CN105348842A - 一种秸秆纤维基生物质复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种秸秆纤维基生物质复合材料及其制备方法。充分利用农业废弃物秸秆生长周期短，成本低廉，纤维组织多孔质轻等优点，通过少氧碳化工艺处理，然后与高密度聚乙烯（HDPE）混合，配合其他添加剂、采用合适的工艺步骤和参数，以螺杆挤出造粒得到一种高性能、成本低廉的生物质复合材料，该材料可使用注塑、挤出、模压、机加工等方法成型各种制品，广泛应用于包装、电子、通讯、家具、装饰、汽车、飞机、军工等领域，代替塑料和原木等材料，具有很好的社会和经济效益。

Description

一种秸秆纤维基生物质复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种秸秆基生物质复合材料及其制备方法，属于新材料及其成型加工领域，发明产品可用于代替塑料，木材等。
背景技术
目前在包装、电子电器、家居家装、汽车、飞机、军工等领域所使用的材料主要以石油基塑料为主，部分使用原木。但是，塑料具有无法生物降解，污染环境等缺点，同时，石油资源有限，不具有可持续发展性。而大量原木的使用，将会砍伐大量的森林，破坏生态环境。因此，将植物纤维与部分高分子塑料相结合，生产出一种较高性能的木塑复合材料，可以代替木材和塑料，缓减资源短缺、生态破坏和环境污染问题。但是，由于植物纤维与塑料之间的结合性差，木塑产品的成型加工困难，从而导致现有市场上的木塑产品具有强度低、性脆、比重大、植物纤维含量低等缺陷，同时，现有木塑产品中所使用植物纤维的来源主要以树木为主，这样直接导致成本增加，而且会破坏生态环境。本发明以生长周期短的农业废弃物秸秆为主要原材料，通过特殊的无氧碳化工艺，结合配方设计，生产出一种具有高强度、韧性好、低成本的生物质复合材料，可代替塑料和木材等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有木塑复合材料有强度低、性脆、比重大、植物纤维含量低、成本高、所用纤维来源短缺等缺点，充分利用农业废弃物秸秆生长周期短，成本低廉，纤维组织多孔质轻等优点，通过少氧碳化工艺处理，然后与高密度聚乙烯（HDPE）混合，配合其他添加剂、采用合适的工艺步骤和参数，以螺杆挤出造粒得到一种高性能、成本低廉的生物质复合材料，该材料可使用注塑、挤出、模压、机加工等方法成型各种制品，广泛应用于包装、电子、通讯、家具、装饰、汽车、飞机、军工等领域，代替塑料和原木等材料，具有很好的社会和经济效益。
本发明的复合材料，主要组成为：秸秆，HDPE（高密度聚乙烯），钛酸酯偶联剂TMC-201（异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯），铝酸酯偶联剂(二硬脂酰氧异丙基铝酸酯)，聚乙二醇，EAA（乙烯-丙烯酸共聚物），聚乙烯蜡，马来酸酐，柴油，醋酸。
各组分比例及制备步骤：
（1）取100份（质量份数）含水率少于等于5%、长度小于等于20mm的秸秆，10~20份（优选15份）浓度为60~70%（优选65%）的醋酸水溶液，2~5份（优选4份）柴油，共混均匀后放入密封真空炉中，在真空度小于等于50Pa，温度200~300℃（优选250℃），烧结15~30分钟（优选20分钟），然后取出粉碎，过筛，使其粒径控制在10~30目（优选20目），待用
（2）取步骤（1）所得纤维60~80份（优选70份），HDPE20~40份（优选30份），钛酸酯偶联剂1~3份（优选2份），铝酸酯偶联剂1~3份（优选2份），聚乙二醇2~4份（优选3份），EAA5~10份（优选7份），聚乙烯蜡1~3份（优选2份），马来酸酐0.5~1.5份（优选1份），在高混机中共混10~30分钟（优选20分钟），待用。
（3）将混合好的物料，通过螺杆挤出机挤出造粒，控制机头温度为170~210℃（优选190℃），机头压力2~5MPa（优选3MPa），螺杆转速70~90r/min（优选80r/min）。
本发明首先将秸秆与柴油共混后在真空状态下高温部分碳化，并产生部分酯化反应，然后在偶联剂、交联剂、接枝剂等添加剂的协同作用下，与HDPE共混，利用螺杆挤出方式，在合适的压力、温度和速度下，高效、连续挤出造粒，得到一种高性能的生物质复合材料，该发明材料可通过挤出、注塑、模压、机加工等方式成型各种制品，广泛应用于包装、电子电器、家具装饰、建筑、交通工具、以及军工等领域，代替塑料或木材，具有非常高的社会效益和经济效益。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
（1）取100份（质量份数）含水率少于等于5%、长度小于等于20mm的秸秆，10份浓度为60%的醋酸水溶液，2份柴油，共混均匀后放入密封真空炉中，在真空度小于等于50Pa，温度200℃，烧结15分钟，然后取出粉碎，过筛，使其粒径控制在10目，待用
（2）取步骤（1）所得纤维60份，HDPE40份，钛酸酯偶联剂1份，铝酸酯偶联剂1份，聚乙二醇2份，EAA5份，聚乙烯蜡1份，马来酸酐0.5份，在高混机中共混10分钟，待用。
（3）将混合好的物料，通过螺杆挤出机挤出造粒，控制机头温度为190℃，机头压力3MPa，螺杆转速80r/min。
表1
拉伸强度MPa 弯曲强度MPa 拉伸伸长率% 冲击强度kJ/M2
实施例1 38 40 55 39
实施例2：
（1）取100份（质量份数）含水率少于等于5%、长度小于等于20mm的秸秆，15份浓度为65%的醋酸水溶液，4份柴油，共混均匀后放入密封真空炉中，在真空度小于等于50Pa，温度250℃，烧结20分钟，然后取出粉碎，过筛，使其粒径控制在20目，待用
（2）取步骤（1）所得纤维70份，HDPE30份，钛酸酯偶联剂2份，铝酸酯偶联剂2份，聚乙二醇3份，EAA7份，聚乙烯蜡2份，马来酸酐1份，在高混机中共混20分钟，待用。
（3）将混合好的物料，通过螺杆挤出机挤出造粒，控制机头温度为190℃，机头压力3MPa，螺杆转速80r/min。
表2
拉伸强度MPa 弯曲强度MPa 拉伸伸长率% 冲击强度kJ/M2
实施例2 45 43 48 47
实施例3：
（1）取100份（质量份数）含水率少于等于5%、长度小于等于20mm的秸秆，20份浓度为70%的醋酸水溶液，5份柴油，共混均匀后放入密封真空炉中，在真空度小于等于50Pa，温度300℃，烧结30分钟，然后取出粉碎，过筛，使其粒径控制在30目，待用
（2）取步骤（1）所得纤维80份，HDPE40份，钛酸酯偶联剂3份，铝酸酯偶联剂3份，聚乙二醇4份，EAA10份，聚乙烯蜡3份，马来酸酐1.5份，在高混机中共混30分钟，待用。
（3）将混合好的物料，通过螺杆挤出机挤出造粒，控制机头温度为190℃，机头压力3MPa，螺杆转速80r/min。
表3
拉伸强度MPa 弯曲强度MPa 拉伸伸长率% 冲击强度kJ/M2
实施例3 35 33 45 34

Claims (2)

1.一种秸秆纤维基生物质复合材料及其制备方法，其特征在于，本发明的复合材料，由秸秆，HDPE（高密度聚乙烯），钛酸酯偶联剂TMC-201（异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯），铝酸酯偶联剂(二硬脂酰氧异丙基铝酸酯)，聚乙二醇，EAA（乙烯-丙烯酸共聚物），聚乙烯蜡，马来酸酐，柴油，醋酸构成。
2.如权利要求1所述的一种秸秆纤维基生物质复合材料及其制备方法，其特征在于：复合材料包括以下组分及制备步骤：
(1)取100份（质量份数）含水率少于等于5%、长度小于等于20mm的秸秆，10~20份浓度为60~70%的醋酸水溶液，2~5份柴油，共混均匀后放入密封真空炉中，在真空度小于等于50Pa，温度200~300℃，烧结15~30分钟，然后取出粉碎，过筛，使其粒径控制在10~30目，待用；
(2)取步骤（1）所得纤维60~80份，HDPE20~40份，钛酸酯偶联剂1~3份，铝酸酯偶联剂1~3份，聚乙二醇2~4份，EAA5~10份，聚乙烯蜡1~3份，马来酸酐0.5~1.5份，在高混机中共混10~30分钟，待用；
(3)将混合好的物料，通过螺杆挤出机挤出造粒，控制机头温度为170~210℃，机头压力2~5MPa，螺杆转速70~90r/min。
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