CN106009748A - 一种利用生物炭制备炭塑复合材料及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用生物炭制备的炭塑复合材料，属于复合材料技术领域，其特征是，所述复合材料包括采用如下重量份数的原料制成：生物质粉10‑50、活化生物炭10‑50、纳米碳酸钙10‑20、高密度聚乙烯30‑60、偶联剂3‑5、增韧剂3‑8、润滑剂1‑3；其中，生物质粉、活化生物炭与纳米碳酸钙添加量之和占原料总重之比大于50％；其中，活化生物炭是生物炭与2‑3％的马来酸酐接枝聚丙烯的混合物，其比表面积为1.5～2.5m2/g，孔径20～30nm。本发明通过调整适当组分的配料配方及加工助剂，有效利用了生物炭，得到了一种新型复合材料，使生物炭得到更广泛的回收利用。

Description

一种利用生物炭制备炭塑复合材料及其生产方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种利用生物炭制备炭塑复合材料及其生产方法。
背景技术
生物质热裂解液化技术的产物有不可冷凝气、生物油、生物炭三种，其中不可冷凝气可作为热源加热装置，生物油可作为燃料，而生物炭的应用较少。
《生物炭应用研究进展》(袁艳文、田宜水等《可再生能源》第30卷第9期2012年9月)探讨了生物炭在农业、能源、养殖业、环境保护和副产等五个方面的应用，指出下一步发展方向。
《木塑复合材料的研究进展与发展前景》(沈凡成、贾润礼《塑料助剂》2010年第1期)介绍了木塑复合材料的加工工艺和配方设计，指出木塑复合材料研究中的关键问题是复合界面的相容性。
上述文件作为对比文件，其全文引用于此。经检索，未发现生物炭作为原料用于制备木塑复合材料的文献或专利。
发明内容
为了拓展生物质热裂解产物生物炭的应用，本发明提供了一种利用生物炭制备炭塑复合材料及其生产方法。
本发明采用的具体技术方案是：
一种利用生物炭制备的炭塑复合材料，其特征是，所述复合材料包括采用如下重量份数的原料制成：
其中，生物质粉、活化生物炭与纳米碳酸钙添加量之和占原料总重之比大于50％；
其中，活化生物炭是生物炭与2-3％的马来酸酐接枝聚丙烯(商品名：MAPP)的混合物，其比表面积为1.5～2.5m2/g，孔径20～30nm；
所述生物质粉是指木粉及农业秸秆等，粉碎颗粒为80-120目，含水率小于2％；
所述生物炭为生物质在400℃～600℃下热裂解的产物，其比表面积为2.13m2/g，孔径24nm；
所述高密度聚乙烯为市售商品，其密度为0.96g/cm3以上，熔融指数为2.5-3.5g/10min，熔点为126-137℃；
所述纳米碳酸钙为市售商品，比重为2.5g/cm3，平均粒径为40-80nm，比表面积≥22m2/g，酸碱值8.5-9.7，含水率≤0.9％；
所述偶联剂马来酸酐接枝聚丙烯为市售商品，外观是白色或淡黄色颗粒，接枝率0.8-1.0％，熔融指数40g/10min；
所述增韧剂茂金属催化烯烃聚合物为半晶态丙烯与乙烯共聚物，乙烯含量15％，密度0.861g/cm3,熔融指数7.4g/10min，硬度61HRC；
所述的润滑剂为脂肪酸酯类混合物，外观是粒状物，滴落点67-77℃，比重1.005g/cm3。
本发明配方中还可以包括有工艺量的着色剂，这样能获得彩色的产品。
本发明利用生物炭制备炭塑复合材料的生产方法，步骤如下：
1)在生物炭颗粒中添加2-3wt％马来酸酐接枝聚丙烯，混合均匀后，困料1-3小时，得活化生物炭；
2)按重量比例将活化生物炭、生物质粉和纳米碳酸钙加入高混机中混合，混合温度为105℃-110℃，混合时间为15-20分钟；
3)按重量比例将前面的料与高密度聚乙烯、偶联剂、增韧剂和润滑剂常温混合，混合时间为15-20分钟；
4)将混合的原料加入平行双螺杆挤出机进行混炼造粒，挤出机主机温度为190℃-230℃，转速为40-60转/分钟，喂料机转速为6-8转/分钟，挤出机熔体压力10-15MPa，机头温度180℃，挤出速度200Kg/h，挤出后切粒；
5)将颗粒加入到锥形双螺杆挤出机挤出成型，挤出机温度在135℃-175℃之间，转速为40-50转/分钟，喂料机转速为4-5转/分钟，机头温度175℃，挤出速度600mm/min，挤出后定型冷却即可得到炭塑复合材料。
锥形双螺杆挤出机上安装的模具不同，得到的材料截面就不同，根据需要选择模具。
本发明的有益效果在于：
1)本发明通过调整适当组分的配料配方及加工助剂，有效利用了生物炭，得到了一种新型复合材料，使生物炭得到更广泛的回收利用，变废为宝，保护环境；
2)本发明改善了生物炭的相容性，使本发明制得的材料，其抗冲击性、拉伸强度等性能优于现有技术的木塑材料。
具体实施方式：
1)配方(单位：重量份)
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
生物质粉 50 40 30 20 10 0
活化生物炭 0 10 20 30 40 50
纳米碳酸钙 10 10 10 10 10 10
高密度聚乙烯 40 40 40 40 40 40
偶联剂 5 5 5 5 5 5
增韧剂 8 8 8 8 8 8
润滑剂 3 3 3 3 3 3
2)制法
按照实施例的配方进行制备：
1)在生物炭颗粒中添加2-3wt％马来酸酐接枝聚丙烯，混合均匀后，捆料1-3小时，得活化生物炭；
2)按重量比例将活化生物炭、生物质粉和纳米碳酸钙加入高混机中混合，混合温度为105℃-110℃，混合时间为15-20分钟；
3)按重量比例将前面的料与高密度聚乙烯、偶联剂、增韧剂和润滑剂等常温混合，混合时间为15-20分钟；
4)将混合的原料加入平行双螺杆挤出机进行混炼造粒，挤出机主机温度为190℃-230℃，转速为40-60转/分钟，喂料机转速为6-8转/分钟，挤出机熔体压力10-15MPa，机头温度180℃，挤出速度200Kg/h，挤出后切粒；
5)将颗粒加入到锥形双螺杆挤出机挤出成型，挤出机温度在135℃-175℃之间，转速为40-50转/分钟，喂料机转速为4-5转/分钟，机头温度175℃，挤出速度600mm/min，挤出后定型冷却即可得到炭塑复合材料。
按照标准对复合材料测试，实施例的测试结果如下：

Claims (4)

1.一种利用生物炭制备的炭塑复合材料，其特征是，所述复合材料包括采用如下重量份数的原料制成：
其中，生物质粉、活化生物炭与纳米碳酸钙添加量之和占原料总重之比大于50％；
其中，活化生物炭是生物炭与2-3％的马来酸酐接枝聚丙烯(商品名：MAPP)的混合物，其比表面积为1.5～2.5m2/g，孔径20～30nm。
2.根据权利要求1所述的利用生物炭制备的炭塑复合材料，其特征是，所述生物质粉粉碎颗粒为80-120目，含水率小于2％；所述高密度聚乙烯为市售商品，其密度为0.96g/cm3以上，熔融指数为2.5-3.5g/10min，熔点为126-137℃；所述纳米碳酸钙比重为2.5g/cm3，平均粒径为40-80nm，比表面积≥22m2/g，酸碱值8.5-9.7，含水率≤0.9％；所述偶联剂是马来酸酐接枝聚丙烯接枝率0.8-1.0％，熔融指数40g/10min；所述增韧剂茂金属催化烯烃聚合物为半晶态丙烯与乙烯共聚物，乙烯含量15％，密度0.861g/cm3,熔融指数7.4g/10min，硬度61HRC；所述的润滑剂为脂肪酸酯类混合物。
3.根据权利要求1所述的利用生物炭制备的炭塑复合材料，其特征是，还包括有工艺量的着色剂。
4.权利要求1的利用生物炭制备的炭塑复合材料的生产方法，其特征是，包括如下步骤：
1)在生物炭颗粒中添加2-3wt％马来酸酐接枝聚丙烯，混合均匀后，困料1-3小时，得活化生物炭；
2)按重量比例将活化生物炭、生物质粉和纳米碳酸钙加入高混机中混合，混合温度为105℃-110℃，混合时间为15-20分钟；
3)按重量比例将前面的料与高密度聚乙烯、偶联剂、增韧剂和润滑剂常温混合，混合时间为15-20分钟；
4)将混合的原料加入平行双螺杆挤出机进行混炼造粒，挤出机主机温度为190℃-230℃，转速为40-60转/分钟，喂料机转速为6-8转/分钟，挤出机熔体压力10-15MPa，机头温度180℃，挤出速度200Kg/h，挤出后切粒；
5)将颗粒加入到锥形双螺杆挤出机挤出成型，挤出机温度在135℃-175℃之间，转速为40-50转/分钟，喂料机转速为4-5转/分钟，机头温度175℃，挤出速度600mm/min，挤出后定型冷却即可得到炭塑复合材料。
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Inventor after: Cai Hongzhen

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