CN101081934B - 一种麻茎秆与塑料复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种麻茎秆与塑料复合材料的制备方法，该方法是先把偶联麻茎秆粉和改性矿物粉混合，得到复合麻茎秆粉，再往木粉造粒机挤出造粒得到复合麻茎秆粉粒，然后再与塑料混合造粒或挤出制品。本发明利用麻茎秆生产木塑复合材料填补了木纤维行业原料空缺，缓解了木材原料的匮乏，也为天然麻的综合利用找到了新的途径，解决了麻类直接用于纺纱织造和麻纺下脚料浪费造成环境污染问题。它不仅符合塑木复合材料的性能要求，同时可回收利用，提高了塑料的回收率，降低了制造成本；有利于资源综合利用和节约资源。
Description
技术领域
本发明属于天然纤维复合材料及木塑复合材料技术领域，具体是指一种麻茎秆与塑料复合材料的制备方法。
背景技术
我国是世界产麻大国，麻资源丰富。据统计大麻、红麻、黄麻和亚麻种植面积年平均在20～25万公顷，产量居世界第三。大麻、黄麻、亚麻和红麻都是一年生草本植物，例如黄麻，其主要产地是印度和孟加拉国，我国种植面积也不少。黄麻茎高2～5米，纤维白而有光泽，吸水性好，供制麻布、麻袋、绳索和地毯等用。通常，人们主要利用麻的韧皮纤维部分作为纺织品的纤维原料，或者利用短切麻纤维通过热压模塑等工艺制备天然纤维增强复合材料。而鲜麻经剥制其韧皮纤维后的麻茎秆则被当作废弃物进行焚烧处理，这些废弃物约占整条麻的2/3以上。焚烧处理不但污染环境，而且造成资源极大浪费。所以找到一条无污染处理这些废弃物的道路是努力的方向。
塑料废品造成的“白色污染”问题已经成为中国环保事业中的棘手问题之一。这一方面是由于缺乏一个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术、以经济有效的方法规模化地对回收的塑料制品加以综合利用。由此木塑复合材料应运而生，它以回收塑料、农作物纤维、木材加工中的废料为原料，对保护森林资源和生态环境，充分回收利用回收材料，化废为宝有重要意义。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种麻茎秆与塑料复合材料的制备方法。本发明利用黄麻、红麻、亚麻、大麻等麻茎秆生产塑木复合材料填补了木纤维行业原料空缺，缓解了木材原料的匮乏，也为天然麻的综合利用找到了新的途径，解决了麻类直接用于纺纱织造和麻纺下脚料浪费造成环境污染问题。它不仅符合塑木复合材料的性能要求，同时可回收利用，提高了塑料的回收率，降低了制造成本；有利于资源综合利用和节约资源。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种麻茎秆与塑料复合材料的制备方法，包括如下步骤：
第一步取20～100目的麻茎秆粉干燥处理，使麻茎秆粉含水量在3％以内。
第二步将干燥后的麻茎秆粉在90～110℃温度下，以1000～3000转/分搅拌，边搅拌边加入占麻茎秆粉重量0.5～5％的偶联剂，继续搅拌10～30分钟，制得偶联麻茎秆粉。
第三步将325～1250目的矿物填料在90～110℃下，以1000～3000转/分搅拌，边搅拌边加入占矿物填料重量2～5％的硬脂酸，继续搅拌5～10分钟，制得改性矿物粉。
第四步将上述偶联麻茎秆粉和改性矿物粉以重量比100∶10～50的比例混合均匀，得到复合麻茎秆粉；将复合麻茎秆粉造粒，得到复合麻茎秆粉粒。
第五步将上述制得的复合麻茎秆粉粒与塑料、马来酸酐接枝物、邻苯二甲酸乙二辛酯、润滑剂、热稳定剂、氯化聚乙烯和抗氧化剂相混合，各组分按重量份计为：复合麻茎秆粉粒40～70份、塑料10～50份，马来酸酐接枝物4～5份、邻苯二甲酸乙二辛酯(DOP)0～5份、润滑剂1～3.5份、热稳定剂0～4份、氯化聚乙烯2份、抗氧化剂0.15份；然后造粒后得到塑木复合粒料，该粒料经模具挤出成型或注射成型即可得塑木复合制品。
为了更好地实现本发明，所述的麻茎秆粉可以为黄麻茎秆粉、红麻茎秆粉、亚麻茎秆粉或大麻茎秆粉中的任何一种。
所述的矿物填料为滑石粉或碳酸钙。
所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或铝锆酸酯偶联剂中的任何一种，特别优选的是，所述偶联剂重量占麻茎秆粉重量1～3％。
所述的塑料为回收的聚乙烯塑料、回收的聚丙烯塑料或回收的聚氯乙烯塑料中的任何一种。
所述的马来酸酐接枝物为马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯；所述的润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸、乙撑双硬脂酰胺(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)或市售复合润滑剂中一种或一种以上混合物。所述的热稳定剂包括稀土热稳定剂，所述的抗氧化剂为抗氧化剂1010和抗氧化剂168。
第一步中干燥处理是热风烘干。
本发明借助高速混合作用力，将矿物填料包覆麻茎秆粉，并造粒，然后与回收塑料熔融共混挤出，借助矿物填料尤其是层状结构滑石粉的润滑作用，减少挤出阻力，改善熔融挤出混合物的流动性；同时利用矿物填料的增强作用，协同提高复合材料的力学和耐热性。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明解决了现有塑木复合技术中存在的木粉下料困难问题。本发明的制备方法将麻茎秆粉预先造粒，该过程一方面降低了麻茎秆粉的含水量，又通过造粒避免了麻茎秆粉因质轻，结构蓬松而造成的下料困难，无法均匀下料的难题，保证了麻茎秆粉和塑料的均匀下料，为挤出过程稳定送料提供保障。
2、本发明麻茎秆与塑料复合材料的制备方法，借助高速混合作用力，将矿物填料包覆麻茎秆粉，并造粒，然后与回收塑料熔融共混挤出，借助矿物填料尤其是层状结构滑石粉的润滑作用，减少挤出阻力，改善熔融挤出混合物的流动性；同时利用矿物填料的增强作用，协同提高复合材料的力学和耐热性。
3、本发明利用麻茎秆粉作为填料。作为一种新型的木塑复合材料，它实现了黄麻、红麻、亚麻或大麻原料的综合利用，解决了农业废弃物的处理问题，提高了农产品的附加值；同时由于原料来源广泛，价格低廉，因而本发明制备的复合材料制品成本低。
4、本发明中经过干燥和改性后的麻茎秆粉不是直接与塑料混合造粒或挤出制品，而是先把偶联麻茎秆粉和改性矿物粉混合，得到复合麻茎秆粉，再往木粉造粒机挤出造粒得到复合麻茎秆粉粒，然后再与塑料混合造粒或挤出制品，如此解决了麻茎秆粉与塑料直接混合时产生的下料困难(产生架桥现象)，下料不匀等问题。
5、本发明的配方比例、工艺操作参数更有利于麻茎秆粉与回收的废旧塑料复合成新型材料、制品性能提高，且更有利于环保。
6、本发明制备的塑木复合材料具有成型加工性能好、木质感强、力学性能高等特点，可用于铺板、装饰边框、庭园栅栏和扶手、包装用垫板和组合托盘等。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
第一步将20～40目的黄麻茎秆粉在90℃下热风干燥，控制含水量在3％以内。
第二步将20～40目的黄麻茎秆粉在90～110℃下，以1000～3000转/分强烈搅拌，边搅拌边加入占黄麻茎秆粉重量0.5％的硅烷偶联剂KH550，继续搅拌10分钟，制得偶联黄麻茎秆粉。
第三步将1250目的矿物填料碳酸钙在90～110℃下，以1000～3000转/分强烈搅拌，边搅拌边加入占矿物填料重量2％硬脂酸，继续搅拌5分钟，制得改性碳酸钙。
第四步将上述偶联黄麻茎秆粉和改性碳酸钙以重量比100∶50的比例混合均匀，得到复合黄麻茎秆粉；由专用木粉造粒机挤出造粒，得到复合黄麻茎秆粉粒。
第五步按重量份计，将40份复合黄麻茎秆粉粒与50份回收的聚氯乙烯塑料、4份马来酸酐接枝聚乙烯、2份稀土热稳定剂(市售)、2份氯化聚乙烯、1份PE蜡(聚乙烯蜡)、5份邻苯二甲酸乙二辛酯(DOP)、0.1份抗氧化剂1010和0.05份抗氧化剂168混合均匀。
第六步将上述混合物料通过锥形双螺杆挤出机中挤出，螺杆加热温度为130～165℃，螺杆转速为10～15rpm，即获得麻茎秆粉与聚氯乙烯塑料复合材料。经过模具直接挤出成型即得塑木复合制品。
实施例二
第一步将80～100目的红麻茎秆粉在90℃下热风干燥，控制含水量在3％以内。
第二步将80～100目的红麻茎秆粉在90～110℃下，以1000～3000转/分强烈搅拌，边搅拌边加入占麻茎秆粉重量1％的钛酸酯偶联剂MBJ-101，继续搅拌10分钟，制得偶联红麻茎秆粉。
第三步将1250目的矿物填料滑石粉在90～110℃下，以1000～3000转/分强烈搅拌，边搅拌边加入占滑石粉重量3％的硬脂酸，继续搅拌5分钟，制得改性滑石粉。
第四步将上述偶联红麻茎秆粉和改性滑石粉以重量比100∶10的比例混合均匀，得到复合红麻茎秆粉；由专用木粉造粒机挤出造粒，得到复合红麻茎秆粉粒。
第五步按重量份计，将40份复合红麻茎秆粉粒与50份回收的聚乙烯塑料、4.5份马来酸酐接枝聚乙烯、2份氯化聚乙烯、1.5份PE蜡、2份EBS、0.1份抗氧化剂1010和0.05份抗氧化剂168混合均匀。
第六步将上述混合物料通过锥形双螺杆挤出机中挤出，通过磨面切粒设备，即获得红麻茎秆粉与聚乙烯塑料复合粒料。可经过专用模具注塑成型亦可挤出成型即得塑木复合制品。
实施例三
第一步将60～80目的亚麻茎秆粉在90℃下热风干燥，控制含水量在3％以内。
第二步将60～80目的亚麻茎秆粉在90～110℃下，以1000～3000转/分强烈搅拌，边搅拌边加入占亚麻茎秆粉重量3％的铝锆酸酯偶联剂TL-4，继续搅拌20分钟，制得偶联亚麻茎秆粉。
第三步将325目的碳酸钙在90～110℃下，以1000～3000转/分强烈搅拌，边搅拌边加入占碳酸钙重量4％的硬脂酸，继续搅拌6分钟，制得改性碳酸钙。
第四步将上述偶联亚麻茎秆粉和改性碳酸钙以重量比100∶30的比例混合均匀，得到复合麻茎秆粉；由专用木粉造粒机挤出造粒，得到复合麻茎秆粉粒。
第五步按重量份计，将70份复合亚麻茎秆粉粒与10份回收的聚乙烯塑料、5份马来酸酐接枝聚乙烯、2份氯化聚乙烯、1份PE蜡、2份EBS(乙撑双硬脂酰胺)、1份邻苯二甲酸乙二辛酯(DOP)、0.1份抗氧化剂1010和0.05份抗氧化剂168混合均匀。
第六步将上述混合物料通过双螺杆挤出机挤出，通过磨面切粒设备，即获得所述麻茎秆粉与聚乙烯塑料复合粒料。可经过专用模具注塑成型亦可挤出成型即得塑木复合制品。
实施例四
第一步将40～60目的大麻茎秆粉在90℃下热风干燥，控制含水量在3％以内。
第二步将40～60目的大麻茎秆粉在90～110℃下，以1000～3000转/分强烈搅拌，边搅拌边加入占大麻茎秆粉重量2％的铝酸酯偶联剂DL-2411，继续搅拌20分钟，制得偶联大麻茎秆粉。
第三步将1000目的碳酸钙在90～110℃下，以1000～3000转/分强烈搅拌，边搅拌边加入占碳酸钙重量4％的硬脂酸，继续搅拌5分钟，制得改性碳酸钙。
第四步将上述偶联大麻茎秆粉和改性碳酸钙以重量比100∶40的比例混合均匀，得到复合大麻茎秆粉；由专用木粉造粒机挤出造粒，得到复合大麻茎秆粉粒。
第五步按重量份计，将60份上述复合大麻茎秆粉粒与20份回收的聚丙烯塑料、5份马来酸酐接枝聚丙烯、2份氯化聚乙烯、1份PE蜡、1份EBS、1份稀土热稳定剂、0.1份抗氧化剂1010和0.05份抗氧化剂168混合均匀。
第六步将上述混合物料通过双螺杆挤出机挤出，通过磨面切粒设备，即获得所述大麻茎秆粉与聚丙烯塑料复合粒料。可经过专用模具注塑成型亦可挤出成型即得塑木复合制品。
实施例五
第一步将60～80目的黄麻茎秆粉在90℃下热风干燥，控制含水量在3％以内。
第二步将60～80目的黄麻茎秆粉在90～110℃下，以1000～3000转/分强烈搅拌，边搅拌边加入占黄麻茎秆粉重量5％的硅烷偶联剂KH550，继续搅拌30分钟，制得偶联黄麻茎秆粉。
第三步将1250目的矿物填料碳酸钙在90～110℃下，以1000～3000转/分强烈搅拌，边搅拌边加入占矿物填料重量5％硬脂酸，继续搅拌10分钟，制得改性碳酸钙。
第四步将上述偶联黄麻茎秆粉和改性碳酸钙以重量比100∶50的比例混合均匀，得到复合黄麻茎秆粉；由专用木粉造粒机挤出造粒，得到复合黄麻茎秆粉粒。
第五步按重量份计，将40份复合黄麻茎秆粉粒与50份回收的聚氯乙烯塑料、4份稀土热稳定剂(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份抗氧化剂1010和0.05份抗氧化剂168混合均匀。
第六步将上述混合物料通过锥形双螺杆挤出机中挤出，螺杆加热温度为130～165℃，螺杆转速为10～15rpm，即获得麻茎秆粉与聚氯乙烯塑料复合材料。经过模具直接挤出成型即得塑木复合制品。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种麻茎秆与塑料复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
第一步取20～100目的麻茎秆粉干燥处理，使麻茎秆粉含水量在3％以内；所述的麻茎秆粉为黄麻茎秆粉、红麻茎秆粉、亚麻茎秆粉或大麻茎秆粉中的任何一种；
第二步将干燥后的麻茎秆粉在90～110℃温度下，以1000～3000转/分搅拌，边搅拌边加入占麻茎秆粉重量0.5～5％的偶联剂，继续搅拌10～30分钟，制得偶联麻茎秆粉；
第三步将325～1250目的矿物填料在90～110℃下，以1000～3000转/分搅拌，边搅拌边加入占矿物填料重量2～5％的硬脂酸，继续搅拌5～10分钟，制得改性矿物粉；
第四步将上述偶联麻茎秆粉和改性矿物粉以重量比100∶10～50的比例混合均匀，得到复合麻茎秆粉；将复合麻茎秆粉造粒，得到复合麻茎秆粉粒；
第五步将上述制得的复合麻茎秆粉粒与塑料、马来酸酐接枝物、邻苯二甲酸二辛酯、润滑剂、热稳定剂、氯化聚乙烯和抗氧化剂相混合，各组分按重量份计为：复合麻茎秆粉粒40～70份、塑料10～50份、马来酸酐接枝物4～5份、邻苯二甲酸二辛酯0～5份、润滑剂1～3.5份、热稳定剂0～4份、氯化聚乙烯2份、抗氧化剂0.15份；然后造粒后得到塑木复合粒料，该粒料经模具挤出成型或注射成型即得塑木复合制品；所述的塑料为回收的聚乙烯塑料、回收的聚丙烯塑料或回收的聚氯乙烯塑料中的任何一种。
2.根据权利要求1所述的一种麻茎秆与塑料复合材料的制备方法，其特征在于：所述的矿物填料为滑石粉或碳酸钙。
3.根据权利要求1所述的一种麻茎秆与塑料复合材料的制备方法，其特征在于：所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或铝锆酸酯偶联剂中的任何一种。
4.根据权利要求1所述的一种麻茎秆与塑料复合材料的制备方法，其特征在于：所述的偶联剂重量占麻茎秆粉重量1～3％。
5.根据权利要求1所述的一种麻茎秆与塑料复合材料的制备方法，其特征在于：所述的马来酸酐接枝物为马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯；所述的润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸、乙撑双硬脂酰胺、乙烯-丙烯腈-丙烯酸酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯二元共聚物或复合润滑剂中一种以上混合物；所述的热稳定剂为稀土热稳定剂，所述的抗氧化剂为抗氧化剂1010和抗氧化剂168。
6.根据权利要求1所述的一种麻茎秆与塑料复合材料的制备方法，其特征在于：第一步中干燥处理是热风烘干。
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