CN101186754A - 一种利用农业植物秸秆生产高分子复合木塑材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用农业植物秸秆生产高分子复合木塑材料的方法，属于一种农业植物秸秆的利用方法，所述的方法是，将农业植物秸秆粉碎并干燥得秸秆粉，对秸秆粉进行浸渍处理，然后干燥得改性秸秆粉，将改性秸秆粉与塑料为主的其它原料进行高速混合和冷却混合得干粉料，将干粉料进行挤出造粒，再将造粒后的物料挤出定型，制得高分子复合木塑材料，这种高分子复合木塑材料的方法，秸秆粉中的植物纤维经过各种改性剂的表面处理后，真正实现了与塑料的良好粘合，获得了优良的材料性能。

Description

一种利用农业植物秸秆生产高分子复合木塑材料的方法
技术领域
本发明提供了一种农业植物秸秆的利用方法，尤其是一种将农业植物秸秆与塑料这一高分子材料等一起生产高分子复合木塑材料的方法。
背景技术
我国是一个木材资源贫乏的国家，森林覆盖率仅为12.7％，人均森林蓄积量10立方米，每年需要进口大量的木材。随着环保政策的推进，我国木材资源已从天然林为主转向人工林为主，原始大径木材资源锐减。因此，木质重组产品就成为当前木材资源的重要补充，成为我国木材资源利用的重要发展方向。然而，目前市场上广泛使用的纤维板、高密度板、木工板、刨花板等木质重组产品存在四大缺陷：一是未经处理的木纤维与塑料的相容性差，塑料与植物纤维结合不紧，导致材料品质下降；二是木质效果不理想；三是大量使用酚醛树脂作为粘合剂，导致产品大量释放甲醛，危害人体健康；四是仍大量消耗木材资源，制约了产品的发展空间。因此，作为木质重组领域的一个重要组成部分，植物纤维与塑料这一高分子材料进行复合，生产高分子复合木塑材料具有特殊的重要意义。目前的高分子复合木塑材料生产过程中只注重几种物料的混合或再利用，以及基本力学性质的改进，未充分考虑各种材料的相容性和界面结合情况、界面结合能力及各种材料在界面的扩散、渗透等，不能保证植物纤维在高分子树脂中能充分分散，木/塑界面相互作用差，两者的亲和力低，结合强度低，因此造成高分子复合木塑材料的力学性能和其它使用性能较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种利用农业植物秸秆生产高分子复合木塑材料的方法，以提高高分子复合木塑材料的使用性能。
本发明是这样实现的，一种利用农业植物秸秆生产高分子复合木塑材料的方法，其特征在于，所述的方法是，将农业植物秸秆粉碎并干燥得秸秆粉，对秸秆粉进行浸渍处理，然后干燥得改性秸秆粉，将改性秸秆粉与塑料为主的其它原料进行高速混合和冷却混合得干粉料，将干粉料进行挤出造粒，再将造粒后的物料挤出定型，制得高分子复合木塑材料。
利用农业植物秸秆生产高分子复合木塑材料的具体方法是：
a，将农业植物秸秆粉碎成粒度为80目-100目的秸秆粉，并将秸秆粉干燥至含水量为4.0-4.6％；
b，对上述秸秆粉进行浸渍处理，处理时，物料的配比为，秸秆粉100重量份、丙烯酸丁脂25-30重量份、过氧化苯甲酰0.02-0.05重量份、二甲基苯胺0.05-1重量份，具体方法是，将秸秆粉送入带有搅拌装置的容器中，在40-60℃的温度下进行搅拌，并在搅拌下将丙烯酸丁脂、过氧化苯甲酰、二甲基苯胺在1.5-2.5小时内慢慢加入到秸秆粉内，然后，把温度升高至90-100℃，并保持3.5-4小时，进行干燥，得改性秸秆粉；
c，将上述改性秸秆粉与塑料为主的其它原料进行高速混合和冷却混合，混合时，物料的配比为，塑料100重量份、改性秸秆粉50-70重量份、x-501型复合稳定剂4.5-5重量份、氯化聚乙烯(CPE)10-12重量份、甲基丙烯酸甲酯(ACR)1.5-3重量份、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)4-8重量份、轻质碳酸钙10-15重量份、偶氮二甲酰胺(AC)0.4-0.7重量份、氧化聚乙烯蜡(OPE)0.4-0.6重量份、硬脂酸0.5-1重量份、x-01型界面剂0.5-0.8重量份，具体方法是，开启高速混合机，高速混合机转速正常后，将聚氯乙烯(PVC)、x-501型稳定剂投入到高速混合机中，温度升到60-70℃时，加入改性秸秆粉、氯化聚乙烯(CPE)、甲基丙烯酸甲酯(ACR)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、轻质碳酸钙、氧化聚乙烯蜡(OPE)、硬脂酸、X-01界面剂，混合15-20分钟，温度升高至120-125℃时，将混合后的上述物料放入冷却混合机在搅拌下进行冷却混合，温度降至55-60℃时，将偶氮二甲酰胺(AC)投入到冷却混合机，温度降至35-45℃时，把物料放出，得干粉料；
d，将上述干粉料送入超锥形双螺杆造粒机中，进行挤出造粒；
e，将上述造粒后的物料送入锥形双螺杆成品挤出机中，进行挤出定型，制得高分子复合木塑材料。
上述利用农业植物秸秆生产高分子复合木塑材料的方法，秸秆粉中的植物纤维经过各种改性剂的表面处理后，真正实现了与塑料的良好粘合，获得了优良的材料性能。这些改性剂是一系列具有两亲性结构的物质，其分子中的一部分基团可与植物纤维表面的化学基团反应，形成强固的化学键合；另一部分基团则与塑料这一高分子材料进行反应或产生化学缠绕，从而把两种性质不相同的材料牢固结合起来，达到木/塑复合的目的。植物纤维经过这些改性剂处理后与塑料这一高分子材料相容，植物纤维在塑料中能充分分散，增强木/塑界面相互作用，来增强两者的亲和。在木塑重组过程中，既用低分子的改性剂处理植物纤维表面，也用高分子的偶联剂参与共混增容。通过以上处理，使得植物纤维在聚氯乙烯(PVC)等高分子材料中能充分分散，木/塑界面相互作用强，两者的亲和力高，结合强度高，高分子复合木塑材料的力学性能和其它使用性能较高。在锥形双螺杆成品挤出机中进行挤出定型时，植物纤维在挤出机内沿螺杆方向进行顺向排列、重新组合，制得的高分子复合木塑材料就会充分体现出天然木材中纤维沿植物生长方向排列，使复合材料在结构和质感诸方面显现木质的质感。这种生产方法能消耗大量的秸秆这一农业废弃物，制成的高分子复合木塑材料具有天然木材的木质、木纹和木感，还具有良好的尺寸稳定性，机械加工性能好，可锯、可刨、可钉，能像普通木材一样加工，其表硬度比一般木材高5倍，握钉力为一般木材的3倍、刨花板的5倍，耐老化使用寿命可达50年，耐热、耐寒、耐水、防腐蚀、防蛀，产品可以100％回收处理再利用，且不含甲醛等有害物质。
具体实施方式
下面结合进一步说明本发明。
所述的塑料为聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中的一种。也可以采用上述塑料品种的的废旧回收塑料，此时，要对废旧回收塑料进行清洗、干燥处理，并将其粉碎至粒度为100目。
所述的农业植物秸秆为棉杆、稻壳、麦秸、花生壳、豆秸、甘蔗渣、竹屑，最好选用棉杆。上述植物秸秆多为一年生植物的秸秆，原料易得，且充分利用了农业植物秸秆资源。
在挤出造粒时，超锥形双螺杆造粒机的螺杆温度为117℃-175℃，机身温度为一区170℃-175℃、二区168℃-175℃、三区165℃-170℃、四区170℃-180℃、五区185℃-188℃，机头温度为185℃-190℃，螺杆转速为26r/min-30r/min，加料机转速为32r/min-44r/min。
在将造粒后的物料挤出定型时，锥形双螺杆成品挤出机的螺杆温度为115℃-125℃，机身温度为一区165℃-170℃、二区170℃-175℃、三区165℃-170℃、四区175℃-180℃、五区180℃-185℃(机头1)、六区185℃-190℃(机头2)、七区190℃-195℃(机头3)、机头压力为32-36Mpa，主机真空度为-0.04--0.06Mpa，定型台真空度为，一区-0.08--0.09Mpa、二区-0.07--0.08Mpa、三区-0.07--0.08Mpa，喂料机转速为50r/min-60r/min，主机转速为35r/min-45r/min。经模具挤出定型后，制成各种板材、管材、圆柱材等高分子复合木塑材料。
浸渍处理过程中，丙烯酸丁脂作为浸渍剂、过氧化苯甲酰作为聚合引发剂、二甲基苯胺作为聚合促进剂发挥作用。经过浸渍处理后，这些改性剂包覆在植物纤维的外面，提高了植物纤维在与塑料为主的其它原料进行高速混合和冷却混合时的混合效果。
将改性秸秆粉与与塑料为主的其它原料进行高速混合和冷却混合时，偶氮二甲酰胺(AC)作为发泡剂发挥作用，使高分子复合木塑材料中具有微小的气泡。
秸秆粉干燥时可采用沸腾干燥床结构的干燥机。
在对秸秆粉进行浸渍处理时，带有搅拌装置的容器可采用浸渍改性混炼机，这种设备以新的剪切原理和独特机构，在分散混合的同时，产生的剪切热可迅速将物料熔融混炼。
冷却混合机可采用团粒冷却机，这种设备以新的切割原理将从高速混合机转入的高温熔融物料团块进行连续切割、冷却，及时散去物料中的热量，避免物料中的植物纤维焦糊，从而保证了挤出造粒时的原料质量。
根据需要，可在这种高分子复合木塑材料的外表面用木纹处理设备或木纹印刷设备制出各种木纹。
这种高分子复合木塑材料的应用范围相当广泛，可用来制作桌、椅、板、凳、沙发、茶几、床柜、书架、屏风、盆架、栅栏等家具，也可以用来制作活动板房、门窗、楼梯扶手、墙板、天棚、装饰材料等建筑材料，还可用来制作工业托盘、插车货板、包装箱等包装运输材料。
下表是采用本发明之方法制成的高分子复合木塑材料的性能指标。
  序号   项目   单位   测试标准   数值
  1   密度   G/cm2   GB/T1033-86   0.4-0.9
  2   吸水率   ％   GB/T1034-98   3
  3   含水量   ％   70℃至恒重   2
  4   拉伸强度   Mpa   GB/T1040-92   12-16
  5   拉伸断裂伸长率   ％   GB/T1040-92   2-4
  6   简支梁冲击强度(无)   Kj/cm2   GB/T1043-93   6-10
  7   弯曲强度   Mpa   GB/T9341-2000   15-25
  8   洛氏硬度(HRR)   Mpa   GB/T9342-88   60
  9   氧指数   Mpa   GB.T2406-93   ≥35
  10   垂直燃烧   级   FV-0
  11   水平燃烧   级   1
  12   尺寸稳定性(-30～+60℃)   ％   GB/8814-2004   ±2

Claims (6)

1.一种利用农业植物秸秆生产高分子复合木塑材料的方法，其特征在于，所述的方法是，将农业植物秸秆粉碎并干燥得秸秆粉，对秸秆粉进行浸渍处理，然后干燥得改性秸秆粉，将改性秸秆粉与塑料为主的其它原料进行高速混合和冷却混合得干粉料，将干粉料进行挤出造粒，再将造粒后的物料挤出定型，制得高分子复合木塑材料。
2.如权利要求1所述的利用农业植物秸秆生产高分子复合木塑材料的方法，其特征在于，所述的方法是：
a，将农业植物秸秆粉碎成粒度为80目-100目的秸秆粉，并将秸秆粉干燥至含水量为4.0-4.6％；
b，对上述秸秆粉进行浸渍处理，处理时，物料的配比为，秸秆粉100重量份、丙烯酸丁脂25-30重量份、过氧化苯甲酰0.02-0.05重量份、二甲基苯胺0.05-1重量份，具体方法是，将秸秆粉送入带有搅拌装置的容器中，在40-60℃的温度下进行搅拌，并在搅拌下将丙烯酸丁脂、过氧化苯甲酰、二甲基苯胺在1.5-2.5小时内慢慢加入到秸秆粉内，然后，把温度升高至90-100℃，并保持3.5-4小时，进行干燥，得改性秸秆粉；
c，将上述改性秸秆粉与塑料为主的其它原料进行高速混合和冷却混合，混合时，物料的配比为，塑料100重量份、改性秸秆粉50-70重量份、x-501型复合稳定剂4.5-5重量份、氯化聚乙烯(CPE)10-12重量份、甲基丙烯酸甲酯(ACR)1.5-3重量份、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)4-8重量份、轻质碳酸钙10-15重量份、偶氮二甲酰胺(AC)0.4-0.7重量份、氧化聚乙烯蜡(OPE)0.4-0.6重量份、硬脂酸0.5-1重量份、x-01型界面剂0.5-0.8重量份，具体方法是，开启高速混合机，高速混合机转速正常后，将聚氯乙烯(PVC)、x-501型稳定剂投入到高速混合机中，温度升到60-70℃时，加入改性秸秆粉、氯化聚乙烯(CPE)、甲基丙烯酸甲酯(ACR)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、轻质碳酸钙、氧化聚乙烯蜡(OPE)、硬脂酸、X-01界面剂，混合15-20分钟，  温度升高至120-125℃时，将混合后的上述物料放入冷却混合机在搅拌下进行冷却混合，温度降至55-60℃时，将偶氮二甲酰胺(AC)投入到冷却混合机，温度降至35-45℃时，把物料放出，得干粉料；
d，将上述干粉料送入超锥形双螺杆造粒机中，进行挤出造粒；
e，将上述造粒后的物料送入锥形双螺杆成品挤出机中，进行挤出定型，制得高分子复合木塑材料。
3.如权利要求1或2所述的利用农业植物秸秆生产高分子复合木塑材料的方法，其特征在于，所述的塑料为聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中的一种。
4.如权利要求1或2所述的利用农业植物秸秆生产高分子复合木塑材料的方法，其特征在于，所述的农业植物秸秆为棉杆、稻壳、麦秸、花生壳、豆秸、甘蔗渣、竹屑，最好选用棉杆。
5.如权利要求1或2或3所述的利用农业植物秸秆生产高分子复合木塑材料的方法，其特征在于，在挤出造粒时，超锥形双螺杆造粒机的螺杆温度为117℃-175℃，机身温度为一区170℃-175℃、二区168℃-175℃、三区165℃-170℃、四区170℃-180℃、五区185℃-188℃，机头温度为185℃-190℃，螺杆转速为26r/min-30r/min，加料机转速为32r/min-44r/min。
6.如权利要求1或2或3所述的利用农业植物秸秆生产高分子复合木塑材料的方法，其特征在于，在将造粒后的物料挤出定型时，锥形双螺杆成品挤出机的螺杆温度为115℃-125℃，机身温度为一区165℃-170℃、二区170℃-175℃、三区165℃-170℃、四区175℃-180℃、五区180℃-185℃(机头1)、六区185℃-190℃(机头2)、七区190℃-195℃(机头3)、机头压力为32-36Mpa，主机真空度为-0.04--0.06Mpa，定型台真空度为，一区-0.08--0.09Mpa、二区-0.07--0.08Mpa、三区-0.07--0.08Mpa，喂料机转速为50r/min-60r/min，主机转速为35r/min-45r/min。
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