CN103483842B - 一种制备聚乙烯醇稻秆复合材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备聚乙烯醇稻秆复合材料的方法，包括稻秆原料处理、制备包覆液、制备聚乙烯醇包覆的稻秆、半干燥、热压、脱模工序。包覆过称中，溶剂用量采用双重约束，既保障了充分包覆，又节约了干燥时间和能量。采用半干燥法既降低了能量消耗，同时促进了热压过程中稻秆之间的粘接。相对于直接混合热压工艺，本发明解决了聚乙烯醇在复合材料中的聚集现象，所制备的复合材料组成、结构、性能均匀，色泽良好，强度高，过程环保，所制备的复合材料可用于制造生活用品、装饰品、及工农业辅助品；也可以与木材或塑料进行进一步复合，制造性价比较高的生活用品、装饰品、及工农业辅助品。

Description

一种制备聚乙烯醇稻秆复合材料的方法

技术领域

本发明涉及一种制备聚乙烯醇稻秆复合材料的方法，属于作物秸秆深加工利用领域。

背景技术

我国是水稻种植大国，全国水稻种植面积4亿亩，占全国耕地面积的22%，这使得稻秆成为我国农业生产中产量巨大的一种副产物。在以前，稻秆用来喂牲畜及用作燃料，如今，这两种途径的稻秆消耗量已极少，因为农业耕作方式及农村生活方式发生了巨大变化。很多稻秆被在田间烧掉，既浪费了资源，又污染了环境，还给交通等行业带来严重困难。

稻秆是一种优质天然材料，我国古代就有将稻秆用作建筑材料、生活用品材料的传统。高分子材料的出现和发展开辟了使用稻秆制造环保复合材料的新篇章。已有的研究报道表明稻秆可以用作高分子材料的填料，也可以用作复合材料的主体材料。添加少量稻秆可以降低高分子材料的密度、价格，增强高分子材料的环境相容性。已报道的与稻秆制备复合材料的高分子材料类型涉及聚乙烯、聚乳酸、脲醛树脂等。在各种与稻秆进行复合的高分子材料中，聚乙烯醇是较优异的一种。聚乙烯醇在结构方面与稻秆相近，两者之间有较强的相容性，所制备的复合材料性能优异，同时聚乙烯醇分子量高，不挥发，材料生产过程中不释放有毒有害物质，生产环境友好性极高。已有的制造聚乙烯醇稻秆复合材料的方法中，将稻秆与聚乙烯醇直接混合然后热压，尽管得到了性能较好的复合材料，但聚乙烯醇在复合材料中存在严重的聚集现象，难以实现均匀分布，不利于稻秆之间的充分粘接，影响了材料的性能。针对这种问题，本发明开发了一种制备结构和性能均匀性好的聚乙烯醇稻秆复合材料的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备聚乙烯醇稻秆复合材料的方法，解决热压法制备聚乙烯醇稻秆复合材料时聚乙烯醇的聚集问题，提高聚乙烯醇稻秆复合材料组成、结构、性能的均匀性，提高复合材料的强度，使复合材料保持稻秆本身的色泽，增加使用者对稻秆复合材料的认同感和被接受程度，增强稻秆复合材料的市场吸引力，提高人们的环保意识。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种制备聚乙烯醇稻秆复合材料的方法，包括下列步骤：

（1）、稻秆原料处理：将稻秆干燥后短切，或短切后剪切，或直接粉碎制成稻秆碎料；

（2）、制备稻秆包覆用聚乙烯醇水溶液：将聚乙烯醇加入水中，70℃~90℃搅拌直至溶解，水的用量（以mL为单位）与稻秆的质量（以g为单位）之比≥4：1，每克聚乙烯醇用水8mL~20mL；

（3）、制备聚乙烯醇包覆的稻秆:趁热将聚乙烯醇溶液浇入稻秆原料中，搅匀；

（4）、聚乙烯醇包覆稻秆的半干燥：聚乙烯醇包覆稻秆湿物料在40℃~80℃下进行干燥，干燥至含水量在13%~34%之间，干燥过程中将稻秆间歇搅拌或撕裂，防止结成大块；

（5）、热压：将半干燥的聚乙烯醇包覆稻秆装入模具中，在130℃~200℃，10MPa~50MPa条件下，热压10min~30min；

（6）、脱模：冷却至室温后脱模，然后进行修整。

进一步地，配制聚乙烯醇水溶液时，每克聚乙烯醇用水为15mL。

进一步地，在步骤（3）中，不是将包覆聚乙烯醇的稻秆完全干燥，而是在80℃以下干燥至含水量在13%~34%之间，优选为20%。这样做不仅节省了能量，而且物料中残余的水能促进稻秆表面的聚乙烯醇的塑化，促进表面包覆聚乙烯醇的稻秆料之间实现粘合。

本发明所述的方法制备的聚乙烯醇稻秆复合材料组成、结构、性能均匀，色泽良好，强度高，施胶之后可以代替木材或塑料，用于制造生活用品、装饰品、及工农业辅助品；也可以与木材或塑料进行进一步复合，制造性价比较高的生活用品、装饰品、及工农业辅助品。

本发明所述的制备聚乙烯醇稻秆复合材料的方法，由于先将聚乙烯醇包覆于稻秆表面，因而减少了稻秆与模具的直接接触，使复合材料能充分保持稻秆本来的色泽，增加复合材料的用户亲和力。

附图说明

图1为本发明按具体实施方式一所述方法，固定短切稻秆用量，改变聚乙烯醇的添加量，并按每克聚乙烯醇用水15mL的关系改变水的用量所制备的复合材料的拉伸强度。可见，随聚乙烯醇用量的增加，复合材料的拉伸强度不断增加，但拉伸强度增大的比率随聚乙烯醇用量的增加而减小。

图2为本发明按具体实施方式一所述方法制备的复合材料的拉伸强度与通过直接混合后热压所制备的复合材料的拉伸强度的对比图，可见本发明所述方法制备的复合材料的拉伸强度提高了31.6%，这是由于本发明所述方法能使聚乙烯醇在稻秆表面均匀分布，从而实现稻秆之间的良好粘接。

具体实施方式

实施例1

将稻秆晒干后短切为2cm的小段。称取100克短切稻秆，置于搅拌罐内。称取40克聚乙烯醇，加入到620mL水中，于90℃搅拌溶解。趁热将聚乙烯醇溶液倒入盛有碎稻秆的搅拌罐内，搅拌均匀。将湿物料装于不锈钢盘内，在65℃干燥至含水量为20%，间歇搅拌或撕裂，防止结成大块。将干燥后的物料装入模具中，然后在150℃、18MPa的条件下热压15min。冷却至室温后脱模，修整。复合材料的拉伸强度达9.62MPa。

实施例2

将稻秆晒干后短切为3cm的小段，然后通过锚式粉碎机剪切粉碎。称取100克粉碎稻秆，置于搅拌罐内。称取40克聚乙烯醇，加入到620mL水中，于90℃搅拌溶解。趁热将聚乙烯醇溶液倒入盛有碎稻秆的搅拌罐内，搅拌均匀。将湿物料装于不锈钢盘内，在65℃干燥至含水量为20%，间歇搅拌或撕裂，防止结成大块。将干燥后的物料装入模具中，然后在150℃、18MPa的条件下热压15min。冷却至室温后脱模，修整。复合材料的拉伸强度达10.35MPa。

实施例3

将稻秆晒干，通过秸秆粉碎机粉碎。称取100克粉碎稻秆，置于搅拌罐内。称取30克聚乙烯醇，加入到450mL水中，于90℃搅拌溶解。趁热将聚乙烯醇溶液倒入盛有碎稻秆的搅拌罐内，搅拌均匀。将湿物料装于不锈钢盘内，在80℃干燥至含水量为15%，间歇搅拌或撕裂，防止结成大块。将干燥后的物料装入模具中，然后在145℃、12MPa的条件下热压13min。冷却至室温后脱模，修整。复合材料的拉伸强度达8.04MPa。

Claims (3)

1.一种制备聚乙烯醇稻杆复合材料的方法，包括下列步骤：

(1)、稻杆原料处理：将稻杆干燥后短切，或短切后剪切，或直接粉碎制成稻杆碎料；

(2)、制备稻杆包覆用聚乙烯醇水溶液：将聚乙烯醇加入水中，70℃～90℃搅拌直至溶解，水的用量，以mL为单位与稻杆的质量，以g为单位之比≥4：1，每克聚乙烯醇用水8mL～20mL；

(3)、制备聚乙烯醇包覆的稻杆:趁热将聚乙烯醇溶液浇入稻杆原料中，搅匀；

(4)、聚乙烯醇包覆稻杆的半干燥：聚乙烯醇包覆稻杆湿物料在40℃～80℃下进行干燥，干燥至含水量在13％～34％之间，干燥过程中将稻杆间歇搅拌或撕裂，防止结成大块；

(5)、热压：将半干燥的聚乙烯醇包覆稻杆装入模具中，在130℃～200℃，10MPa～50MPa条件下，热压10min～30min；

(6)、脱模：冷却至室温后脱模，然后进行修整。

2.根据权利要求1所述的制备聚乙烯醇稻杆复合材料的方法，其特征在于，配制聚乙烯醇水溶液时，每克聚乙烯醇用水为15mL。

3.根据权利要求1所述的制备聚乙烯醇稻杆复合材料的方法，其特征在于，在步骤(3)中，将稻杆干燥至含水量20％。