CN107118584A - 一种秸秆纤维/废旧塑料复合材料及其制备的板材 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种秸秆纤维/废旧塑料复合材料，由以下步骤制备：（1）秸秆切割成2‑4cm小段，废旧塑料粉碎成粒径为1‑3cm颗粒，按照重量比为1：2‑3混合均匀；（2）在蒸汽压力为1.5‑3.0Mpa的条件下维持300‑400s，然后瞬间弹射蒸汽爆破，得秸秆纤维/废旧塑料复合材料。该秸秆/废旧塑料复合材料是采用瞬间弹射蒸汽爆破技术处理得到的，能充分的将废品加以利用，制备的板材强度高，性能优异，经济环保。

Description

一种秸秆纤维/废旧塑料复合材料及其制备的板材
技术领域
本发明涉及废物利用技术领域，尤其是涉及一种秸秆/废旧塑料复合材料及其制备的板材。
背景技术
塑料在给人们带来便利生活的同时，也带来大量的污染。废旧塑料包括包装材料、塑料袋、玩具以及汽车零件等，废旧塑料的处理主要有三个途径：填埋、焚烧和再生利用，废旧塑料为高分子聚合物，采用填埋的方式无法被降解，还对土壤、水等造成污染；采用焚烧的方式会产生大量的有害气体和温室气体，对环境有害；而再生利用能够发挥废旧塑料的价值，具有很大的意义。现有技术中再生利用废旧塑料的方法有改性再生、熔融再生以及制备复合材料等。
姜晓冰等在《东北林业大学学报》上公开了“聚乙烯、聚丙烯与木纤维复合制板工艺”， 过聚乙烯、聚丙烯分别与木纤维复合制板工艺的实验, 探讨了加入助剂和改变聚乙烯、聚丙烯用量对复合材料力学性能的影响。 结果表明：对纤维进行改性处理，可以明显改善木塑复合材料力学性能：塑料越细且含量为30%时复合材料力学性能基本达到中密度板材的力学性能指标。由于木材表面之间的氢键作用也使木纤维在热塑性材料中不能均匀分散，从而影响了木/塑复合材料的复合性能，因此需要通过还行改善木材表面的极性化程度，降低木材表面与热塑性材料之间的界面能差。
中国专利公开号CN103554948A公开了一种利用秸秆废旧塑料加工复合板材的工艺，其特征在于：本发明原料配方由黄豆秸秆粉末40～45%、废旧塑料颗粒30～40%、木屑20～25%、阻燃剂3～5%、复合防水板材胶8～12%、硅酸钠2～5%、纳米二氧化硅1.5～2.5%组成。其中，复合防水板材胶由氯化石蜡 5～10份、松香改性与马来酸酐树脂20～25份、阿拉伯胶20～30份、抗氧剂 10102～4份、乙醇50～60份组成。本发明以废旧塑料、秸秆以及木屑为主要原料，具有生产成本低，经济效益高的优点，同时配方中添加纳米二氧化硅，有效增加秸秆板材防水防污能力，解决普通秸秆板材易污染的缺陷。但是该发明需要对用碱或清洁剂对废旧塑料进行清洗，且需要对黄豆秸秆进行活化、分植化等，即该发明中黄豆秸秆和废旧塑料中前处理比较复杂。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种秸秆/废旧塑料复合材料及其制备的板材，该秸秆/废旧塑料复合材料是采用瞬间弹射蒸汽爆破技术处理得到的，能充分的将废品加以利用，制备的板材强度高，性能优异，经济环保。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种秸秆纤维/废旧塑料复合材料，由以下步骤制备：
（1）秸秆切割成2-4cm小段，废旧塑料粉碎成粒径为1-3cm颗粒，按照重量比为1：2-3混合均匀；
（2）在蒸汽压力为1.5-3.0Mpa的条件下维持300-400s，然后瞬间弹射蒸汽爆破，得秸秆纤维/废旧塑料复合材料。
进一步的，所述秸秆水分含量为10-15%。
进一步的，所述步骤（2）中瞬间弹射蒸汽爆破时间为0.08-0.09s。
一种利用秸秆纤维/废旧塑料复合材料制备的板材，由以下重量份数的原料制成：秸秆纤维/废旧塑料复合材料65-75份、MgO 8-12份、MgSO4 4-6份、粉煤灰12-18份和水15-20份。
进一步的，该板材由以下步骤制备：
将MgO、MgSO4、粉煤灰和水搅拌均匀后，加入秸秆纤维/废旧塑料复合材料，混合均匀，放置在模具中，固化成板材。
一种利用秸秆纤维/废旧塑料复合材料制备的板材，由以下重量份数的原料制成：秸秆纤维/废旧塑料复合材料65-75份、偶联剂6-9份和阻燃剂2-5份。
进一步的，该板材由以下步骤制备：
将原料混合均匀后，在双辊开炼机上混合10-15 min，温度为165-185℃，得混合料；混合料在160-180℃下，压力为3-5MPa下热压6-8min，然后在10-15MPa下热压3-5min，冷却后得板材。
进一步的，所述废旧塑料中热塑性塑料和热固性塑料的重量比为2-3：1。
进一步的，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550和A151按重量比1-2：1混合而成。
本发明的有益效果是：
1、本发明公开一种秸秆纤维/废旧塑料复合材料，该复合材料是采用瞬间弹射蒸汽爆破技术处理秸秆和废旧塑料，该处理方法能起到杀菌作用，且处理后的秸秆纤维和废旧塑料的相容性好，且废旧塑料中的一些有机脏污比如油脂等直接被分解，因此废旧塑料不需要清洗油污等，简化步骤。
其中秸秆在处理腔中，高压蒸汽通过扩散作用，渗透进入秸秆木质纤维细胞壁内，冷凝成液态水，使细胞壁受到润湿，纤维素结晶度提高，聚合度减小，木质素软化，秸秆内部横向联结强度下降,然后瞬间泄压，蒸汽瞬间汽化，并产生二次蒸汽，体积猛增，蒸汽的膨胀对周围细胞的细胞壁结构施加了一个剪切力，使湿润的秸秆木质纤维发生爆破，纤维细胞壁破裂，得到秸秆纤维，该该秸秆纤维长径比较大，柔韧性好，比表面积大，其中的胶质和果胶成分被除掉，极性降低，与塑料的相容性好。
而废旧塑料经过瞬间蒸汽爆破，废旧塑料的高分子网络结构被破坏，极性基团和非极性集团暴露，与秸秆纤维的相容性增加。
制备的秸秆纤维/废旧塑料复合材料强度高，秸秆纤维与废旧塑料相容性好，不需要经过化学处理，经济环保。
2、本发明制备的秸秆纤维/废旧塑料复合材料可用于制备板材，即与加粉煤灰、MgO和MgSO4 混合后固化，其中粉煤灰也是一种凝胶材料，添加MgO和MgSO4 作为耐火剂和粘合剂，其中秸秆纤维/废旧塑料复合材料可以作为强度增强材料，缓解外界应力集中，增强板材的抗冲击性能。采用秸秆纤维/废旧塑料和粉煤灰作为主要原料，能充分的实现废物利用，且该制备方法简单，制备的冲击强度为0.86-0.95KJ/m2，拉伸强度为0.2-0.31Mpa，性能优异，可以作为建筑内墙或保温墙等。
3、本发明制备的秸秆纤维/废旧塑料复合材料还可以采用熔融热压的方法制备板材，添加KH550和A151复配的偶联剂，进一步增加秸秆纤维和废旧塑料相容性，且废旧塑料中热塑性塑料和热固性塑料的重量比为2-3：1混合后制备的板材性能更好。制备方法中先低压热压，之后再高压热压，制备的板材更均匀，轻度更高，本发明制备的板材拉伸强度为41.2-48.1Mpa，静曲强度为34.2-40.6Mpa，内结合强度为1.96-2.5Mpa，性能优异，经济环保。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
以下实施例采用的瞬间弹射蒸汽爆破设备为QBS-80B型汽爆工艺试验台。
实施例1
一种秸秆纤维/废旧塑料复合材料，由以下步骤制备：
（1）秸秆切割成2-4cm小段，废旧塑料粉碎成粒径为1-3cm颗粒，按照重量比为1：2混合均匀；
（2）采用QBS-80B型汽爆工艺试验台，混合后的秸秆和废旧塑料在处理腔内，在蒸汽压力为1.5Mpa的条件下维持400s，然后瞬间弹射蒸汽爆破，得秸秆纤维/废旧塑料复合材料。
其中秸秆水分含量为10%，步骤（2）中瞬间弹射蒸汽爆破时间为0.0875s。
利用秸秆纤维/废旧塑料复合材料制备的板材，由以下重量份数的原料制成：秸秆纤维/废旧塑料复合材料65份、MgO 8份、MgSO4 4份、粉煤灰18份和水15份。
该板材由以下步骤制备：
将MgO、MgSO4、粉煤灰和水搅拌均匀后，加入秸秆纤维/废旧塑料复合材料，混合均匀，放置在模具中，固化成板材。
实施例2
一种秸秆纤维/废旧塑料复合材料，由以下步骤制备：
（1）秸秆切割成2-4cm小段，废旧塑料粉碎成粒径为1-3cm颗粒，按照重量比为1：2.5混合均匀；
（2）在蒸汽压力为1.8Mpa的条件下维持380s，然后瞬间弹射蒸汽爆破，得秸秆纤维/废旧塑料复合材料。
其中秸秆水分含量为12%，步骤（2）中瞬间弹射蒸汽爆破时间为0.0875s。
利用秸秆纤维/废旧塑料复合材料制备的板材，由以下重量份数的原料制成：秸秆纤维/废旧塑料复合材料68份、MgO 9份、MgSO4 6份、粉煤灰16份和水16份。
该板材由以下步骤制备：
将MgO、MgSO4、粉煤灰和水搅拌均匀后，加入秸秆纤维/废旧塑料复合材料，混合均匀，放置在模具中，固化成板材。
实施例3
一种秸秆纤维/废旧塑料复合材料，由以下步骤制备：
（1）秸秆切割成2-4cm小段，废旧塑料粉碎成粒径为1-3cm颗粒，按照重量比为1：2.5混合均匀；
（2）在蒸汽压力为2.5Mpa的条件下维持350s，然后瞬间弹射蒸汽爆破，得秸秆纤维/废旧塑料复合材料。
其中秸秆水分含量为13%，步骤（2）中瞬间弹射蒸汽爆破时间为0.0875s。
利用秸秆纤维/废旧塑料复合材料制备的板材，由以下重量份数的原料制成：秸秆纤维/废旧塑料复合材料70份、MgO 10份、MgSO4 5份、粉煤灰15份和水18份。
该板材由以下步骤制备：
将MgO、MgSO4、粉煤灰和水搅拌均匀后，加入秸秆纤维/废旧塑料复合材料，混合均匀，放置在模具中，固化成板材。
实施例4
一种秸秆纤维/废旧塑料复合材料，由以下步骤制备：
（1）秸秆切割成2-4cm小段，废旧塑料粉碎成粒径为1-3cm颗粒，按照重量比为1：3混合均匀；
（2）在蒸汽压力为3.0Mpa的条件下维持300s，然后瞬间弹射蒸汽爆破，得秸秆纤维/废旧塑料复合材料。
其中秸秆水分含量为14%，步骤（2）中瞬间弹射蒸汽爆破时间为0.0875s。
利用秸秆纤维/废旧塑料复合材料制备的板材，由以下重量份数的原料制成：秸秆纤维/废旧塑料复合材料72份、MgO 12份、MgSO4 4份、粉煤灰12份和水20份。
该板材由以下步骤制备：
将MgO、MgSO4、粉煤灰和水搅拌均匀后，加入秸秆纤维/废旧塑料复合材料，混合均匀，放置在模具中，固化成板材。
实施例5
一种秸秆纤维/废旧塑料复合材料，由以下步骤制备：
（1）秸秆切割成2-4cm小段，废旧塑料粉碎成粒径为1-3cm颗粒，按照重量比为1：2混合均匀；
（2）在蒸汽压力为2.8Mpa的条件下维持320s，然后瞬间弹射蒸汽爆破，得秸秆纤维/废旧塑料复合材料。
其中秸秆水分含量为15%，步骤（2）中瞬间弹射蒸汽爆破时间为0.0875s。
利用秸秆纤维/废旧塑料复合材料制备的板材，由以下重量份数的原料制成：秸秆纤维/废旧塑料复合材料65份、偶联剂6份和FT-700阻燃剂5份。其中废旧塑料中热塑性塑料和热固性塑料的重量比为2：1，偶联剂为硅烷偶联剂KH550和A151按重量比1：1混合而成。
该板材由以下步骤制备：
将原料混合均匀后，在双辊开炼机上混合10min，温度为185℃，得混合料；混合料在160℃下，压力为3MPa下热压8min，然后在10MPa下热压5min，冷却后得板材。
实施例6
一种秸秆纤维/废旧塑料复合材料，由以下步骤制备：
（1）秸秆切割成2-4cm小段，废旧塑料粉碎成粒径为1-3cm颗粒，按照重量比为1：2混合均匀；
（2）在蒸汽压力为1.5Mpa的条件下维持400s，然后瞬间弹射蒸汽爆破，得秸秆纤维/废旧塑料复合材料。
其中秸秆水分含量为10%，步骤（2）中瞬间弹射蒸汽爆破时间为0.0875s。
利用秸秆纤维/废旧塑料复合材料制备的板材，由以下重量份数的原料制成：秸秆纤维/废旧塑料复合材料68份、偶联剂7份和FT-700阻燃剂4份。其中废旧塑料中热塑性塑料和热固性塑料的重量比为2.5：1，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550和A151按重量比2：1混合而成。
该板材由以下步骤制备：
将原料混合均匀后，在双辊开炼机上混合11min，温度为180℃，得混合料；混合料在165℃下，压力为4MPa下热压7min，然后在12MPa下热压4min，冷却后得板材。
实施例7
一种秸秆纤维/废旧塑料复合材料，由以下步骤制备：
（1）秸秆切割成2-4cm小段，废旧塑料粉碎成粒径为1-3cm颗粒，按照重量比为1：2.5混合均匀；
（2）在蒸汽压力为1.8Mpa的条件下维持380s，然后瞬间弹射蒸汽爆破，得秸秆纤维/废旧塑料复合材料。
其中秸秆水分含量为12%，步骤（2）中瞬间弹射蒸汽爆破时间为0.0875s。
利用秸秆纤维/废旧塑料复合材料制备的板材，由以下重量份数的原料制成：秸秆纤维/废旧塑料复合材料70份、偶联剂8份和FT-700阻燃剂3份。其中废旧塑料中热塑性塑料和热固性塑料的重量比为2.5：1，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550和A151按重量比1.5：1混合而成。
该板材由以下步骤制备：
将原料混合均匀后，在双辊开炼机上混合13min，温度为170℃，得混合料；混合料在175℃下，压力为4MPa下热压6min，然后在14MPa下热压4min，冷却后得板材。
实施例8
一种秸秆纤维/废旧塑料复合材料，由以下步骤制备：
（1）秸秆切割成2-4cm小段，废旧塑料粉碎成粒径为1-3cm颗粒，按照重量比为1：2.5混合均匀；
（2）在蒸汽压力为2.5Mpa的条件下维持350s，然后瞬间弹射蒸汽爆破，得秸秆纤维/废旧塑料复合材料。
其中秸秆水分含量为13%，步骤（2）中瞬间弹射蒸汽爆破时间为0.0875s。
利用秸秆纤维/废旧塑料复合材料制备的板材，由以下重量份数的原料制成：秸秆纤维/废旧塑料复合材料75份、偶联剂9份和FT-700阻燃剂2份。其中废旧塑料中热塑性塑料和热固性塑料的重量比为3：1，偶联剂为硅烷偶联剂KH550和A151按重量比1：1混合而成。
该板材由以下步骤制备：
将原料混合均匀后，在双辊开炼机上混合15min，温度为165℃，得混合料；混合料在180℃下，压力为5MPa下热压7min，然后在15MPa下热压3min，冷却后得板材。
对比例1
对比例1与实施例4基本相同，不同之处在于：
一种秸秆纤维/废旧塑料复合材料，由以下步骤制备：
（1）秸秆切割成2-4cm小段，废旧塑料粉碎成粒径为1-3cm颗粒，按照重量比为1：3混合均匀，粉碎成粒径为100目粉末；其中秸秆水分含量为14%，得秸秆纤维/废旧塑料复合材料。
利用秸秆纤维/废旧塑料复合材料制备的板材，由以下重量份数的原料制成：秸秆纤维/废旧塑料复合材料72份、MgO 2份、MgSO4 4份、粉煤灰12份和水20份。
该板材由以下步骤制备：
将MgO、MgSO4、粉煤灰和水搅拌均匀后，加入秸秆纤维/废旧塑料复合材料，混合均匀，放置在模具中，固化成板材。
对比例2
对比例2与实施例8基本相同，不同之处在于：
一种秸秆纤维/废旧塑料复合材料，由以下步骤制备：
（1）秸秆切割成2-4cm小段，废旧塑料粉碎成粒径为1-3cm颗粒，按照重量比为1：2.5混合均匀，粉碎粉碎至粒径为粒径为100目粉末；其中秸秆水分含量为13%，得秸秆纤维/废旧塑料复合材料。
利用秸秆纤维/废旧塑料复合材料制备的板材，由以下重量份数的原料制成：秸秆纤维/废旧塑料复合材料75份、偶联剂9和FT-700阻燃剂2份。其中废旧塑料中热塑性塑料和热固性塑料的重量比为3：1，偶联剂为硅烷偶联剂KH550和A151按重量比1：1混合而成。
该板材由以下步骤制备：
将原料混合均匀后，在双辊开炼机上混合15min，温度为165℃，得混合料；混合料在180℃下，压力为5MPa下热压7min，然后在15MPa下热压3min，冷却后得板材。
性能检测
测试实施例1-4以及对比例1制备的板材的冲击强度和拉伸强度，其中冲击强度参照GB/T 1843-1996进行，拉伸强度参照GB/T 1446-2005，测试结果见表1。
测试实施例5-8以及对比例2制备的板材的拉伸强度、内结合强度和静曲强度，其中拉伸强度参照GB/T1040-92标准测试，速度为50mm/min；内结合强度和静曲强度参照GB/T17657-1999的标准，测试结果见表2。
表1 实施例1-4板材性能测试
表2 实施例5-8板材性能测试
由表1可以看到，实施例1-4制备的板材的冲击强度为0.86-0.95KJ/m2，拉伸强度为0.2-0.31Mpa，性能优异，可以作为建筑内墙或保温墙等。而对比例1与实施例4相比，不采用瞬间弹射蒸汽爆破技术对秸秆和废旧塑料进行处理，制备的板材性均比实施例4差，说明本发明公开的处理工艺能大大增强秸秆纤维和废旧塑料的相容性，从而板材的强度。
由表2可以看出，实施例5-8制备的板材的拉伸强度为41.2-48.1Mpa，静曲强度为34.2-40.6Mpa，内结合强度为1.96-2.5Mpa，性能优异，经济环保。而对比例2与实施例8相比，不采用瞬间弹射蒸汽爆破技术对秸秆和废旧塑料进行处理，制备的板材性能比实施例8差，说明本发明公开的处理工艺能大大增强秸秆纤维和废旧塑料的相容性，进而增加板材的综合性能。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种秸秆纤维/废旧塑料复合材料，其特征在于：由以下步骤制备：
（1）秸秆切割成2-4cm小段，废旧塑料粉碎成粒径为1-3cm颗粒，按照重量比为1：2-3混合均匀；
（2）在蒸汽压力为1.5-3.0Mpa的条件下维持300-400s，然后瞬间弹射蒸汽爆破，得秸秆纤维/废旧塑料复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种秸秆纤维/废旧塑料复合材料，其特征在于：所述秸秆水分含量为10-15%。
3.根据权利要求1所述的一种秸秆纤维/废旧塑料复合材料，其特征在于：所述步骤（2）中瞬间弹射蒸汽爆破时间为0.08-0.09s。
4.一种利用权利要求1所述的复合材料制备的板材，其特征在于：由以下重量份数的原料制成：秸秆纤维/废旧塑料复合材料65-75份、MgO 8-12份、MgSO4 4-6份、粉煤灰12-18份和水15-20份。
5.根据权利要求4所述的板材，其特征在于：由以下步骤制备：
将MgO、MgSO4、粉煤灰和水搅拌均匀后，加入秸秆纤维/废旧塑料复合材料，混合均匀，放置在模具中，固化成板材。
6.一种利用权利要求1所述的复合材料制备的板材，其特征在于：由以下重量份数的原料制成：秸秆纤维/废旧塑料复合材料65-75份、偶联剂6-9份和阻燃剂2-5份。
7.根据权利要求6所述的板材，其特征在于：由以下步骤制备：
将原料混合均匀后，在双辊开炼机上混合10-15 min，温度为165-185℃，得混合料；混合料在160-180℃下，压力为3-5MPa下热压6-8min，然后在10-15MPa下热压3-5min，冷却后得板材。
8.根据权利要求6所述的板材，其特征在于：所述废旧塑料中热塑性塑料和热固性塑料的重量比为2-3：1。
9.根据权利要求6所述的板材，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550和A151按重量比1-2：1混合而成。
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