CN107955383A - 一种注塑级天然秸秆塑料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种注塑级天然秸秆塑料及其制备方法与应用，该注塑级天然秸秆塑料包括如下重量份数的原料：天然秸秆25‑65份、填充剂0‑12份、高分子树脂25‑63份以及高分子助剂4‑5份；所述制备方法包括如下步骤：将粒度为250‑350目的天然秸秆与硅藻土、高分子树脂和高分子助剂混合形成原料，并经双螺杆混炼挤出机挤出造粒后得到。所述注塑级天然秸秆塑料可取代传统热塑性树脂在日用品上的运用；本发明提供的注塑级天然秸秆塑料通过国家食品卫生指标，可直接接触食品使用。发明的注塑级天然秸秆塑料具有秸秆气味，其气味持久，芳香自然，该产品成型容易，具有秸秆纹理，可用于食品包装，用途广泛，且不易受潮发霉。

Description

一种注塑级天然秸秆塑料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及高分子材料改性技术领域以及生物质材料加工技术领域，尤其涉及一种注塑级天然秸秆塑料的制备方法及应用。
背景技术
我国是一个农业大国，水稻、小麦作为主要的经济作物，其成熟期短、种植面积广，给广大农民带来经济利益的同时，也给农民和政府制造了难题。传统的农作物秸秆处理只通过焚烧解决，这不仅给环境带来了危害，还会给农民本身增加安全隐患。随着人们对这一危害的普通认识，秸秆处理逐渐由焚烧转变为其他形式，即将秸秆通过粉碎用秸秆颗粒机可以做出颗粒燃料；也可以通过棒机做出燃料棒，还可以碳化成碳，也可以加入农家肥制作有机肥，或者制备秸秆塑料产品。
现有秸秆塑料产品或制备方法某些问题。比如秸秆塑料产品中秸秆纤维含量低；秸秆纤维处理不完全，产品表面有水纹；秸秆纤维与高分子树脂粘结力不够，容易出现“跑纤”现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种注塑级天然秸秆塑料的制备方法及应用，其制作方法安全无害，产品不易受潮发霉，具有天然秸秆气味及秸秆纹理，无毒无害，并且废弃的天然秸秆塑料可以回收再利用。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种注塑级天然秸秆塑料，包括如下重量份数的原料：天然秸秆25-65份、填充剂0-12份、高分子树脂25-63份以及高分子助剂4-5份。
进一步，本发明获得的注塑级天然秸秆塑料中，填充剂优选4-12份。
进一步，本发明获得的注塑级天然秸秆塑料中，所述天然秸秆为谷物茎叶纤维或壳纤维中的一种或两种。
进一步，本发明获得的注塑级天然秸秆塑料中，所述谷物茎叶为稻杆纤维或麦秆纤维；所述壳纤维为稻壳。
进一步，本发明获得的注塑级天然秸秆塑料中，所述填充剂包括高岭土、硅藻土、滑石粉、云母粉或碳酸钙类中的任意一种或两种以上的混合。
进一步，本发明获得的注塑级天然秸秆塑料中，所述高分子树脂包括高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、热塑性橡胶、热塑性聚氨酯中的任意一种或两种以上的混合；所述高分子助剂包括环氧大豆油、甘油、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、硬脂酸、聚乙烯蜡、马来酸酐接枝聚乙烯蜡和马来酸酐接枝聚丙烯中的任意一种或两种以上的混合。
进一步，本发明获得的注塑级天然秸秆塑料中，所述高分子助剂选自如下重量份数的组分中的任意一种或两种以上的混合：环氧大豆油或甘油0.5-1份、钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂0.5-1份、硬脂酸0.2-0.5份、聚乙烯蜡0.5-2份以及马来酸酐接枝聚丙烯0.5-2份。
一种如本发明所述注塑级天然秸秆塑料的制备方法，包括如下步骤：
1）将天然秸秆粉碎至粒度为250-350目，然后与与填充物、高分子树脂和高分子助剂混合形成原料；
2）将原料经双螺杆挤出机挤出造粒，即获得所述注塑级天然秸秆塑料。
进一步如本发明所述注塑级天然秸秆塑料的制备方法中，步骤2）包括将原料升温除水后，再经双螺杆混炼挤出机挤出造粒；
所述升温出水步骤具体如下：将天然秸秆、填充物以及高分子助剂混合并升温至80℃-95℃，再加入高分子树脂，然后升温至120℃-140℃并保温10-30分钟，即完成升温步骤。
进一步，如本发明所述注塑级天然秸秆塑料的制备方法中，所述双螺杆挤出机设有第一区至第十区以及机头区，第一区至第十区以及机头区的温度分别为：第一区125℃、第二区130℃、第三区135℃、第四区140℃、第五区145℃、第六区150℃、第七区155℃、第八区160℃、第九区165℃、第十区165℃、机头区170℃。
如本发明所述注塑级天然秸秆塑料在制备地板、文具、玩具、日常生活用品中的应用。
本发明提供的注塑级天然秸秆塑料为秸秆处理找到了新的方向：通过将秸秆与高分子树脂进行复合，在解决秸秆焚烧的同时，又降低了石油副产品的使用，减少温室气体CO2的排放。
本发明对天然秸秆有了新的定义，天然秸秆不仅仅局限于麦杆纤维和稻杆纤维，还加入了稻壳，使得原料更加多样化。此外，本发明在天然秸秆塑料加工工艺方面做了改进，在混合前期就已加入高分子助剂，使得天然秸秆的表面处理更加均匀，加强其与高分子树脂的粘结力，因此材料的整体性能得到提升。不仅如此，天然秸秆塑料的用途范围也得到扩大，可通过改变高分子树脂基材的种类或配比满足不同产品的要求，材料选择更具有针对性，产品设计更具功能化。
本申请针对现有秸秆塑料产品的缺陷提出了解决方法，并且对申请人前期申请“一种秸秆塑料及其生产方法”（201610965603.4）做了进一步地补充和说明，其中包括对原材料的选用和含量做了更详细的说明；原材料处理和加工工艺更加完善；产品更注重功能化，具体而言，本发明的有益效果体现在：
1.本发明所制得的注塑级天然秸秆塑料，符合国家食品卫生指标，可做食品外包装，直接接触食品使用。
2.本发明所制得的注塑级天然秸秆塑料，拉伸强度达到12-24MPa，弯曲强度达到8-15MPa，密度在0.95-1.15g/cm3，模具收缩率小，并且部分指标可根据产品需要进行调节。
3.本发明所制得的注塑级天然秸秆塑料，改变了传统秸秆制品以模压方式加工，产品加工简单，即降低了能源消耗，又提高了生产效率。
4.本发明的提供了一种新的秸秆处理方法，摈弃了以往的秸秆焚烧的处理方法，减少了焚烧产生的环境污染，实现了秸秆的废物再利用，提高了其经济价值。
5.本发明提供的注塑级天然秸秆塑料减少了不可降解塑料的使用，减缓石油危机。
6.本发明注塑级天然秸秆塑料具有秸秆气味和纹理，其气味持久，芳香自然。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。以下实施例中使用的原料和设备如非特别说明均为市售。
实施例1
本实施例提供了一种制备注塑级天然秸秆塑料的方法，制备原料为：秸秆、硅藻土、高分子树脂和高分子助剂。
将上述原料按如下重量份数称取：天然秸秆（小麦秸秆，粉碎至350目）55份、填充剂硅藻土5份、高分子树脂35份以及高分子助剂5份；其中，高分子树脂为线性低密度聚乙烯（广州石化/DFDA-7042）；高分子助剂为环氧大豆油（南通海洱玛/ CPW）、钛酸酯偶联剂（扬州天扬化工/A9）、聚乙烯蜡（南京瑞赛得/CPW）按2:1:1比例混合后获得。
该秸秆塑料具体生产工艺如下：
1.将天然秸秆、填充剂和部分高分子助剂（本实施例中步骤1所添加的高分子助剂为高分子助剂总量的1/2，具体操作中可以根据实际情况确定）混合并升温至85℃得到混合物A；
2.将剩余高分子助剂加入到混合物A中，然后升温至120℃并保温10分钟以进行除水处理后，冷却加入高分子树脂得到混合物B；
3.将混合物B置于双螺杆混炼挤出机中，在125℃-170℃条件下挤出造粒。所述双螺杆挤出机螺杆直径为75mm，长径比为40；
该双螺杆挤出机设有第一区至第十区以及机头区，第一区至第十区以及机头区的温度分别为：第一区125℃、第二区130℃、第三区135℃、第四区140℃、第五区145℃、第六区150℃、第七区155℃、第八区160℃、第九区165℃、第十区165℃、机头区170℃。
4.将步骤3获得的粒子置于成型机械中注塑成型，注塑温度在160-190℃，压力在40-120MPa。
所述双螺杆挤出机设有第一区至第十区以及机头区，第一区至第十区以及机头区的温度分别为：第一区125℃、第二区130℃、第三区135℃、第四区140℃、第五区145℃、第六区150℃、第七区155℃、第八区160℃、第九区165℃、第十区165℃、机头区170℃。
本实施例获得的产品可用于制备注塑地板，密度位1.163g/cm3冲击强度达到56KJ/m2（检测标准参照GB/T 1843-2008），较之于普通木塑地板（本实施例中以上海夏企建筑装饰 材料有限公司的木塑地板为例）提高8%；表面更耐磨，使用寿命更长。
实施例2
本实施例提供了一种制备注塑级天然秸秆塑料的方法，所需原料为稻壳、滑石粉（填充剂）、高分子树脂和高分子助剂。
将上述原料按如下重量份数称取：稻壳（粉碎至300目）65份、滑石粉5份、高分子树脂25份以及高分子助剂5份。
其中，高分子树脂为高密度聚乙烯（伊朗石化/HB0035）、线性低密度聚乙烯（广州石化/DFDA-7042）按质量比3:1比例混合，高分子助剂为甘油(常州蓝亚新材料科技有限公/LY-95)、钛酸酯偶联剂（扬州天扬化工/A9）和聚乙烯蜡(南京瑞赛得/ CPW)按质量比2:2:1比例混合。
本实施例产品具体生产工艺同实施例1，所获得的产品可制备注塑地板。
实施例3
本实施例提供了一种注塑级天然秸秆塑料的方法，所需原料为稻壳（天然秸秆）、云母粉（填充剂）、高分子树脂和高分子助剂。
将上述原料按如下重量份数称取：稻壳（粉碎至250目）32份、硅藻土12份、高分子树脂52份以及高分子助剂4份；其中，高分子树脂为聚丙烯，高分子助剂为钛酸酯偶联剂（扬州天扬化工/A9）和马来酸酐接枝聚丙烯（宁波能之光新材料科技股份有限公司/GPM200A）按重量比1:1复配后获得的；
本实施例产品具体生产工艺同实施例1，本实施例或的的材料可制作饭盒，口杯等日用品。
经检测，本实施例获得的产品熔融指数18g/10min（检测标准GB/T 3682-2000）,相较于现有秸秆纤维材料（台州五麦香生物科技有限公司提供的市售差评）提高20%，产品更加容易成型，尤其是薄壁产品；产品表面光滑。
实施例4
本实施例提供了一种制备注塑级天然秸秆塑料的方法，所需原料为麦秸秆、高岭土（填充剂）、高分子树脂和高分子助剂。
将上述原料按如下重量份数称取：麦秸秆（粉碎至300目）50份、高岭土10份、高分子树脂35份以及高分子助剂5份。其中，高分子树脂为聚丙烯（中石化/HP500P）；高分子助剂为环氧大豆油、钛酸酯偶联剂（扬州天扬化工/A9）、马来酸酐接枝聚丙烯（宁波能之光新材 料科技股份有限公司/GPM200A）和聚乙烯蜡（南京瑞赛得/ CPW）按重量比2:1:1:1复配后获得。
本实施例产品具体生产工艺同实施例1。
本实施例获得的材料具有秸秆含量高达45%；比重为1.085g/cm3；成本低等特点，可做母料使用、其与聚丙烯以质量比1：1到1:1.5复配后，可制作饭盒，口杯等日用品。
实施例5
本实施例提供了一种制备注塑级天然秸秆塑料的方法，所需原料为稻秸秆、硅藻土（填充剂）、高分子树脂和高分子助剂。
将上述原料按如下重量份数称取：稻秸秆（粉碎至350目）30份、轻质碳酸钙10份、高分子树脂56份以及高分子助剂4份；其中，高分子树脂为线性低密度聚乙烯（广州石化/DFDA-7042）和聚丙烯（神华化工/1100N）按重量比1:2所形成的混合物；高分子助剂为钛酸酯偶联剂（扬州天扬化工/A9）和马来酸酐接枝聚乙烯（杭州君一化工有限公司/HD3301）按重量比1:1复配后获得。、
本实施例产品具体生产工艺同实施例1。
经检测，本实施例获得的材料刚性高，冲击强度高达28KJ/m2，弯曲模量达到2800MPa（检测标准GB/T 1843-2008、GB/T 9341-2008），不易折断，可做玩具，支架等。
实施例6
本实施例提供了一种制备注塑级天然秸秆塑料的方法，所需原料为稻壳、硅藻土（填充剂）、高分子树脂和高分子助剂。
将上述原料按如下重量份数称取：稻壳（粉碎至300目）28份、硅藻土5份、高分子树脂62份以及高分子助剂5份。其中，高分子树脂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（台湾奇美/PA-765A），高分子助剂为钛酸酯偶联剂（扬州天扬化工/A9）、聚乙烯蜡(南京瑞赛得/ CPW)按重量比1:2复配后获得。
本实施例产品具体生产工艺同实施例1。
将本实施例获得的材料置于90℃温度下老化100天（检测标准GB/T 7141-2008），其力学性能没有明显下降维卡软化点为105℃；洛氏硬度为110。该材料抗老化能力强，且不易变形，可加工面板、器械外壳等。
实施例7
本实施例提供了一种注塑级天然秸秆塑料的方法，所需原料为麦秸秆、滑石粉（填充剂）、高分子树脂和高分子助剂。
将上述原料按如下重量份数称取：麦秸秆（粉碎至350目）25份、硅藻土8份、高分子树脂63份以及高分子助剂4份。其中，高分子树脂为高密度聚乙烯(伊朗石化/HB0035)、线性聚乙烯(广州石化/DFDA-7042)和聚丙烯（神华化工/1100N）按重量比1:3:1所形成的混合物，高分子助剂为钛酸酯偶联剂（扬州天扬化工/A9）、马来酸酐接枝聚乙烯蜡（杭州君一化工有限公司/HD3301）和马来酸酐接枝聚丙烯（宁波能之光新材料科技股份有限公司/GPM200A）按重量比1:2:1复配后获得。
本实施例产品具体生产工艺同实施例1。
本实施例获得的产品具有一定的降解性，可在6个月发生降解(检测标准GB/T20197-2006 )，降解周期为12个月；该材料可用于制作盲沟，避免二次挖掘。
实施例8
本实施例提供了一种注塑级天然秸秆塑料的方法，所需原料为稻秸秆、稻壳、硅藻土（填充剂）、高分子树脂和高分子助剂。
将上述原料按如下重量份数称取：稻秸秆（粉碎至350目）25份、稻壳35份、硅藻土4份、高分子树脂32份以及高分子助剂4份。其中，高分子树脂为乙烯-醋酸乙烯共聚物（扬子巴斯夫/5110J）；高分子助剂为钛酸酯偶联剂（扬州天扬化工/A9）、硬脂酸（东马棕榈工业（张家港）有限公司/1810）和马来酸酐接枝聚乙烯蜡（杭州君一化工有限公司/HD3301）按重量比2:1:2复配后获得。
本实施例产品具体生产工艺同实施例1。
本实施例获得的材料具有良好的弹性，邵氏硬度为80；拉伸强度8.1MPa；断裂伸长率为750%，（邵氏硬度按GB/T 2411-2008检测 、拉伸强度按GB/T 1040.3-2006检测、断裂伸长率按GB/T 1040.1-2006检测）可制备手柄把手、密封圈、减震垫等，产品手感舒适，结实可靠。
实施例9
本实施例提供了一种注塑级天然秸秆塑料的方法，所需原料为麦秸秆、稻秸秆、高分子树脂和高分子助剂。
将上述原料按如下重量份数称取：麦秸秆（粉碎至300目）20份、稻秸秆30份、高分子树脂46份以及高分子助剂4份；其中，高分子树脂为热塑性聚氨酯（巴斯夫/EB85A），高分子助剂为环氧大豆油（南通海洱玛）、钛酸酯偶联剂（扬州天扬化工/A9）、硬脂酸（东马棕榈工业（张家港）有限公司/1810）和马来酸酐接枝聚乙烯蜡（杭州君一化工有限公司/HD3301）按重量比1:1:1:2复配后获得。
本实施例产品具体生产工艺同实施例1。
本实施例获得的材料可制备手柄把手、密封圈等，产品呈半透明状，手感舒适。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种注塑级天然秸秆塑料，其特征在于，包括如下重量份数的原料：天然秸秆25-65份、填充剂0-12份、高分子树脂25-63份以及高分子助剂4-5份。
2.根据权利要求1所述的注塑级天然秸秆塑料，其特征在于，所述天然秸秆为谷物茎叶纤维或壳纤维中的一种或两种。
3.根据权利要求2所述的注塑级天然秸秆塑料，其特征在于，所述谷物茎叶为稻杆纤维或麦秆纤维；所述壳纤维为稻壳。
4.根据权利要求1所述的注塑级天然秸秆塑料，其特征在于，所述填充剂包括高岭土、硅藻土、滑石粉、云母粉或碳酸钙类中的任意一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的注塑级天然秸秆塑料，其特征在于，所述高分子树脂包括高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、热塑性橡胶、热塑性聚氨酯中的任意一种或两种以上的混合；所述高分子助剂包括环氧大豆油、甘油、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、硬脂酸、聚乙烯蜡、马来酸酐接枝聚乙烯蜡和马来酸酐接枝聚丙烯中的任意一种或两种以上的混合。
6.根据权利要求5中所述的注塑级天然秸秆塑料，其特征在于，所述高分子助剂选自如下重量份数的组分中的任意一种或两种以上的混合：环氧大豆油或甘油0.5-1份、钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂0.5-1份、硬脂酸0.2-0.5份、马来酸酐接枝聚乙烯蜡0.5-2份以及马来酸酐接枝聚丙烯0.5-2份。
7.如权利要求1-6任一所述注塑级天然秸秆塑料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将天然秸秆粉碎至粒度为250-350目，然后与与填充物、高分子树脂和高分子助剂混合形成原料；
2）将原料经双螺杆挤出机挤出造粒，即获得所述注塑级天然秸秆塑料。
8.根据权利要求7所述制备注塑级天然秸秆塑料的方法，其特征在于，步骤2）包括将原料升温除水后，再经双螺杆混炼挤出机挤出造粒；
所述升温出水步骤具体如下：将天然秸秆、填充物以及高分子助剂混合并升温至80℃-95℃，再加入高分子树脂，然后升温至120℃-140℃并保温10-30分钟，即完成升温步骤。
9.根据权利要求8所述制备注塑级天然秸秆塑料的方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机设有第一区至第十区以及机头区，第一区至第十区以及机头区的温度分别为：第一区125℃、第二区130℃、第三区135℃、第四区140℃、第五区145℃、第六区150℃、第七区155℃、第八区160℃、第九区165℃、第十区165℃、机头区170℃。
10.如权利要求1-6任一所述注塑级天然秸秆塑料在制备地板、文具、玩具、日常生活用品中的应用。
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