CN103525111B - 一种用黄蜀葵秸秆制备塑木材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用黄蜀葵秸秆制备塑木材料的方法，它包括黄蜀葵粉末的制备，电辅加热高速混合，除湿、造粒，挤出和加工成型等步骤。本发明提供的用黄蜀葵秸秆制备塑木材料的方法，工艺设计合理，可操作性强，根据黄蜀葵的纤维特征和理化性质，优选出制备工艺，制备得到的塑木，强度高，握钉力强，并且木质纤维含量高，抗冲击强度高，环保性高，是一种优良的塑木材料。并且本发明原料为中药废弃物，生产成本较低，原料中植物纤维长、含量高，可将废弃资源回收再生化，产品冲击强度等物理性能提高，使用寿命延长，具有重要的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及塑木复合材料生产加工技术领域，尤其涉及黄蜀葵秸秆加工生产塑木材料的方法。
背景技术
塑木复合材料同时具备植物纤维和塑料的优点，适用范围广，几乎可涵盖原木、塑料、塑钢、铝合金以及其它类似复合材料的使用领域，与此同时，也解决了塑料、中药和农业废弃资源的再生利用问题。
其主要特点为：利用废弃中药植物资源黄蜀葵茎秆与废弃塑料作为塑木材料生产原料，原料植物中纤维长度长、含量高，节约资源，利于环保。
由于人类对自然资源的利用，尤其近百年来对大气、土壤、水质、森林造成的破坏，使人类生存环境受到巨大威胁。如何合理应用有限的资源，实现可持续发展，是重大研究课题。
中药植物资源丰富，但全国每年产生的植物类药渣高达数百万吨。如不妥善处理，这些药渣会腐化变质，而目前的处理方式主要是堆放、掩埋或焚烧，处理药渣会造成环境污染。
可塑性复合材料，将中药废弃物与废塑料进行再利用，生产出的产品基本可替代天然木材和其他复合材料的功能和使用范围。
黄蜀葵抗干旱耐稀簿、耐涝，荒山坡地、盐碱地都可种植，叶径产量是种子产量的220%，全国栽种面积不断增加。黄蜀葵花提取物对肾炎、心肌损伤、脑缺血损伤等具有重要的药理作用。黄蜀葵提取药用成分后的的废弃物中含有大量植物纤维。黄蜀葵茎的韧皮纤维发达，次生韧皮部的外围有大量的韧皮纤维束分布，纤维素含量高达41.80%，是优良的纤维原丝。
现有技术中，塑木以锯末、木屑、竹屑、稻壳、麦秸、花生壳、甘蔗渣、棉秸秆、木薯残渣等生物质纤维为主要原料，这种材料制备得到的塑木，纤维含量低，强度低，握钉力较弱，且胶用量大，环保性和可加工性较差。
发明内容
发明目的：本发明的目的是解决现有技术的不足，以黄蜀葵非药用资源为原料，变废为宝，提供一种以黄蜀葵秸秆加工生产塑木材料的方法，该制备方法制备得到的塑木材料，木质纤维含量高，抗冲击强度高，环保性高。
技术方案：为了实现以上目的，本发明采取的技术方案为：
一种以黄蜀葵秸秆加工生产塑木材料的方法，其包括以下步骤：
(1)首先取黄蜀葵废弃茎秆，干燥后，切割粉碎，过60～80目筛，干燥使水分含量为3～8%，得黄蜀葵粉末；
(2)将步骤(1)制备得到的黄蜀葵粉末40～80份，加入废旧塑料25～40份，采用电辅加热，电辅加热的温度控制在120～150℃，加热后用高速搅拌机进行搅拌混匀，转速为2000～2200转/分钟；因为黄蜀葵纤维和塑料是二种完全不同性质的原材料，混合难度较大，混合质量差直接影响后续塑木的造粒挤出成型等步骤。因此，本发明通过大量实验筛选电辅加热的温度，采用该温度可以使黄蜀葵粉末和废旧塑料充分混合均匀，从而能制备得到优良的塑木混合原料。
(3)除湿：取步骤(2)混合后的黄蜀葵粉末和废旧塑料混合料进行除湿处理，使混合料的湿度控制在8%以内；
(4)造粒：将步骤(3)除湿后的混合料，送到双螺杆造粒设备，并添偶联剂1～2份，润滑剂1～4份，其它助剂1～5份，造粒温度控制在170~220℃；本发明根据黄蜀葵粉末的性质，通过大量实验筛选造粒的温度，并加入优选量的偶联剂，润滑剂和其它助剂可以制备得到成型性能好的颗粒，为后续的挤出，成型提供良好的基础；
(5)挤出：将步骤(4)所造颗粒放入挤出设备中，在140～170℃温度下挤出，得到半成品；
(6)取步骤(5)半成品经成型、砂光、压花和切割工序制备得到塑木制品。
作为优选方案，以上所述的以黄蜀葵秸秆加工生产塑木材料的方法，步骤(3)除湿后使混合料的湿度控制在3%~8%以内，本发明通过大量实验筛选，结果表明混合料的湿度小于3%~8%以内，有利于后续的造粒步骤。
作为优选方案，以上所述的以黄蜀葵秸秆加工生产塑木材料的方法，步骤(4)所述的偶联剂为马来酸酐接枝聚烯烃、酚醛树脂等硅烷偶联剂、钛酸脂偶联剂；润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸酰胺、油酸酰胺或软脂酸酰胺等各种塑木润滑剂，其他助剂包括氯化聚乙烯等相容剂，N-苯基-β萘胺等抗氧化剂，CHIMASSORB8等光稳定剂，各种抗氧防老剂和无卤膨胀型阻燃剂。
现有塑木产品制备技术中，塑木以锯末、木屑、竹屑、稻壳、麦秸、甘蔗渣、棉秸秆、木薯残渣等生物质纤维为主要原料，与塑料合成的一种复合材料。与现有技术这些植物残渣相比，本发明优选工艺制备得到的黄蜀葵原料具有以下的优势：
首先，以上现有技术的植物废弃物制备的塑木材料，由于原料中的纤维较短，有的原料中纤维还较细，在粉碎过程中大量产生小于100目的过细粉末，造成在制粒过程中分散不均匀。由于极性亲水木纤维和非极性疏水热塑性塑料界面之间本来就粘接力小，相容性差，过细粉末更易出现塑木产品侧弯、变形、裂纹、空心、花皮和塑化不良等问题。与以上材料相比较，通过本发明优选方法处理得到的黄蜀葵木质纤维长，可达1.66mm，较为粗糙，而且纤维含量高达41.80%，容易产生长度适中的粉末，可以生产出质量优秀的塑木。
并且，黄蜀葵含有由阿拉伯聚糖（12.30%)、半乳聚糖（13.19%)、鼠李聚糖(8.08%)、淀粉（16.3%)等组成的天然优质的胶，加入偶联剂改性后，可使聚合物的粘度增加，在挤塑过程中，有利于接枝上的硅烷偶联剂基团之间的反应，使应力从较薄弱的基体上转移到改性的界面层和植物纤维上，界面层和纤维承受拉伸应力的能力较强，从而复合材料的拉伸强度得到大大改善。
再次，半纤维素的分子链很短，但支链很多，加热状态下更易分解，而木质素是由芳香族化合物组成，由于木质素的复杂结构造成的空间位阻效应使得其表面的羟基很难参与与基体物质的反应，同时也限制了木质素与改性剂的酯化反应，给植物纤维热塑性塑料复合材料的制备带来了较大的困难。与现有其他材料相比较，本发明优选得到的黄蜀葵纤维素含量高，但半纤维素和木质素含量相对都较低，更加有利于制备优良的塑木材料，本发明优选得到的黄蜀葵纤维和现有技术纤维相比情况如表1所示：
表1本发明黄蜀葵纤维与常见秸秆纤维的比较
| 类别 | 纤维长度mm | 纤维含量% | 半纤维素含量% | 木质素含量% |
| 黄蜀葵 | 1.66 | 41.8 | 17.7 | 13.3 |
| 稻壳 | 0.30 | 21. 9 | 19. 0 | 17. 8 |
| 稻草 | 0.92 | 32.0 | 24.0 | 12.5 |
| 麦秸 | 1.32 | 30.5 | 23.5 | 18.0 |
| 玉米秸 | 0.99 | 34.0 | 37.5 | 22.0 |
有益效果：本发明提供的用黄蜀葵秸秆制备塑木材料的方法具有如下优点：
本发明提供的以黄蜀葵秸秆加工生产塑木材料的方法，工艺设计合理，可操作性强，根据黄蜀葵的纤维特征和理化性质，通过大量实验优选出制备工艺，制备得到的塑木，强度高，握钉力强，并且木质纤维含量高，抗冲击强度高，环保性高，是一种优良的塑木材料。
并且本发明以废弃的黄蜀葵秸秆为原料，变废为宝，可减少污染，节约原木，减少对森林资源的破坏，具有重要的经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1
一种用黄蜀葵秸秆制备塑木材料的方法，其包括以下步骤：
(1)首先取提取药用成分后的黄蜀葵秸秆，干燥后，切割粉碎，过80目筛，干燥使水分含量为3%，得黄蜀葵粉末；
(2)将步骤(1)制备得到的黄蜀葵粉末60份，加入废旧塑料30份，采用电辅加热，电辅加热的温度控制在130℃，加热后用高速搅拌机进行搅拌混匀，转速为2000转/分钟；
(3)除湿：取步骤(2)混合后的黄蜀葵粉末和废旧塑料混合料进行除湿处理，使混合物的湿度控制在5%；
(4)造粒：将步骤(3)除湿后的混合料，送到双螺杆造粒设备，并添加偶联剂马来酸酐接枝聚烯烃1份，润滑剂硬脂酸3份；防老剂2份，造粒温度控制在180℃；
(5)挤出：将步骤(4)所造颗粒放入挤出设备中，在165℃温度下挤出，得到半成品；
(6)取步骤(5)半成品经滚压成型、砂带砂光、压花机压花和切割工序制备得到塑木制品。
实施例2
一种用黄蜀葵秸秆制备塑木材料的方法，其包括以下步骤：
(1)首先取提取药用成分后的黄蜀葵秸秆，干燥后，切割粉碎，过60目筛，干燥使水分含量为3%，得黄蜀葵粉末；
(2)将步骤(1)制备得到的黄蜀葵粉末40份，加入废旧塑料25份，采用电辅加热，电辅加热的温度控制在150℃，加热后用高速搅拌机进行搅拌混匀，转速为2200转/分钟；
(3)除湿：取步骤(2)混合后的黄蜀葵粉末和废旧塑料混合料进行除湿处理，使混合物的湿度控制在6%；
(4)造粒：将步骤(3)除湿后的混合料，送到双螺杆造粒设备，并添加偶联剂酚醛树脂1份，润滑剂聚乙烯蜡1份；无卤膨胀阻燃剂2份，造粒温度控制在200℃；
(5)挤出：将步骤(4)所造颗粒放入挤出设备中，在150℃温度下挤出，得到半成品；
(6)取步骤(5)半成品经滚压成型、砂带砂光、压花机压花和切割工序制备得到塑木制品。
实施例3
一种以黄蜀葵秸秆加工生产塑木材料的方法，其包括以下步骤：
(1)首先取黄蜀葵，干燥后，切割粉碎，过80目筛，干燥使水分含量为3%，得黄蜀葵粉末；
(2)将步骤(1)制备得到的黄蜀葵粉末60份，加入废旧塑料35份，采用电辅加热，电辅加热的温度控制在140℃，加热后用高速搅拌机进行搅拌混匀，转速为2000转/分钟；
(3)除湿：取步骤(2)混合后的黄蜀葵粉末和废旧塑料混合料进行除湿处理，使混合物的湿度控制在8%；
(4)造粒：将步骤(3)除湿后的混合料，送到双螺杆造粒设备，并添加偶联剂钛酸脂1份，润滑剂硬脂酸3份；抗氧化剂N-苯基-β萘胺1份，造粒温度控制在185℃；
(5)挤出：将步骤(4)所造颗粒放入挤出设备中，在170℃温度下挤出，得到半成品；
(6)取步骤(5)半成品经滚压成型、砂带砂光、压花机压花和切割工序制备得到塑木制品。
实施例4塑木材料性能检测
取本发明实施例1至3制备得到的黄蜀葵塑木板与现有技术的普通塑木板进行性能检测（GB/T29418-2012），具体检测结果如表2所示：
表2：黄蜀葵塑木板与普通塑木板的性能测试结果
| 检测项目 | 普通塑木板 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 抗弯曲强度MPa | 19.2 | 24.1 | 24.4 | 24.5 |
| 冲击强度kJ/m2 | 41.3 | 45.3 | 45.4 | 46.2 |
| 抗弯强度模量GPa | 3.0 | 3.5 | 3.5 | 3.6 |
| 垂直板面握钉力/N | 1940.3 | 2184.3 | 2195.3 | 2188.7 |
| 密度（g/cm3） | 1.18 | 1.07 | 1.05 | 1.06 |
| 吸水率（24h）/% | 1.3 | 0.8 | 0.8 | 0.8 |
由以上表2的抗弯曲强度，冲击强度，抗弯强度模量，垂直板面握钉力，密度及吸水率等性能检测结果表明，本发明制备得到的黄蜀葵塑木板与现有技术普通塑木板相比具有更加优异的强度，握钉力，抗弯曲等性能，并且为中低密度板，吸水率低，可以克服现有技术塑木板的不足，取得了很好的技术效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种以黄蜀葵秸秆加工生产塑木材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)首先，取黄蜀葵晒干后，进行切割粉碎，然后再进行精细粉碎，过60～80目筛，制备得到水分含量为3～8％的黄蜀葵粉末；
(2)将步骤(1)制备得到的黄蜀葵粉末40～80份，加入废旧塑料25～40份，采用电辅加热，电辅加热的温度控制在120～150℃，加热后用高速搅拌机进行搅拌混匀，转速为2000～2200转/分钟；
(3)除湿：取步骤(2)混合后的黄蜀葵粉末和废旧塑料混合料进行除湿处理，使混合物的湿度控制在3～8％以内；
(4)造粒：将步骤(3)除湿后的混合料，送到双螺杆造粒设备，并添加偶联剂1～2份，润滑剂1～4份，其它助剂1～5份，造粒温度控制在170～220℃；
(5)挤出：将步骤(4)所造颗粒放入挤出设备中，在140～170℃温度下挤出，得到半成品；
(6)取步骤(5)半成品经滚压成型、砂带砂光、压花机压花和切割工序制备得到塑木制品；
步骤(4)所述的偶联剂为马来酸酐接枝聚烯烃、酚醛树脂或钛酸酯偶联剂；
步骤(4)所述的润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸酰胺、油酸酰胺或软脂酸酰胺；
步骤(4)所述的其它助剂为相容剂氯化聚乙烯，光稳定剂CHIMASSORB8，抗氧防老剂N-苯基-β萘胺或无卤膨胀型阻燃剂。
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