CN107793681B - 一种改性蔗渣/塑料复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料领域，公开了一种改性蔗渣/塑料复合材料及其制备方法与应用。该复合材料的制备方法包括以下步骤：配制浓度为0.25％～3％氯化钙溶液，在25℃～50℃下通过氯化钙溶液对蔗渣纤维处理5～30min；将树脂基体与去离子水、增塑剂、增塑增强剂、交联剂、助剂按一定比例在高速混合机中预混至物料温度为50℃，再加入改性后的蔗渣纤维充分混合，得到预混物；将预混物熔融挤出，制成改性蔗渣/塑料复合材料。该方法采用氯化钙溶液对蔗渣进行改性，对环境无污染，且改性后的蔗渣纤维活性大，与树脂基体的粘合力强，得到的改性蔗渣/塑料复合材料具有良好的拉伸性能，可应用在托盘、食品包装、育种、栽培等领域。

Description

一种改性蔗渣/塑料复合材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于复合材料领域，特别涉及一种改性蔗渣/塑料复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
农业废弃植物纤维是一种广泛存在的最廉价的可再生资源。随着石油基塑料造成的白色污染日益加剧，利用可生物降解天然高分子材料替代合成高分子材料的呼声日益高涨。甘蔗渣是甘蔗制糖后的纤维素性残渣副产物，约占压榨量的24％～27％，我国是甘蔗种植的第三大国家，仅次于巴西、印度，目前我国甘蔗制糖业每年产生700万吨蔗渣，但是除少量用作造纸工业原料和饲料外，大部分作焚烧处理，既污染了环境，又造成了资源的极大浪费。甘蔗渣中纤维素约占40％～50％，蔗渣纤维分子链刚性和极性都很大且高度结晶并取向，能赋予复合材料较高的模量拉伸强度和弯曲强度，利用它来制备高分子复合材料将是其高值化利用的新途径。蔗渣结构复杂，主要由纤维素、半纤维素和木质素三部分构成。纤维素是由葡萄糖通过Β～1,4糖苷键联接而成的高分子聚合物，以聚集态存在，含有大量的结晶区，并且分子间和分子内存在大量的氢键。半纤维素结构变化随原材料的种类不同而不同，主要组成成分含有木糖、甘露糖、葡萄糖、阿拉伯糖和半乳糖等，围绕在纤维素周围，并通过纤维素的孔位深入到纤维素内部。木质素是由类苯丙烷结构组成的复杂化合物，通过化学键和半纤维素链接，包围并加固纤维素和半纤维素骨架。如此复杂的结构使蔗渣纤维活性极差，较难与其他原子或基团发生作用，直接影响了蔗渣纤维同树脂基体的粘合。因此，蔗渣纤维与树脂塑化复合前，需对蔗渣纤维进行表面改性处理。蔗渣纤维表面改性方法主要有两种：化学改性和物理改性。化学改性的方法改变了植物纤维表而的化学结构，可以改善纤维与树脂基体的界面粘结情况，有利于纤维在基体树脂中的均匀分散，从而提高复合材料的力学性能。目前化学处理的方法主要有碱处理、酸处理、接枝处理、偶联剂处理等化学改性和物理改性。化学改性主要是利用各种酸碱及氧化还原反应试剂，通过酸碱、氧化/还原等化学反应，在纤维表面引入羧基、胺基等活性或极性基团以提高纤维与树脂基体之间的粘合强度；但化学改性操作产生大量黑液，且使木质素、半纤维素大量降解，一方面是资源的浪费；另一方面对环境造成污染。物理改性如蒸汽爆破，超临界流体等不改变纤维的化学组成，但改变纤维的结构和表面性能，但这些物理改性方法较为复杂，工业化生产有一定的难度。本发明提供的改性方法采用较低浓度的无机盐氯化钙溶液在较低温度下对蔗渣进行表面改性，降低了改性成本，提高了蔗渣/塑料树脂基体的粘结强度，有利于实现工业化生产。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种改性蔗渣/塑料复合材料的制备方法。该方法采用低浓度的CaCl2溶液在低温条件下对干燥粉碎后的甘蔗渣进行处理，利用Ca2+3d层的空轨道与蔗渣纤维素羟基上的孤对电子络合，降低蔗渣纤维羟基、酚羟基之间存在较强的氢键，打破纤维素的结晶结构以及半纤维素和木质素对纤维素的包裹，促进纤维素与塑料树脂的有效接触，改善甘蔗渣与树脂基体的粘结，提高蔗渣增强复合材料的性能，实现农业废弃物甘蔗渣到复合材料等产品的高附加值转化。
本发明另一目的在于提供上述方法制备的改性蔗渣/塑料复合材料。
本发明再一目的在于提供上述改性蔗渣/塑料复合材料在托盘、食品包装、育种、栽培领域中的应用。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种改性蔗渣/塑料复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将甘蔗渣经干燥、粉碎、筛分制得粒径在40～100目间的原料；
(2)将氯化钙溶于水中，加热至完全溶于水中形成氯化钙溶液，然后保温并加入步骤(1)中得到的甘蔗渣原料，搅拌分散后进行抽滤，将所得固体进行干燥即得改性蔗渣；
(3)将树脂基体、去离子水、增塑剂、增塑增强剂、交联剂、助剂加入到高速混合机中以650～1300转/min的转速预混至物料温度为50℃然后加入步骤(2)中所得的改性蔗渣，再以650～1300转/min的转速充分混合，得到预混物；
(4)将步骤(3)所得预混物熔融挤出，制成改性蔗渣/塑料复合材料。
步骤(2)中所述的氯化钙为无水氯化钙、二水氯化钙中的至少一种；所述的氯化钙溶液的浓度(wt％)为0.25～3％，CaCl2溶液浓度太低、处理时间太短、温度太低达不到改性效果，浓度太高、时间太长、温度太高会损坏蔗渣纤维，降低复合材料的性能。
优选的，步骤(1)中所述的氯化钙溶液的浓度为1％。
步骤(2)中所述的加热是指加热至20～50℃。
步骤(2)中所述的搅拌分散的速度为1000～1500转/min，搅拌分散的时间为5～60min。
优选的，所述的搅拌分散的时间优选为30min。
步骤(2)中所述的干燥是指在70℃鼓风干燥箱中干燥12h。
步骤(3)中所述的树脂基体为PVA(聚乙烯醇)和淀粉中的至少一种；所述PVA为PVA1788、PVA1799或PVA0588中的至少一种；所述淀粉为玉米淀粉或番薯淀粉。
步骤(3)中所述的增塑剂为多羟基类增塑剂，其中优选的，多羟基类增塑剂可为乙二醇、丙三醇、聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇800、聚乙二醇1500、聚乙二醇4000、聚乙二醇6000、三羟甲基丙烷中的至少一种。
所述增塑增强剂为己内酰胺、羟烷基酰胺和二酰胺类中的至少一种，所述的二酰胺类为丁二酰胺或邻苯二酰胺；该增塑增强剂可增加复合材料的耐气候性，任何环境下都可以正常使用，较低温下长时间使用不硬化和脆化，而且添加后不挥发不迁移而保持长时间有效。
所述的交联剂为硼砂、柠檬酸中的至少一种，可封闭PVA、淀粉分子链末端羟基，避免复合材料氧化，复合材料长时间使用不发黄不老化。
优选的，所述的交联剂为硼砂。
所述助剂包括分散剂、抗氧剂、脱模剂，用以改进蔗渣在树脂基体中的浸渍性、分散性，防止加工氧化，提高制品光亮度。
优选的，所述的分散剂为TPW709或TPW113，所述的抗氧剂为抗氧剂1010，所述的脱模剂为硬脂酸类化合物，所述的硬脂酸类化合物可为硬脂酸单甘脂、硬脂酸钙或硬脂酸锌。
更优选的，所述的助剂为TPW113、抗氧剂1010和硬脂酸单甘脂。
步骤(3)中所述去离子水的质量为树脂基体质量的10～15％；所述增塑剂的质量为树脂基体质量的20～30％；所述增塑增强剂的质量为树脂基体质量的5～8％；所述交联剂的质量为树脂基体质量的0.5～1％；所述加工助剂的质量为树脂基体质量的0.5％～2％；所述的改性蔗渣的质量为树脂基体质量的5～50％；
步骤(4)中所述的熔融基础是指在单螺杆挤出机中造粒后将粒料用注塑成型机注塑成型。所述的造粒的温度区间分别为115℃、120℃、120℃和115℃；所述的注塑成型的各区间温度分别为120℃、115℃和110℃，锁模压力140kgf/cm2，注射压力55kgf/cm2。
一种由上述方法制备得到的改性蔗渣/塑料复合材料。
上述的改性蔗渣/塑料复合材料采用低浓度的CaCl2溶液处理蔗渣，无需任何酸、碱、有机溶剂，后处理简单，应用在食品包装中不会污染食品，使食品更为安全卫生，其还具有良好的拉伸性能，且使用后可在自然环境中完全降解，不会对自然环境中的水质和土质造成不利影响，因此可应用在托盘、食品包装、育种、栽培等领域。
本发明的机理为：
当CaCl2溶液作用于蔗渣纤维时，蔗渣表面性质发生了变化，Ca2+3d层的空轨道与蔗渣纤维素羟基上的孤对电子络合，改变了蔗渣纤维的结晶结构，降低纤维的结晶度，减小其晶粒尺寸；同时蔗渣纤维发生溶胀与重聚作用，纤维壁上反应性能较差的外壁受到破坏发生位移、脱除，断开纤维分子链间的氢键，打开微孔结构，大大增加纤维的表面积，提高其对试剂的可及度和化学反应活性，因此，CaCl2溶液处理能显著提高蔗渣纤维的反应活性；改善蔗渣纤维表面的物理和化学状态，进而提高蔗渣纤维与树脂基体之间的相互粘合作用。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
1、采用CaCl2溶液在低温条件下对蔗渣纤维表面进行改性处理，操作方便、经济、安全，可一步完成，处理时间短，效果好，对环境无污染；同时对纤维本体的损害较小，改性效果显著，可控性好；
2、CaCl2溶液处理可以是连续化或间歇式操作，作用方式灵活，处理批量大，生产成本低；
3、经CaCl2溶液表面处理后的蔗渣纤维活性大，与树脂基体的粘合力强，所制备的塑料/改性蔗渣复合材料具有良好的拉升性能；
4、本发明采用低浓度的CaCl2溶液处理蔗渣，无需任何酸、碱、有机溶剂，后处理简单，应用在食品包装中不会污染食品，使食品更为安全卫生；
5、本发明的复合材料是种绿色环保产品，使用后可在自然环境中完全降解，不会对自然环境中的水质和土质造成不利影响。
附图说明
图1为改性前的甘蔗渣的扫描电子显微镜照片图。
图2为实施例1中用1％氯化钙处理蔗渣后得到的改性蔗渣的扫描电子显微镜照片图。
图3为实施例5中用1％氯化钙处理蔗渣得到的改性蔗渣制备得到的改性蔗渣/聚乙烯醇/淀粉复合材料的扫描电子显微镜照片。
图4为对比例1中未经表面改性剂改性的蔗渣制备得到的蔗渣/PVA/玉米淀粉复合材料的扫描电子显微镜照片图。
图5为对比例1中用KH550改性的蔗渣制备得到的改性蔗渣/PVA/玉米淀粉复合材料的扫描电子显微镜照片图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例中所用试剂如无特殊说明，均可从市场常规购得。
实施例1
(1)将350g甘蔗渣放进鼓风干燥箱里，105℃干燥3小时后用高速粉碎机粉碎3分钟，过100目筛(扫描电镜照片如图1所示)；将氯化钙溶于水中，加热至完全溶解配制一定浓度氯化钙溶液，静置冷却至室温(25℃)，加入干燥粉粹后的甘蔗渣，以1500转/分的搅拌速度进行分散处理30分钟，用循环水式真空泵抽滤后于电热恒温鼓风干燥箱70℃下干燥12小时，得到300g改性蔗渣；
其中，用1％的氯化钙溶液处理蔗渣后得到的改性蔗渣的扫描电镜照片如图2所示。从图中可以看出改性蔗渣表面变得较为蓬松、出现尺寸较大的孔洞，表面粗糙度增加。
(2)将3000g的PVA1799、450g的去离子水、600g的丙三醇、150g的己内酰胺、15g的硼砂、15g的TPW113、15g的抗氧剂1010、20g的硬脂酸单甘酯在高速混合机中预混至物料温度为50℃，加入步骤(1)所得改性蔗渣充分混合，密封放置24h后在单螺杆挤出机中造粒(造粒的温度区间分别为115℃、120℃、120℃和115℃)；将粒料在一定的温度(温度区间分别为120℃、115℃和110℃)和一定压力(锁模压力为140kgf/cm2，注射压力为55kgf/cm2)下用注塑成型机注塑成型，得到改性蔗渣/聚乙烯醇复合材料。
用不同浓度的氯化钙溶液处理蔗渣对得到的改性蔗渣/聚乙烯醇复合材料的性能影响如下表1所示：
表1用不同浓度的氯化钙溶液处理蔗渣对得到的改性蔗渣/聚乙烯醇复合材料的性能影响(25℃，30min)
从表1中可以看出，当氯化钙溶液的浓度为0.25～3％时，用其改性的蔗渣制备得到的改性蔗渣/聚乙烯醇复合材料的拉伸强度和断裂伸长率均有所提高，且当氯化钙溶液的浓度为1％时复合材料的性能最佳。
实施例2
(1)将350g甘蔗渣放进鼓风干燥箱里，105℃干燥3小时后用高速粉碎机粉碎3分钟，过100目筛；将氯化钙溶于水中，加热至完全溶解配制质量百分比浓度为1％氯化钙溶液，保持一定温度(25℃～80℃)；加入干燥粉碎后的甘蔗渣，以1500转/分的搅拌速度进行分散处理30分钟，用循环水式真空泵抽滤后于电热恒温鼓风干燥箱70℃下干燥12小时，得到300g改性蔗渣；
(2)将3000g的PVA1799、450g的去离子水、600g的丙三醇、150g的己内酰胺、15g的硼砂、15g的TPW113、15g的抗氧剂1010、20g的硬脂酸单甘酯在高速混合机中预混至物料温度为50℃，加入步骤(1)所得改性蔗渣充分混合，密封放置24h后在单螺杆挤出机中造粒(造粒的各区间温度分别为115℃、120℃、120℃和115℃)；将粒料在一定的温度(温度区间分别为120℃、115℃和110℃)和一定压力(锁模压力为140kgf/cm2，注射压力为55kgf/cm2)下用注塑成型机注塑成型，得到改性蔗渣/聚乙烯醇复合材料。
1％的氯化钙溶液在不同温度下处理蔗渣对得到的改性蔗渣/聚乙烯醇复合材料的性能影响如下表2所示：
表2 1％的氯化钙溶液在不同温度下处理蔗渣对得到的改性蔗渣/聚乙烯醇复合材料的性能影响(30min，浓度1％)
从表2中可以看出，在50℃时对蔗渣进行改性得到的改性蔗渣/聚乙烯醇复合材料的性能最佳。
实施例3
(1)将350g甘蔗渣放进鼓风干燥箱里，105℃干燥3小时后用高速粉碎机粉碎3分钟，过100目筛；将氯化钙溶于水中，加热至完全溶解配制质量百分比浓度为1％氯化钙溶液，静置冷却至室温(25℃)；加入干燥粉碎后的甘蔗渣，以1500转/分的搅拌速度进行分散处理5～60分钟，用循环水式真空泵抽滤后于电热恒温鼓风干燥箱70℃下干燥12小时，得到300g改性蔗渣；处理30min时蔗渣纤维的扫描电镜照片与图2一致；
(2)将3000g的PVA1799、450g的去离子水、600g的丙三醇、150g的己内酰胺、15g的硼砂、15g的TPW113、15g的抗氧剂1010、20g的硬脂酸单甘酯在高速混合机中预混至物料温度为50℃，加入步骤(1)所得改性蔗渣充分混合，密封放置24h后在单螺杆挤出机中造粒(造粒的温度区间分别为115℃、120℃、120℃和115℃)；将粒料在一定的温度(温度区间分别为120℃、115℃和110℃)和一定压力(锁模压力为140kgf/cm2，注射压力为55kgf/cm2)下用注塑成型机注塑成型，得到改性蔗渣/聚乙烯醇复合材料。
1％氯化钙溶液在不同处理时间下处理蔗渣对得到的改性蔗渣/聚乙烯醇复合材料的性能影响如下表3所示：
表3氯化钙溶液在不同处理时间下处理蔗渣对得到的改性蔗渣/聚乙烯醇复合材料的性能影响(温度25℃、浓度1％)
从表3中可以看出，当用氯化钙溶液处理蔗渣时，用改性后的甘蔗渣制备得到的改性蔗渣/聚乙烯醇复合材料的拉伸强度和断裂伸长率均有所提高，且当处理30min时，氯化钙溶液处理蔗渣得到的改性蔗渣/聚乙烯醇复合材料的性能最佳。
实施例4
(1)将350g甘蔗渣放进鼓风干燥箱里，105℃干燥3小时后用高速粉碎机粉碎3分钟，过100目筛；将氯化钙溶于水中，加热至完全溶解配制一定浓度氯化钙溶液，静置冷却至室温(25℃)；加入干燥粉碎后的甘蔗渣，以1500转/分的搅拌速度进行分散处理30分钟，用循环水式真空泵抽滤后于电热恒温鼓风干燥箱70℃下干燥12小时，得到300g改性蔗渣；
(2)将3000g的玉米淀粉、450g的去离子水、600g的丙三醇、150g的己内酰胺、15g的硼砂、15g的TPW113、15g的抗氧剂1010、20g的硬脂酸单甘酯在高速混合机中预混至物料温度为50℃，加入步骤(1)所得改性蔗渣充分混合，密封放置24h后在单螺杆挤出机中造粒(造粒的温度区间分别为115℃、120℃、120℃和115℃)；将粒料在一定的温度(温度区间分别为120℃、115℃和110℃)和一定压力(锁模压力为140kgf/cm2，注射压力为55kgf/cm2)下用注塑成型机注塑成型，得到改性蔗渣/淀粉复合材料。
用不同浓度的氯化钙溶液处理蔗渣对得到的改性蔗渣/淀粉复合材料的性能影响如下表4所示：
表4不同浓度的氯化钙溶液处理蔗渣对得到的改性蔗渣/淀粉复合材料的性能影响(温度25℃，30min)
从表4可以看出，当氯化钙溶液的浓度为1％时，得到的改性蔗渣/淀粉复合材料的性能最佳。
实施例5
(1)将350g甘蔗渣放进鼓风干燥箱里，105℃干燥3小时后用高速粉碎机粉碎3分钟，过100目筛；将氯化钙溶于水中，加热至完全溶解配制一定浓度氯化钙溶液，静置冷却至室温(25℃)；加入干燥粉碎后的甘蔗渣，以1500转/分的搅拌速度进行分散处理30分钟，用循环水式真空泵抽滤后于电热恒温鼓风干燥箱70℃下干燥12小时，得到300g改性蔗渣；处理30min时蔗渣纤维的扫描电镜照片与图2一致；
(2)将1200g的PVA1799、1800g的玉米淀粉、450g的去离子水、600g的丙三醇、150g的己内酰胺、15g的硼砂、15g的TPW113、15g的抗氧剂1010、20g的硬脂酸单甘酯在高速混合机中预混至物料温度为50℃，加入步骤(1)所得改性蔗渣充分混合，密封放置24h后在单螺杆挤出机中造粒(造粒的温度区间分别为115℃、120℃、120℃和115℃)；将粒料在一定的温度(温度区间分别为120℃、115℃和110℃)和一定压力(锁模压力为140kgf/cm2，注射压力为55kgf/cm2)下用注塑成型机注塑成型，得到改性蔗渣/聚乙烯醇/淀粉复合材料。
用不同浓度的氯化钙溶液处理蔗渣对得到的改性蔗渣/聚乙烯醇/淀粉复合材料的性能影响如下表5所示：
表5不同浓度的氯化钙溶液处理蔗渣对得到的改性蔗渣/聚乙烯醇/淀粉复合材料的性能影响
从表5中可以看出，当氯化钙溶液的浓度为1％时，得到的改性蔗渣/聚乙烯醇/淀粉复合材料的性能最佳，此时得到的改性蔗渣/聚乙烯醇/淀粉复合材料的扫描电子显微镜照片如图3所示。
实施例6
(1)将350g甘蔗渣放进鼓风干燥箱里，105℃干燥3小时后用高速粉碎机粉碎3分钟，过100目筛；将氯化钙溶于水中，加热至完全溶解配制一定浓度氯化钙溶液，静置冷却至室温(25℃)；加入干燥粉碎后的甘蔗渣，以1500转/分的搅拌速度进行分散处理30分钟，用循环水式真空泵抽滤后于电热恒温鼓风干燥箱70℃下干燥12小时，得到300g改性蔗渣；
(2)将1200g的PVA1788、1800g的玉米淀粉、450g的去离子水、600g的丙三醇、150g的己内酰胺、15g的硼砂、15g的TPW113、15g的抗氧剂1010、20g的硬脂酸单甘酯在高速混合机中预混至物料温度为50℃，加入步骤(1)所得改性蔗渣充分混合，密封放置24h后在单螺杆挤出机中造粒(造粒的温度区间分别为115℃、120℃、120℃和115℃)；将粒料在一定的温度(温度区间分别为120℃、115℃和110℃)和一定压力(锁模压力为140kgf/cm2，注射压力为55kgf/cm2)下用注塑成型机注塑成型，得到改性蔗渣/聚乙烯醇/淀粉复合材料。
用不同浓度的氯化钙溶液处理蔗渣对得到的改性蔗渣/聚乙烯醇/淀粉复合材料的性能影响如下表6所示：
表6不同浓度的氯化钙溶液处理蔗渣对得到的改性蔗渣/聚乙烯醇/淀粉复合材料的性能影响
从表6中可以看出，当氯化钙溶液的浓度为1％时，得到的改性蔗渣/聚乙烯醇/淀粉复合材料的性能最佳。
实施例7
(1)将350g甘蔗渣放进鼓风干燥箱里，105℃干燥3小时后用高速粉碎机粉碎3分钟，过100目筛；将氯化钙溶于水中，加热至完全溶解配制一定浓度氯化钙溶液，静置冷却至室温(25℃)；加入干燥粉碎后的甘蔗渣，以1500转/分的搅拌速度进行分散处理30分钟，用循环水式真空泵抽滤后于电热恒温鼓风干燥箱70℃下干燥12小时，得到300g改性蔗渣；
(2)将1000g的PVA1799、200g的PVA0588、1800g的玉米淀粉、450g的去离子水、600g的丙三醇、150g的己内酰胺、15g的硼砂、15g的TPW113、15g的抗氧剂1010、20g的硬脂酸单甘酯在高速混合机中预混至物料温度为50℃，加入步骤(1)所得改性蔗渣充分混合，密封放置24h后在单螺杆挤出机中造粒(造粒的温度区间分别为115℃、120℃、120℃和115℃)；将粒料在一定的温度(温度区间分别为120℃、115℃和110℃)和一定压力(锁模压力为140kgf/cm2，注射压力为55kgf/cm2)下用注塑成型机注塑成型，得到改性蔗渣/聚乙烯醇/淀粉复合材料。
用不同浓度的氯化钙溶液处理蔗渣对得到的改性蔗渣/聚乙烯醇/淀粉复合材料的性能影响如下表7所示：
表7不同浓度的氯化钙溶液处理蔗渣对得到的改性蔗渣/聚乙烯醇/淀粉复合材料的性能影响
从表7中可以看出，当氯化钙溶液的浓度为1％时，得到的改性蔗渣/聚乙烯醇/淀粉复合材料的性能最佳。
从实施例1～7中可以看出，蔗渣经氯化钙溶液处理，与树脂基体的粘合性能均有所提高，其中以氯化钙溶液浓度为1％、温度为25～50℃处理时间为30min时的处理效果最好，蔗渣与树脂基体的粘合力提高最多、复合材料的性能也最佳。
对比实施例1
(1)将350g甘蔗渣放进鼓风干燥箱里，105℃干燥3小时后用高速粉碎机粉碎3分钟，过100目筛；采用表面改性剂(分别采用氨基硅烷KH550、平均分子量为10000的聚乙二醇PEG，马来酸酐MA)对粉碎干燥后的蔗渣进行表面改性：将表面改性剂以无水乙醇溶解，在充分搅拌下与蔗渣纤维(其中表面改性剂用量相对于蔗渣纤维质量分数均为2％)混合均匀，并置于通风橱内使溶剂完全挥发；然后将表面改性剂的蔗渣纤维在开炼机上于150℃温度下碾压30～40秒，使表面改性剂和蔗渣纤维表面充分反应或混合，得到改性蔗渣纤维。同时设置不添加表面活性剂的空白对照组。
(2)将1200g的PVA1799、1800g的玉米淀粉、450g的去离子水、600g的丙三醇、150g的己内酰胺、15g的硼砂、15g的TPW113、15g的抗氧剂1010、20g的硬脂酸单甘酯在高速混合机中预混至物料温度为50℃，加入步骤(1)所得改性蔗渣纤维充分混合，密封放置24h后在单螺杆挤出机中造粒(造粒的温度区间分别为115℃、120℃、120℃和115℃)；将粒料在一定的温度(温度区间分别为120℃、115℃和110℃)和一定压力(锁模压力140kgf/cm2，注射压力55kgf/cm2)下用注塑成型机注塑成型，得到表面改性剂改性的蔗渣/聚乙烯醇/淀粉复合材料。
其中，未对蔗渣纤维进行改性得到的蔗渣/聚乙烯醇/淀粉复合材料、用KH550对蔗渣纤维进行改性得到的蔗渣/聚乙烯醇/淀粉复合材料的扫描电子显微镜照片分别如图4、5所示。将实施例5中的图3与对比实施例1中的图4、图5比较可知，用氯化钙溶液改性蔗渣得到的蔗渣/聚乙烯醇/淀粉复合材料的界面模糊，蔗渣纤维进一步被复合材料其他组分包裹，丝状物明显增多，显示出相容性提高。
不同的改性方式对得到的蔗渣/聚乙烯醇/淀粉复合材料的性能影响如下表8所示，从表8中可知，与未经改性剂处理得到的蔗渣/聚乙烯醇/淀粉复合材料相比，表面改性剂KH550、PEG、MA处理蔗渣均能使蔗渣/聚乙烯醇/淀粉复合材料的拉伸轻度和断裂伸长率有所提高，但改性效果均不如用氯化钙溶液处理蔗渣得到的蔗渣/聚乙烯醇/淀粉复合材料。
表8不同改性方式对得到的蔗渣/聚乙烯醇/淀粉复合材料的性能影响
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种改性蔗渣/塑料复合材料的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：
(1)将甘蔗渣经干燥、粉碎、筛分制得粒径在40～100目间的原料；
(2)将氯化钙溶于水中，加热至完全溶于水中形成氯化钙溶液，然后保温并加入步骤(1)中得到的甘蔗渣原料，搅拌分散后进行抽滤，将所得固体进行干燥即得改性蔗渣；
(3)将树脂基体、去离子水、增塑剂、增塑增强剂、交联剂、助剂加入到高速混合机中以650～1300转/min的转速预混至物料温度为50℃， 然后加入步骤(2)中所得改性蔗渣，再以650～1300转/min的转速充分混合，得到预混物；
(4)将步骤(3)所得预混物熔融挤出，制成改性蔗渣/ 塑料复合材料；
步骤(2)中所形成的氯化钙溶液的浓度为0.25～3wt％。
2.根据权利要求1所述的改性蔗渣/塑料复合材料的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的氯化钙为无水氯化钙、二水氯化钙中的至少一种，所述的加热是指加热至20～50℃；
步骤(2)中所述的搅拌分散的速度为1000～1500转/min，搅拌分散的时间为5～60min；
步骤(2)中所述的干燥是指在70℃鼓风干燥箱中干燥12h。
3.根据权利要求1所述的改性蔗渣/塑料复合材料的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所形成的氯化钙溶液的浓度为1％；步骤(2)中所述的搅拌分散的时间为30min。
4.根据权利要求1所述的改性蔗渣/塑料复合材料的制备方法，其特征在于：
步骤(3)中所述的树脂基体为PVA和淀粉中的至少一种；所述的PVA 为PVA1788、PVA1799或PVA0588中的至少一种；所述淀粉为玉米淀粉或番薯淀粉；所述的增塑剂为多羟基增塑剂；所述的增塑增强剂为己内酰胺、羟烷基酰胺和二酰胺类中的至少一种，所述的二酰胺类为丁二酰胺或邻苯二酰胺；所述的交联剂为硼砂、柠檬酸中的至少一种；所述的助剂包括分散剂、抗氧剂、脱模剂。
5.根据权利要求1所述的改性蔗渣/塑料复合材料的制备方法，其特征在于：
步骤(3)中所述的增塑剂为乙二醇、丙三醇、聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇800、聚乙二醇1500、聚乙二醇4000、聚乙二醇6000、三羟甲基丙烷中的至少一种；所述的交联剂为硼酸；所述的助剂为TPW113、抗氧剂1010和硬脂酸单甘脂。
6.根据权利要求1所述的改性蔗渣/塑料复合材料的制备方法，其特征在于：
步骤(3)中所述去离子水的质量为树脂基体质量的10～15％；所述增塑剂的质量为树脂基体质量的20～30％；所述增塑增强剂的质量为树脂基体质量的5～8％；所述交联剂的质量为树脂基体质量的0.5～1％；所述助剂的质量为树脂基体质量的0.5％～2％；所述的改性蔗渣的质量为树脂基体质量的5～50％。
7.根据权利要求1所述的改性蔗渣/塑料复合材料的制备方法，其特征在于：
步骤(4)中所述的熔融挤出是指在单螺杆挤出机中造粒后将粒料用注塑成型机注塑成型；所述的造粒的温度区间分别为115℃、120℃、120℃和115℃；所述的注塑成型的各区间温度分别为120℃、115℃和110℃，锁模压力140kgf/cm2，注射压力55kgf/cm2。
8.一种根据权利要求1～7任一项所述的方法制备得到的改性蔗渣/塑料复合材料。
9.根据权利要求8所述的改性蔗渣/塑料复合材料在托盘、食品包装、育种、栽培领域中的应用。
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