CN102911447A

CN102911447A - 一种烟梗木塑复合材料及其制备工艺

Info

Publication number: CN102911447A
Application number: CN 201110220364
Authority: CN
Inventors: 张志明; 周渝
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-08-02
Filing date: 2011-08-02
Publication date: 2013-02-06

Abstract

本发明属于木塑复合材料及其制备工艺，特别是烟梗木塑复合材料及其制备工艺。本复合材料各组分的重量比为：热塑性高分子树脂为100份，烟梗粉为10～70份，纳米蒙脱石为1～20份，抗冲类高分子改性剂为1～10份、烟梗表面相容改性剂为1～6份，高分子材料热稳定剂为1～8份、高分子材料润滑剂为1～5份。工艺步骤为：烟梗经化学处理，干燥粉碎，并进行表面化学改性处理，在高速混合机内，使纳米蒙脱石对烟梗粉进行包裹，按比例将各组分在高速捏合机中混合，在开炼机上熔融共混预塑化，所得熔融片经冷却破碎，用螺杆挤出机挤出成型。本烟梗木塑复合材料力学性能优异，耐水，阻燃，尺寸稳定，防虫蛀，防霉，无有害物。

Description

一种烟梗木塑复合材料及其制备工艺

技术领域

本发明属于木塑复合材料及其制备工艺，特别是烟梗木塑复合材料及其制备工艺。

背景技术

木塑材料中采用的木纤维主要包括废木粉、刨花、锯木，植物纤维为粉碎处理过的稻杆、花生壳、椰子壳、甘蔗、亚麻、泽麻、黄麻、大麻等；热塑性塑料主要为PE、PP、PS等聚烯烃和PVC，包括新料、回收料和二者混合料。木纤维和植物纤维最初作为低成本、提高塑料刚性的改性填充材料。木纤维和植物纤维来源丰富、价廉、质轻，对设备磨损小，尺寸稳定性良好，电绝缘性优，无毒，可反复加工，能生物降解。

我国作为一个林业资源贫乏的国家，人均森林蓄积量不足10立方米，人均木材消耗水平不足0.22立方米/年，但我国的木材消耗量却急剧上升，不得不从国外进口大量木材。另一方面，我国每年由于木材加工余下的废弃木粉量在几百万吨以上，其他天然纤维如稻糠等的产量上千万吨。从这个角度而言，木塑材料的开发将有助于有效开发和利用这些资源，前景十分可观。

烟梗是烟草工业的副产物，同时也是宝贵的自然资源。烟草是茄科烟草属植物，烟梗即是烟叶之粗硬叶脉，约占叶重的25～30％，目前多作弃置处理。我国是烟草大国，每年有数十万吨烟梗资源被废弃，既造成环境污染，同时也是对自然资源的浪费。烟梗目前的主要利用形式是提取烟碱、茄呢醇、制烟草薄片等从烟梗中提取有效的成分及剩余物的综合利用，具有极其重大的意义。

烟梗的化学成分大体为纤维素43％左右，半纤维素30％左右，木质素6％左右，多戊糖16％左右，水份10％左右，水提取物16％左右，苯醇提取物3.5％左右，1％氢氧化钠提取物36％左右。

烟梗目前的利用方法是化学处理提取烟碱等，将烟梗放入浓度为1～3％氢氧化钠水溶液中浸泡120分钟，浸泡温度为70～80℃。浸出液可以用来提取烟碱等有用物质。目前烟梗的提取工艺成熟(专利公开号CN99105952.2、97111061)、简单、安全环保，这样可达到烟梗的综合利用，但是烟梗中的植物纤维尚未得到利用，并且如何将该植物纤维在木塑复合材料应用的相关技术报道尚未见到。

木塑复合材料是指利用废弃木质纤维资源和废弃塑料资源，经混炼加工制成的新型环境友好材料。该材料的特性集木材和塑料的优点于一体，在工业包装、户外景观美化、化工海洋防腐等领域替代木材、钢材和树脂，有着独特和广泛的用途。该技术的研究开发对废弃资源材料化利用、带动农副产品深加工以及为工业和生活提供价廉物美的新材料具有重要意义，该技术也必将成为整个循环经济中的一个重要环节。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种烟梗木塑复合材料及其制备工艺，本发明的烟梗木塑复合材料，力学性能优异，耐候性好，耐水，阻燃，尺寸稳定性好，防虫蛀，防霉，无重金属、甲醛和有机挥发物，加工工艺安全、环保、简单、方便，制造成本低廉。

解决本发明的技术问题所采用的烟梗木塑复合材料的配方是：各组分的重量比为，热塑性高分子树脂为100份，烟梗粉为10～70份，纳米蒙脱石为1～20份，抗冲类高分子改性剂为1～10份、烟梗表面相容改性剂为1～6份，高分子材料热稳定剂为1～8份、高分子材料润滑剂为1～5份。

所述热塑性高分子树脂选自聚氯乙烯树脂、聚乙烯、聚丙烯，或者回收的聚氯乙烯树脂、聚乙烯、聚丙烯中的单一物或者是几种的混合物。

所述的烟梗粉采用的是经化学处理的烟梗，即烟梗放入浓度为1～3％氢氧化钠水溶液中浸泡120分钟，浸泡温度为70～80℃；经化学处理后的烟梗干燥至水份含量小于2.5％，粉碎至40～120目的粒度，再用烟梗表面相容改性剂进行表面化学改性处理。

所述纳米蒙脱石为蒙脱石含量大于80％，水份含量小于3％，细度为1～8μm。

所述抗冲类高分子改性剂为氯化聚乙烯(CPE)、马来酸接枝聚乙烯、马来酸接枝聚丙烯、聚丙烯酸酯(ACR)、全丙烯酸酯类(AIM)、乙烯一醋酸乙烯共聚物(EVA)、丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元接技共聚物(MBS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)抗冲类高分子改性剂的一种或几种的混合物。

所述烟梗表面相容改性剂采用钛酸酯偶联剂、锆铝酸酯、铝酸酯、磷酸酯、硅烷偶联剂、高级脂肪酸及其盐、非离子型表面活性剂、双(2-羟乙基)甲基牛脂基季铵盐、十八烷基三溴化铵、氧化聚丙烯蜡和氧化聚乙烯蜡、聚乙二醇中的单一物或多种混合物。

所述高分子材料热稳定剂为有机锡稳定剂、稀土稳定剂或铅盐稳定剂，选自二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、二烷基马来酸二丁基锡、二(巯基乙酸异辛基酯)二丁基锡、月桂酸马来酸二丁基锡、三碱式硫酸铅、二碱式亚磷酸铅、二碱式硬脂酸铅、二碱式邻苯二甲酸铅、二碱式磷酸铅、硬脂酸铅中的一种或几种混合物。

所述高分子材料润滑剂为石蜡、硬脂酸、硬脂酸钡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、氧化聚乙烯蜡等中的一种或几种混合物。

本发明的烟梗木塑复合材料的制备方法，其制造工艺为：(1)将烟梗放入浓度为1～3％氢氧化钠水溶液中浸泡120分钟，浸泡温度为70～80，℃进行化学处理，去除烟梗中的焦油和烟碱及水溶物，自然干燥，使含水量小于8％，对烟梗进行粉碎，使细度达到40～120目，然后强制干燥，使含水量小于2.5％，并用烟梗表面相容改性剂对烟梗粉进行表面化学改性处理；(2)在高速混合机内，将纳米蒙脱石按所述比例加入到经步骤(1)表面改性剂处理后的烟梗粉中，高速搅拌处理10～40分钟，制得纳米蒙脱石包裹的烟梗粉；(3)按配方比例将热塑性高分子树脂、抗冲类高分子改性剂、高分子材料热稳定剂、高分子材料和纳米蒙脱石包裹的烟梗粉在高速捏合机中混合，到温度为80～90℃后出料，然后在双辊开炼机上于170～180℃下熔融共混20～40分钟；(4)所得熔融片经冷却破碎，投入专用橡塑螺杆挤出机中高温高压挤出成型。

本发明的有益效果是：

(1)拓广了废弃烟梗的使用范围，提高烟梗的综合利用程度，即节约资源，又保护环境。

(2)所用木质纤维为烟梗粉，制得的烟梗木塑复合材料的防虫蛀，防霉效果更加明显。

(3)在烟梗纤维表面包覆纳米蒙脱石可以减少复合材料挤出成型过程的流动阻力和烟梗纤维受热降解趋势，达到改善加工工艺、提高材料性能的效果。

(4)由于添加了纳米蒙脱石，降低了塑化粘度和提高了熔体流动性，降低能耗，提高了材料的力学和耐侯、耐热性能和阻燃性。

(5)由于添加了纳米蒙脱石，增加水汽阻隔性和射线阻隔性，从而增强了耐水性和耐紫外线性能

具体实施方式

下面的实施例可以使本领域的技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1、实施例2、实施例3

按照表1所示的烟梗木塑复合材料的配方，将烟梗放入浓度为2.5％氢氧化钠水溶液中，通入蒸汽使温度为70～80℃，并浸泡120分钟，去除烟梗中的焦油和烟碱及水溶物，进行自然干燥，使含水量小于8％，用纤维专用粉碎机对烟梗进行粉碎，使细度为60～80目，强制干燥，使含水量小于2.5％，并进行烟梗粉表面化学改性处理。在高速混合机内将纳米蒙脱石加入到表面改性处理好后的烟梗粉中，高速搅拌处理10～40分钟，制得纳米蒙脱石包裹的烟梗粉；按上述重量份比将聚氯乙烯树脂、高分子改性剂、热稳定剂、润滑剂和改性纳米蒙脱石在高速捏合机中混合，到温度为80～90℃后出料，然后在双辊开炼机上于170～180℃下熔融共混20～40分钟，所得熔融片经冷却炮碎，投入专用螺杆挤出机中挤出成型。按照国标要求制样、测试(结果见表2及表3)。

实施例4实施例5实施例6

按照表1所示的烟梗木塑复合材料的配方，将烟梗放入浓度为2.5％氢氧化钠水溶液中，通入蒸汽使温度为70～80℃，并浸泡120分钟，去除烟梗中的焦油和烟碱及水溶物，进行自然干燥，使含水量小于8％，用纤维专用粉碎机对烟梗进行粉碎，使细度为60～80目，强制干燥，使含水量小于2.5％，并进行烟梗粉表面化学改性处理。在高速混合机内将纳米蒙脱石加入到表面改性处理好后的烟梗粉中，高速搅拌处理10～40分钟，制得纳米蒙脱石包裹的烟梗粉；按上述重量份比将聚乙烯树脂、高分子改性剂、润滑剂和改性纳米蒙脱石在高速捏合机中混合，到温度为80～90℃后出料，然后在双辊开炼机上于170～180℃下熔融共混20～40分钟，所得熔融片经冷却炮碎，投入专用螺杆挤出机中挤出成型。按照国标要求制样、测试(结果见表2及表3)。

表1 烟梗木塑复合材料的配方(重量量份)

表2 烟梗木塑复合材料的物理性能测试结果

表3 烟梗木塑复合材料的机械性能测试结果

Claims

1.一种烟梗木塑复合材料，其特征在于各组分的重量比为，热塑性高分子树脂为100份，烟梗粉为10～70份，纳米蒙脱石为1～20份，抗冲类高分子改性剂为1～10份、烟梗表面相容改性剂为1～6份，高分子材料热稳定剂为1～8份、高分子材料润滑剂为1～5份。

2.按权利要求1所述的烟梗木塑复合材料，其特征在于：所述热塑性高分子树脂选自聚氯乙烯树脂、聚乙烯、聚丙烯，或者回收的聚氯乙烯树脂、聚乙烯、聚丙烯中的单一物或者是几种的混合物。

3.按权利要求1所述的烟梗木塑复合材料，其特征在于：所述的烟梗粉采用的是经化学处理的烟梗，即烟梗放入浓度为1～3%氢氧化钠水溶液中浸泡120分钟，浸泡温度为70～80℃；经化学处理后的烟梗干燥至水份含量小于2.5%，粉碎至40～120目的粒度，再用烟梗表面相容改性剂进行表面化学改性处理。

4.按权利要求1所述的烟梗木塑复合材料，其特征在于：所述纳米蒙脱石为蒙脱石含量大于80%，水份含量小于3%，细度为1～8μm。

5.按权利要求1所述的烟梗木塑复合材料，其特征在于：所述高分子改性剂为氯化聚乙烯（CPE）、马来酸接枝聚乙烯、马来酸接枝聚丙烯、聚丙烯酸酯（ACR）、全丙烯酸酯类（AIM）、乙烯一醋酸乙烯共聚物（EVA）、丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元接技共聚物（MBS）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）抗冲类高分子改性剂的一种或几种的混合物。

6.按权利要求1所述的烟梗木塑复合材料，其特征在于：所述烟梗表面相容改性剂采用钛酸酯偶联剂、锆铝酸酯、铝酸酯、磷酸酯、硅烷偶联剂、高级脂肪酸及其盐、非离子型表面活性剂、双(2-羟乙基)甲基牛脂基季铵盐、十八烷基三溴化铵、氧化聚丙烯蜡和氧化聚乙烯蜡、聚乙二醇中的单一物或多种混合物。

7.按权利要求1所述的烟梗木塑复合材料，其特征在于：所述高分子材料热稳定剂为有机锡稳定剂、稀土稳定剂或铅盐稳定剂，选自二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、二烷基马来酸二丁基锡、二(巯基乙酸异辛基酯) 二丁基锡、月桂酸马来酸二丁基锡、三碱式硫酸铅、二碱式亚磷酸铅、二碱式硬脂酸铅、二碱式邻苯二甲酸铅、二碱式磷酸铅、硬脂酸铅中的一种或几种混合物。

8.按权利要求1所述的烟梗木塑复合材料，其特征在于：所述高分子材料润滑剂为石蜡、硬脂酸、硬脂酸钡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、氧化聚乙烯蜡等中的一种或几种混合物。

9.按权利要求1所述的烟梗木塑复合材料的制备方法，其特征是：

(1)将烟梗放入浓度为1～3%氢氧化钠水溶液中浸泡120分钟，浸泡温度为70～80，℃进行化学处理，去除烟梗中的焦油和烟碱及水溶物，自然干燥，使含水量小于8%，对烟梗进行粉碎，使细度达到40～120目，然后强制干燥，使含水量小于2.5%，并用烟梗表面相容改性剂对烟梗粉进行表面化学改性处理；

(2) 在高速混合机内，将纳米蒙脱石按所述比例加入到经步骤(1) 表面改性剂处理后的烟梗粉中，高速搅拌处理10～40分钟，制得纳米蒙脱石包裹的烟梗粉；

(3) 按配方比例将热塑性高分子树脂、抗冲类高分子改性剂、高分子材料热稳定剂、高分子材料和纳米蒙脱石包裹的烟梗粉在高速捏合机中混合，到温度为80～90℃ 后出料，然后在双辊开炼机上于170～180℃ 下熔融共混20～40分钟；

(4)所得熔融片经冷却破碎，投入专用橡塑螺杆挤出机中高温高压挤出成型。