進(jìn)行預(yù)處理而直接造粒。公開(kāi)號(hào)為CN101747641A的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N聚こ烯基木塑復(fù)合材料及其制備方法。該發(fā)明的聚こ烯基木塑復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度為27. 2MPa，彎曲模量為3450MPa，吸水膨脹率為O. 12%。而甜高粱渣/聚こ烯基復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度31. 7 MPa，彎曲彈性模量為3774MPa，吸水膨脹率為O. 1%。性能均優(yōu)于該發(fā)明。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個(gè)目的是提高甜高粱渣中纖維素的相對(duì)含量，從而提高甜高粱渣木塑復(fù)合材料的力學(xué)性能，替代現(xiàn)有的木粉。第二個(gè)目的是提供以甜高粱渣作為增強(qiáng)相的一種木塑復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明涉及一種以甜高粱渣作為增強(qiáng)相的木塑復(fù)合材料，其中包括1(Γ80份堿氧法與蒸汽爆破法聯(lián)合預(yù)處理的甜高粱渣，以及塑料作為基體相，其中回收塑料占2(Γ90份，任選的包括填料、偶聯(lián)劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、填料、助劑中的一種或者多種或者全部，其中填料占2 20份、偶聯(lián)劑占2飛份、潤(rùn)滑劑占f 10份、穩(wěn)定劑占f 15份、助劑占f 15份，所述在份是指重量份。在本發(fā)明的ー個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，其特征在于其原料中使用甜高粱渣作為增強(qiáng)相，其重量份數(shù)配比如下
甜高粱渣1(Γ80份
回收塑料2(Γ90份
填料2 20份
偶聯(lián)劑2飛份
潤(rùn)滑劑Γιο份
穩(wěn)定劑15份助劑f 15份
作為優(yōu)選，上述回收塑料可以使用回收聚丙烯(PP)、回收高密度聚こ烯(HDPE)、回收聚苯こ烯(PS)、回收聚氯こ烯(PVC)、回收丙烯腈一丁ニ烯ー苯こ烯共聚物(ABS)等通用熱塑性塑料的回收料。作為優(yōu)選，上述填料選自碳酸鈣、硅灰石、滑石粉、礦物填料中的ー種或多種 作為優(yōu)選，上述偶聯(lián)劑包括馬來(lái)酸酐接枝聚合物、硅烷偶聯(lián)劑的ー種或兩種。作為優(yōu)選，上述潤(rùn)滑劑選自硬脂酸、硬脂酸鈣、聚こ烯蠟、脂肪酸酷、石蠟、白油中的ー種或多種。作為優(yōu)選，上述穩(wěn)定劑為稀土脂肪酸鹽系列的熱穩(wěn)定劑。
作為優(yōu)選，上述助劑可采用紫外線吸收劑、增塑劑、防霉劑、抗氧劑、發(fā)泡劑、著色齊U、抗菌劑、阻燃劑中的ー種或多種。上述甜高粱渣木塑復(fù)合材料的制備方法，包含以下步驟
(I)將該甜高粱渣進(jìn)行粉碎，篩選出60-120目的甜高粱渣粉末，并對(duì)其進(jìn)行堿氧法與蒸汽爆破法聯(lián)合預(yù)處理。(2)將預(yù)處理完的甜高粱渣與回收塑料進(jìn)行高速熱混干燥。(3)隨后加入偶聯(lián)齊IJ、穩(wěn)定齊U、潤(rùn)滑齊U、填料、助劑，通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒得到甜高粱渣木塑母粒。(4)將母粒擠出成型、注塑成型或者壓制成型得到甜高粱渣木塑制品。(5)對(duì)木塑制品定長(zhǎng)切割，表面拉毛整形或磨砂拋光得到成品。作為優(yōu)選，上述堿氧法預(yù)處理即將甜高粱渣放入4%的NaOH溶液中，在40°C下浸泡12小時(shí),然后加入1%過(guò)氧化氫溶液，在40°C下浸泡12小時(shí),水洗抽濾。作為優(yōu)選，上述蒸汽爆破預(yù)處理即甜高粱渣壓カ保持在I. 5MPa 5分鐘，然后泄壓，水洗抽濾。作為優(yōu)選，上述甜高粱渣干燥エ藝采用與回收塑料共同加入高速熱混機(jī)干燥，高速熱混機(jī)內(nèi)部加溫到為100-180°C。作為優(yōu)選，上述甜高粱渣木塑復(fù)合材料加工溫度為14(T200°C ；
由本發(fā)明得到甜高粱渣木塑制品形似木而優(yōu)于木，具有性能好、成本低、防蛀、耐潮、零甲醛等優(yōu)點(diǎn)。與常規(guī)木粉填料相比，具有質(zhì)量輕，成本低，擠出速度快，加工溫度低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)經(jīng)過(guò)處理的甜高粱渣力學(xué)性能優(yōu)于木粉。從而為木塑復(fù)合材料的生產(chǎn)提供了一種新的方法。
圖I :注射成型エ藝制備甜高粱渣木塑制品流程 圖2 :擠出成型エ藝制備甜高粱渣木塑制品流程 圖3 :壓制成型エ藝制備甜高粱渣木塑制品流程圖。
具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施例可以使本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員更理解本發(fā)明。實(shí)施例I注塑成型エ藝制備甜高粱渣木塑盆
配方重量份數(shù)
甜高粱渣30
回收高密度聚こ烯70
馬來(lái)酸酐接枝PE4 聚こ烯蠟5
硬脂酸鈣2
著色劑3
抗氧劑I
按上述配方利用注塑成型エ藝制備甜高粱渣木塑盆，具體過(guò)程是將該甜高粱渣進(jìn)行粉碎，篩選出60-120目的甜高粱渣粉末，并對(duì)其進(jìn)行堿氧法與蒸汽爆破法聯(lián)合預(yù)處理。將預(yù)處理完的甜高粱渣與回收塑料進(jìn)行熱混干燥，隨后加入不同比例的偶聯(lián)劑、潤(rùn)滑劑、助齊U，通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒得到甜高粱渣木塑母粒，再經(jīng)注塑機(jī)注射成型得到甜高粱渣木塑盆(機(jī)筒溫度160-170°C，注射壓カ60MPa，速度60cm3/s，保壓時(shí)間40MPa下4s、30MPa下4s、20MPa下3s，冷卻時(shí)間25s)。具體エ藝流程見(jiàn)圖I。該エ藝制備的木塑盆外觀、力學(xué)性能良好，經(jīng)測(cè)試機(jī)械強(qiáng)度高，拉伸強(qiáng)度28. 7MPa，彎曲強(qiáng)度33 MPa，彎曲彈性模量1643MPa，密度l.lg· cnT3，吸水率為O. 2%。實(shí)施例2
擠出成型エ藝制備甜高粱渣木塑四孔板
配方重量份數(shù)
甜高粱渣70
回收高密度聚こ烯30
馬來(lái)酸酐接枝PE4
碳酸鈣10
聚こ烯蠟5
硬脂酸鈣2
著色劑3
抗氧劑I
阻燃劑3
按上述配方利用擠出成型エ藝制備甜高粱渣木塑四孔板，其中抗氧劑為抗氧劑168，阻燃劑為Mg(OH)2或Al (OH)3或其混合物。具體過(guò)程是將該甜高粱渣進(jìn)行粉碎，篩選出60-120目的甜高粱渣粉末，并對(duì)其進(jìn)行堿氧法與蒸汽爆破法聯(lián)合預(yù)處理。將預(yù)處理完的甜高粱渣與回收塑料進(jìn)行熱混干燥，隨后加入不同比例的填料、偶聯(lián)劑、潤(rùn)滑劑、助劑，通過(guò)單螺桿擠出機(jī)安裝四孔板模具進(jìn)行甜高粱渣木塑四孔板的擠出。加工溫度為160-170°C，主機(jī)轉(zhuǎn)速242r/min,喂料轉(zhuǎn)速26r/min,具體エ藝流程見(jiàn)圖2。實(shí)施例3
擠出成型エ藝制備甜高粱渣木塑墻體
本實(shí)施例與實(shí)施例2的區(qū)別在于擠出模具為截面外觀尺寸為600mmX 120mm (長(zhǎng)X寬)的大截面模具，其余相同。
實(shí)施例4
擠出成型エ藝制備甜高粱渣木塑桑拿板
本實(shí)施例與實(shí)施例2的區(qū)別在于増加了穩(wěn)定劑5份，熱穩(wěn)定劑為稀土脂肪酸鹽系列的熱穩(wěn)定劑，其余相同。經(jīng)測(cè)試其拉伸強(qiáng)度為14. 8MPa，彎曲強(qiáng)度為28 MPa,彎曲彈性模量為2933MPa，密度I. 17 g · cm_3，吸水率為O. 9%，吸水膨脹率為O. 1%。
實(shí)施例5
壓制成型エ藝制備甜高粱渣木塑樣品
配方重量份數(shù)
甜高粱渣50
回收高密度聚こ烯50
馬來(lái)酸酐接枝PE4
聚こ烯蠟5
硬脂酸鈣2
將甜高粱渣與回收高密度聚こ烯、馬來(lái)酸酐接枝PE、聚こ烯蠟、硬脂酸鈣按比例充分混合后放入模具中，置于平板硫化機(jī)上壓制成型，成型エ藝如圖3，其中熱壓5min，溫度160°C，壓カ 5MPa,冷壓 lOmin，壓カ lOMPa。所得木塑制品外觀、加工性能良好，經(jīng)測(cè)試機(jī)械強(qiáng)度高，拉伸強(qiáng)度為15. 3 MPa，彎曲強(qiáng)度為31. 7 MPa，彎曲彈性模量為3774MPa，密度I. 2 g · cm_3，吸水率為O. 9%，吸水膨脹率為O. 1%。需要理解到的是上述實(shí)例雖然對(duì)本發(fā)明作了比較詳細(xì)的描述，但這些描述只是對(duì)本發(fā)明思路的簡(jiǎn)單描述，而不是對(duì)利用甜高粱渣作為增強(qiáng)相生產(chǎn)甜高粱渣木塑復(fù)合材料這ー新型思路的限制，任何不超出本發(fā)明思路的組合，増加或修改均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種以甜高粱渣作為增強(qiáng)相的木塑復(fù)合材料，其中包括1(Γ80份堿氧法與蒸汽爆破法聯(lián)合預(yù)處理的甜高粱渣，以及塑料作為基體相，其中回收塑料占2(Γ90份，任選的包括填料、偶聯(lián)劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、填料、助劑中的一種或者多種或者全部，其中填料占2 20份、偶聯(lián)劑占2飛份、潤(rùn)滑劑占f 10份、穩(wěn)定劑占f 15份、助劑占f 15份，所述的份是指重量份。
2.如權(quán)利要求I所述甜高粱渣木塑復(fù)合材料，其特征在于所述基體相采用回收塑料，所述的回收塑料選自聚丙烯(PP)、回收高密度聚こ烯(HDPE)、回收聚苯こ烯(PS)、回收聚氯こ烯(PVC)和/或回收丙烯腈一丁ニ烯ー苯こ烯共聚物(ABS)中的一種或者多種。
3.如權(quán)利要求I所述甜高粱渣木塑復(fù)合材料，其特征在于所述偶聯(lián)劑選自馬來(lái)酸酐接枝聚合物、硅烷偶聯(lián)劑的ー種或兩種。
4.如權(quán)利要求I所述甜高粱渣木塑復(fù)合材料，其特征在于所述填料選自碳酸鈣、硅灰石、滑石粉、礦物填料中的ー種或多種。
5.如權(quán)利要求I所述甜高粱渣木塑復(fù)合材料，其特征在于所述潤(rùn)滑劑選自硬脂酸、硬脂酸鈣、聚こ烯蠟、脂肪酸酷、石蠟、白油中的ー種或多種。
6.如權(quán)利要求I所述甜高粱渣木塑復(fù)合材料，其特征在干所述穩(wěn)定劑為稀土脂肪酸鹽系列的熱穩(wěn)定劑。
7.如權(quán)利要求I所述甜高粱渣木塑復(fù)合材料，其特征在于所述助劑選自紫外線吸收齊U、增塑劑、防霉劑、抗氧劑、發(fā)泡劑、著色劑、抗菌劑、阻燃劑中的ー種或多種。
8.權(quán)利要求書(shū)1-7任意ー項(xiàng)所述甜高粱渣木塑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包含以下步驟 (1)將該甜高粱渣進(jìn)行粉碎，篩選出60-120目的甜高粱渣粉末，并對(duì)其進(jìn)行堿氧法與蒸汽瀑破法聯(lián)合預(yù)處理； (2)將預(yù)處理完的甜高粱渣與回收塑料進(jìn)行高速熱混干燥； (3)隨后根據(jù)需要加入偶聯(lián)劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、填料、助劑中的一種或者多種或者全部，通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒得到甜高粱渣木塑母粒； (4)將母粒擠出成型、注塑成型或者壓制成型得到甜高粱渣木塑制品； (5)對(duì)木塑制品定長(zhǎng)切割，表面拉毛整形或磨砂拋光得到成品。
9.如權(quán)利要求8所述甜高粱渣木塑復(fù)合材料，其特征在于所述堿氧法預(yù)處理是指將甜高粱渣放入1-10%質(zhì)量百分比濃度的NaOH和/或氫氧化鉀溶液中，浸泡8-15小時(shí)，然后加入過(guò)氧化氫溶液浸泡8-15小時(shí),水洗抽濾。
10.如權(quán)利要求8所述甜高粱渣木塑復(fù)合材料，其特征在于所述蒸汽爆破預(yù)處理是指甜高粱渣壓カ保持在IMPa以上1-10分鐘，優(yōu)選2-8分鐘，然后泄壓，水洗抽濾。
11.如權(quán)利要求書(shū)8所述甜高粱渣木塑復(fù)合材料，其特征在于所述甜高粱渣干燥エ藝采用與回收塑料共同加入高速熱混機(jī)干燥，高速熱混機(jī)內(nèi)部加溫到為100-180V。
12.如權(quán)利要求書(shū)8所述甜高粱渣木塑復(fù)合材料，其特征在于所述甜高粱渣木塑復(fù)合材料加工溫度為140 200で。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種以甜高粱渣作為增強(qiáng)相的木塑復(fù)合材料及其制備方法，其中包括10~80份堿氧法與蒸汽爆破法聯(lián)合預(yù)處理的甜高粱渣，以及塑料作為基體相，其中回收塑料占20~90份。通過(guò)擠出定模成型制得甜高粱渣木塑四孔板、桑拿板、園林護(hù)藝、墻體等型材，或者通過(guò)注塑、壓制等成型得到甜高粱渣木塑制品。甜高粱渣木塑制品可進(jìn)行大規(guī)模連續(xù)批量生產(chǎn)，其具有性能好、成本低、防蛀、耐潮、零甲醛等優(yōu)點(diǎn)。與常規(guī)木粉填料相比，具有質(zhì)量輕、性能好、成本低、擠出速度快、加工溫度低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)經(jīng)過(guò)處理的甜高粱渣力學(xué)性能優(yōu)于木粉。該種甜高粱渣木塑復(fù)合材料在減少環(huán)境污染，保護(hù)森林資源，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面都有很好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益。
文檔編號(hào)B29C45/00GK102690525SQ20121016994
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月29日
發(fā)明者張濤, 楊霄, 譚天偉, 鐘京 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)