CN101362838A - 一种降低植物纤维含水率并提高可及度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种降低植物纤维含水率并提高植物纤维可及度的处理方法。其技术方案是：采用高速捏合机在植物纤维中加入氧化钙，在高温、高剪切力作用下使氧化钙与植物纤维充分接触，破坏分子间氢键，夺取植物纤维中的自由水和部分结合水，在原有氢键的位置，转化为具有一定碱性的氢氧化钙，它对植物纤维起到一定的腐蚀作用，提高植物纤维的可及度；将该混合物通过微波反应器，提高植物纤维的可及度；通过添加氧化钙吸收植物纤素中的水份使之转化成氢氧化钙，节约了植物纤素传统烘干工艺中消耗的大量热能，在木塑复合材料挤出加工过程中转化成碳酸钙，可与植物纤维起到良好的协效作用，不同结构的颗粒对塑料互为增强起到填充补强作用。

Description

一种降低植物纤维含水率并提高可及度的方法

技术领域

本发明涉及一种降低植物纤维含水率并提高植物纤维可及度的处理方法。

背景技术

随着石油资源的日益紧缺和环保意识的加强，塑料回收再利用成为塑料工业技术重点开发的方向，而高值化利用低成本植物纤维素也成为工业界和科学界普遍关注的问题。遵循“以废治废”的原则，木塑复合材料(WPC)应运而生，WPC呈结晶态和无序态的多相状态，使其既具有植物纤维的高强度、高弹性、又具有聚合物基体的高韧性、耐疲劳等优良的综合性能，表现为力学强度良好、抗冲击强度高、尺寸稳定性好、耐磨、耐化学腐蚀等优点。

WPC的主要原料之——植物纤维完全来源于自然，环境协调性良好，在可采用农业生产和建材加工行业中废弃边角料，与石化产品塑料相比有明显的价格优势。合理使用植物纤维代用塑料，不仅可降低成本，还可改善塑料性能或赋予新的功能，其开发的木塑复合材料应用范围很广，主要应用在建材、汽车工业、货物的包装运输、装饰材料及日常生活用具等方面，有广阔的发展前景。植物纤维作为塑料的一种有机填料，具有许多其他的无机填料所无法比拟的优良性能：来源广泛、价格低廉、密度低、绝缘性好、对加工设备磨损小，特别是具有某些木材的功能。

挤出成型加工的生产工艺实现了木塑复合材料的连续化生产、为节约能源、提高生产效率开辟了新的途径。但目前为止，木塑复合材料并没有像无机填料塑料复合材料那样得到广泛应用，究其原因，主要是因为在挤出成型加工中，由于植物纤维本身含有较多的水分，在加料和挤出加工过程中出现问题：首先，塑料基体和植物纤维的相容性差，它们并不能形成理想的混合体并均匀一致地加入到挤出机中，导致加料过程中常常会出现“架桥”和“抱杆”现象。特别是植物纤维中含有较多的水分时，这一现象就更为明显。加料的不稳定不仅直接导致挤出产量低，还会使得挤出波动，造成挤出质量降低。同时由于加料中断，物料在机筒内停留时间延长导致物料烧焦变色，影响制品的内在质量和外观。其次，在挤出过程中，接近200℃的高温使得植物纤维中大量小分子挥发物质和水分脱出，这部分物质在前处理时又无法完全清除，必然为制品的质量带来一定的影响。由此可知：植物纤维水分含量直接影响了木塑复合材料制品的性能。

植物纤维水分以两种状态存在，一种是结合水，另一种水是自由水。结合水与植物纤维结合牢固而不易自由运动，不容易蒸发，也不易结冰，而自由水与植物纤维的结合力较弱，水分子离开亲水基—OH的距离越远，与植物纤维分子的结合力越小，甚至某些水分子完全不受亲水基—OH的影响而成为完全自由水。结合水与自由水在植物纤维中没有截然分界线，只是水分子与纤维素在结构上结合力有强弱之差别，并表现出性质上的差异。

传统的前处理过程是在植物纤维与其他物料混合之前在105℃下对其进行烘干处理，若处理时间较短，则该工艺只能去除植物纤维所含的自由水，而不能去除结合水，致使结合水在挤出过程的高温下挥发，制品的内部形成空洞，力学性能和表面光泽度差，影响制品的质量。若处理时间长，虽能去除植物纤维的大部分水分，但为防止纤维受热不均，还需间隔一定的时间对木粉进行适当翻搅，故该工艺能耗大，费人力，在大型工业化生产中必然带来一定的局限性。

本发明拟通过改革木塑复合材料挤出成型加工的前处理工艺，在节约能源的前提目标下，使植物纤维内部不易析出的结合水向容易脱除的自由水转化，使含水率符合加工需要，从而获得制品性能优良的木塑复合材料。

发明内容

为了降低植物纤维的含水率和提高植物纤维表面改性的反应活性，本发明提供了一种降低植物纤维含水率并提高植物纤维可及度的处理方法。

本发明的技术方案是：取氧化钙与已磨成细粉的植物纤维，按1∶5～15的重量比，在带电热功能的高速捏合机中以70℃～120℃的温度搅拌10min～25min形成复合物，加入复合物重量1％～5％的偶联剂、一定量的加工流动剂，复合物重量50～200％的塑料原料继续搅拌10min～20min，将所得的复合产物置于微波反应器中反应100s～150s，取出进行挤出加工。

本发明所述的偶联剂是指钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、稀土偶联剂等。

本发明所述的塑料原料是指PVC、PE、PP、ABS、PS等五种通用塑料。

本发明所述的微波反应器的微波功率为200～800W。

本发明与现有技术相比，工艺简单，首先，植物纤维不经过传统的烘干工艺，直接采用高速捏合机在植物纤维中加入吸水性强的氧化钙，在高温、高剪切力作用下使氧化钙与植物纤维充分接触，破坏分子间氢键，夺取植物纤维中的自由水和部分结合水，在原有氢键的位置，转化为具有一定碱性的氢氧化钙，它对植物纤维起到一定的腐蚀作用，可部分提高植物纤维的可及度，说明在降低了植物纤维的含水率的同时又提高了植物纤维的可及度，有助于植物纤维与基体树脂的相容性，生产效率高，较传统的处理方法节能；其次，通过微波反应器，在一定微波功率的作用下，进一步提高植物纤维的可及度；其三，通过添加氧化钙吸收植物纤素中的水份使之转化成氢氧化钙，既节约了植物纤素传统烘干工艺中消耗的大量热能，同时在木塑复合材料挤出加工过程中转化成碳酸钙可与植物纤维起到良好的协效作用，不同结构颗粒的材料对塑料起到相互增强的填充补强作用。

具体实施方式：

实施例1

取200g氧化钙与已磨成细粉的1000g稻杆在带电热功能的高速捏合机中以70℃的温度搅拌10min，加入12g的铝酸酯偶联剂、一定量的加工流动助剂和600g的PVC塑料原料继续搅拌10min，将所得的复合产物置于微波反应器中反应100s，取出进行挤出加工。

实施例2

取150g氧化钙与已磨成细粉的1000g木削纤维在带电热功能的高速捏合机中以90℃的温度搅拌25min，加入15g的钛酸酯偶联剂、一定量的加工流动助剂和2300g PE塑料原料继续搅拌15min，将所得的复合产物至于微波反应器中反应120s，取出进行挤出加工。

实施例3

取100g氧化钙与已磨成细粉的1000g蔗渣纤维在带电热功能的高速捏合机中以120℃的温度搅拌15min，加入55g的钛酸酯偶联剂和2400g PP塑料原料继续搅拌20min，将所得的复合产物至于微波反应器中反应150s，取出进行挤出加工。

实施例4

取70g氧化钙与已磨成细粉的1000g桐壳基纤维在带电热功能的高速捏合机中以90℃的温度搅拌25min，加入40g的稀土偶联剂和2000g PS塑料原料继续搅拌20min，将所得的复合产物至于微波反应器中反应120s，取出进行挤出加工。

实施例5

取200g氧化钙与已磨成细粉的1000g水胡芦纤维在带电热功能的高速捏合机中以120℃的温度搅拌10min，加入30g的钛酸酯偶联剂和2400g ABS塑料原料继续搅拌20min，将所得的复合产物至于微波反应器中反应150s，取出进行挤出加工。

Claims (4)

1、一种降低植物纤维含水率并提高植物纤维可及度的处理方法，其特征是：取氧化钙与已磨成细粉的植物纤维，按1:5～15的重量比，在带电热功能的高速捏合机中以70℃^—120℃的温度搅拌10min～25min形成复合物，加入复合物重量1％～5％的偶联剂、复合物重量50～200％的塑料原料继续搅拌10min～20min，将所得的复合产物置于微波反应器中反应100s～150s，取出进行挤出加工。

2、根据权利要求1所述的降低植物纤维含水率并提高植物纤维可及度的处理方法，其特征是：所述的偶联剂是指钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂和稀土偶联剂。

3、根据权利要求1所述的降低植物纤维含水率并提高植物纤维可及度的处理方法，其特征是：所述的塑料原料是指PVC、PE、PP、PS、ABS等五大通用塑料。

4、根据权利要求1所述的降低植物纤维含水率并提高植物纤维可及度的处理方法，其特征是：所述的微波反应器的微波功率为200～800W。