CN103013151B - 香蕉茎杆纤维基木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了香蕉茎杆纤维木塑复合材料的制备方法，香蕉茎杆纤维基45～65%、塑性材料20～30%及助剂15～25%的重量比例原料，经高混、造粒、挤出及后期表面加工工序，制备香蕉茎杆纤维木塑复合材料。本发明针对目前丢弃的香蕉茎杆难以利用的现状，提出采用挤出法制备香蕉茎杆纤维基木塑复合材料，为大量香蕉茎杆及废弃塑料提供一条有效的综合利用途径，产品不仅具有优良的物理性能、力学性能、耐候性能，而且从原材料提取、产品加工，到产品利用及其利用后的处理和处置，均符合清洁生产的理念，符合可持续发展政策，具有良好的经济效益和环保效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种香蕉茎杆纤维基木塑复合材料及其制备方法。
背景技术
香蕉是芭蕉科芭蕉属单子叶草本植物，具有速生和高产等特点。主要分布在广东、广西、福建、海南、云南和贵州等地，资源十分丰富。在生产香蕉的同时也产生了香蕉茎副产品，大量的茎杆废弃物需要及时清理，因而发展香蕉茎的综合利用具有很高的经济价值。
香蕉纤维是一种新开发的绿色生态纤维，迎合了人们追求绿色环保的需求，具有很大的发展潜力。目前世界各国都已开始重视对天然纤维资源的开发研究。作为一种生态友好型纤维，香蕉纤维的开发利用已备受人们瞩目。
我国是世界香蕉的主产国之一，每年的香蕉产量达五六百万吨，为香蕉纤维的开发提供了丰富的资源条件。香蕉纤维是通过加工香蕉叶、香蕉假茎等副产品得到的。因此，香蕉纤维的开发和利用不仅缓解了由于丢弃这些副产品而造成的环境污染，同样带来经济效益，具有生态和经济两重意义。
按结构及性能的研究现状香蕉纤维可分为香蕉茎杆纤维和香蕉叶纤维。香蕉茎杆纤维蕴藏于香蕉树的韧皮内，属韧皮类纤维，其组成成份与传统的纤维素纤维有相同之处。而香蕉叶纤维蕴藏于香蕉树的树叶中，属叶纤维。由于香蕉叶纤维较香蕉茎杆纤维短，其强力差，一般研究开发香蕉茎杆纤维较多。
作为植物纤维三个主要成份是纤维素、半纤维素和木质素，构成细胞壁的物质基础。其中纤维素形成微纤丝，在细胞壁中起着骨架作用。可见纤维素对复合材料的力学以及其他性能提供了积极的影响。香蕉茎杆纤维的化学特性如表一、与木材纤维化学特性接近。
表一 香蕉茎杆纤维的化学特性（%）
香蕉茎杆纤维是由许多片长弧形叶鞘互相紧密层叠合而成的粗大圆柱状的茎干，其生长增粗主要是每片新叶从茎杆中心抽出，长成后把外围老叶鞘渐向外挤，从而使其膨大生长。其结构较突出，纤维分布不均匀，表皮纤维多，内部呈中空网格状；内层叶鞘与外层叶鞘纤维含量、纤维强度差别大；其叶鞘长，厚薄不一，极易折断。
表二 香蕉茎杆纤维微细结构
通过一些化学助剂对香蕉茎杆纤维表面进行改性来使其纤维拉伸强度等力学指标达到符合要求的复合材料
表三
发明内容
本发明的目的是利用香蕉茎杆纤维抗菌性能和天然的韧性好、防霉防虫、抗湿性强、防腐、抗老化的属性，提高木塑复合材料的物理和化学性能及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：提供香蕉茎杆纤维基木塑复合材料的制备方法，其中，香蕉茎杆纤维基45～65%、塑性材料20～30%及助剂15～25%的重量比例原料，经高混、造粒、挤出及后期表面加工工序，制备香蕉茎杆纤维基木塑复合材料。
香蕉茎杆纤维基木塑复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）原料制备：废弃PE塑性材料经破碎和干燥工序，得到废弃PE颗粒；香蕉茎杆经浸泡、沤麻、刮青、干燥脱水、粉碎工序，得到香蕉茎杆纤维碎料；
（2）高混：将步骤（1）所述香蕉茎杆纤维基、废弃PE颗粒及助剂在高速搅拌机中混合均匀，得到改性的高混料；
（3）造粒：将步骤（2）所述高混料在造粒机中进行造粒，得到造粒料；
（4）挤出：将步骤（3）所述造粒料在挤出机中挤出，得到香蕉茎杆纤维基木塑复合材料；
（5）后期表面加工：将步骤（4）所述木塑复合材料表面进行打磨砂抛光或拉毛、热印木纹后处理得到成品。
所述的香蕉茎杆纤维，是丢弃的香蕉茎杆经浸泡、沤麻、刮青、干燥脱水、粉碎工序而制得的粒径为50～100目的香蕉茎杆纤维碎料。
所述的废弃PE颗粒，是将废弃的PE瓶盖经破碎、干燥工序而制得的粒径为40～100目的碎料。
所述的造粒，是将步骤（2）高混料采用锥型双螺杆造粒机进行造粒。
所述助剂包括增溶剂1.9%～3.1%、偶联剂1.9%～3.2%、润滑剂1.5%～2.6%、着色剂1.6%～2.8%、防菌剂1.7%～2.6%、紫外线稳定剂1.8%～2.6%、分散剂1.5%～2.8%、抗氧剂1.5%～2.7%、交联剂1.6%～2.6%。
所述的润滑剂包括聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸锌、EBS。
所述的増溶剂为马来酸酐接枝PP。
挤出机全程温度≤135℃～160℃，其中：一区140℃～155℃，二区150℃～160℃、三区155℃～165℃、四区160℃～170℃、五区155℃～165℃、六区150℃～160℃、七区145℃～155℃、合流芯区135℃～150℃、模头130℃～160℃。
本发明的有益效果：依据GB／T24508—2009《木塑地板》进行检验，证明香蕉茎杆纤维的重量含量为45～65%时，香蕉茎杆纤维基木塑复合材料物理性能和力学性能如强度、韧性、尺寸稳定性、膨胀系数等指标达到国家标准。
具体实施方式
实施例1
香蕉茎杆纤维基木塑复合板材的制作步骤：
（1）原料制备：将废弃PE瓶盖破碎成40目的颗粒并干燥后得到废弃PE颗粒；丢弃的香蕉茎杆经浸泡、沤麻、刮青、清洗、干燥脱水、粉碎等制备粒径为50目的香蕉茎杆纤维碎料。
（2）高混：将步骤（1）所述香蕉茎杆纤维碎料和废弃PE颗粒及助剂按重量百分比为65:20:15的比例，在高速搅拌机中混合均匀，得到高混料。助剂包括增溶剂1.9%、偶联剂1.9%、润滑剂1.5%、着色剂1.6%、防菌剂1.7%、紫外线稳定剂1.8%、分散剂1.5%、抗氧剂1.5%、交联剂1.6%。
（3）造粒：采用锥型双螺杆造粒机，对步骤（2）所述的高混料进行造粒。
（4）将造粒得到的粒子输入锥双螺杆挤出机挤出成型，冷却、截断；
（5）后期表面加工：对步骤（4）所述木塑复合板材表面进行打磨抛光或拉毛、热印木纹等处理，得到香蕉茎杆纤维基木塑复合板材。
实施例2
香蕉茎杆纤维基木塑复合板材的制作步骤：
（1）原料制备：将废弃PE瓶盖破碎成100目的颗粒并干燥后得到废弃PE颗粒；丢弃的香蕉茎杆经浸泡、沤麻、刮青、清洗、干燥脱水、粉碎等制备粒径为100目的香蕉茎杆纤维碎料。
（2）高混：将步骤（1）所述香蕉茎杆纤维碎料和废弃PE颗粒及助剂按重量百分比为45:30:25的比例，在高速搅拌机中混合均匀，得到高混料。助剂包括增溶剂3.1%、偶联剂3.2%、润滑剂2.6%、着色剂2.8%、防菌剂2.6%、紫外线稳定剂2.6%、分散剂2.8%、抗氧剂2.7%、交联剂2.6%。
（3）造粒：采用锥型双螺杆造粒机，对步骤（2）所述的高混料进行造粒。
（4）将造粒得到的粒子输入锥双螺杆挤出机挤出成型，冷却、截断；
（5）后期表面加工：对步骤（4）所述木塑复合板材表面进行打磨砂抛光或拉毛、热印木纹等处理，得到香蕉茎杆纤维基木塑复合板材。
实施例3
香蕉茎杆纤维基木塑复合板材的制作步骤：
（1）原料制备：将废弃PE瓶盖破碎成80目的颗粒并干燥后得到废弃PE颗粒；丢弃的香蕉茎杆经浸泡、沤麻、刮青、清洗、干燥脱水、粉碎等制备粒径为80目的香蕉茎杆纤维碎料。
（2）高混：将步骤（1）所述香蕉茎杆纤维碎料55%和废弃PE颗粒25%及助剂20%的比例，在高速搅拌机中混合均匀，得到高混料。助剂包括增溶剂2.0%、偶联剂2.5%、润滑剂2.4%、着色剂2.2%、防菌剂2.5%、紫外线稳定剂2.3%、分散剂2.2、抗氧剂2.2%、交联剂1.7%
（3）造粒：采用锥型双螺杆造粒机，对步骤（2）所述的高混料进行造粒。
（4）将造粒得到的粒子输入锥双螺杆挤出机挤出成型，冷却、截断；
（5）后期表面加工：对步骤（4）所述木塑复合板材表面进行打磨抛光或拉毛、热印木纹等处理，得到香蕉茎杆纤维基木塑复合材料。
依据GB／T24508—2009《木塑地板》对上述香蕉茎杆纤维基木塑复合材料进行检验，结果数据如表1所示。
表1 本发明香蕉茎杆纤维基木塑复合板材性能检测数据
本发明针对目前丢弃的香蕉茎杆难以利用的现状，提出采用挤出法制备香蕉茎杆纤维基木塑复合材料，为大量香蕉茎杆及废弃塑料提供一条有效的综合利用途径，产品不仅具有优良的物理性能、力学性能、耐候性能，而且从原材料提取、产品加工，到产品利用及其利用后的处理和处置，均符合清洁生产的理念，符合可持续发展政策，具有良好的经济效益和环保效益。
本发明开发利用丢弃的香蕉茎杆资源，制备香蕉茎杆纤维，再配以特殊的工艺配方和生产加工工艺，生产环保型装饰材料；
实验证明，香蕉茎杆纤维含量在45%～65%的PE复合型材，强度、韧性、尺寸稳定性和膨胀系数指标均符合国家标准甚至比国家标准还要好。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。
Claims (6)
1.香蕉茎杆纤维基木塑复合材料的制备方法，其特征在于：香蕉茎杆纤维基45～65％、塑性材料20～30％及助剂15～25％的重量比例原料，经高混、造粒、挤出及后期表面加工工序，制备香蕉茎杆纤维基木塑复合材料；
所述助剂包括增溶剂1.9％～3.1％、偶联剂1.9％～3.2％、润滑剂1.5％～2.6％、着色剂1.6％～2.8％、防菌剂1.7％～2.6％、紫外线稳定剂1.8％～2.6％、分散剂1.5％～2.8％、抗氧剂1.5％～2.7％、交联剂1.6％～2.6％；
所述的润滑剂包括聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸锌、EBS；
所述的增溶剂为马来酸酐接枝PP。
2.如权利要求1所述的香蕉茎杆纤维基木塑复合材料的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：
(1)原料制备：废弃PE塑性材料经破碎和干燥工序，得到废弃PE颗粒；香蕉茎杆经浸泡、沤麻、刮青、干燥脱水、粉碎工序，得到香蕉茎杆纤维基；
(2)高混：将步骤(1)所述香蕉茎杆纤维基、废弃PE颗粒及助剂在高速搅拌机中混合均匀，得到改性的高混料；
(3)造粒：将步骤(2)所述高混料在造粒机中进行造粒，得到造粒料；
(4)挤出：将步骤(3)所述造粒料在挤出机中挤出，得到木塑复合材料；
(5)后期表面加工：将步骤(4)所述木塑复合材料表面进行打磨砂抛光或拉毛、热印木纹后处理得到成品。
3.如权利要求2所述的香蕉茎杆纤维基木塑复合材料的制备方法，其特征在于：所述的香蕉茎杆纤维基，是丢弃的香蕉茎杆经浸泡、沤麻、刮青、干燥脱水、粉碎工序而制得的粒径为50～100目的香蕉茎杆纤维碎料。
4.如权利要求2所述的香蕉茎杆纤维基木塑复合材料的制备方法，其特征在于：所述的废弃PE颗粒，是将废弃的PE瓶盖经破碎、干燥工序而制得的粒径为40～100目的碎料。
5.如权利要求2所述的香蕉茎杆纤维基木塑复合材料的制备方法，其特征在于：所述的造粒，是将步骤(2)高混料采用锥型双螺杆造粒机进行造粒。
6.如权利要求2所述的香蕉茎杆纤维基木塑复合材料的制备方法，其特征在于：一区140℃～155℃，二区150℃～160℃、三区155℃～165℃、四区160℃～170℃、五区155℃～165℃、六区150℃～160℃、七区145℃～155℃、合流芯区135℃～150℃、模头130℃～160℃。
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