CN108117712A

CN108117712A - 一种可塑秸秆门窗型材专用料的制备方法

Info

Publication number: CN108117712A
Application number: CN201711121255.3A
Authority: CN
Inventors: 包黎霞; 王继亮; 董顺平
Original assignee: Yunnan University YNU
Current assignee: Yunnan University YNU
Priority date: 2017-11-14
Filing date: 2017-11-14
Publication date: 2018-06-05

Abstract

一种可塑秸秆门窗型材专用料的制备方法，其特点是将秸秆粉粹后，在双螺杆挤出机中通过反应性挤出的方式实现秸秆粉与功能性单体的表面接枝聚合，使改性后的秸秆粉具有热塑性，然后将可热塑加工的秸秆粉与流动性氯乙烯共聚物、加工助剂、填料混合均匀，并挤出造粒，即得可塑秸秆门窗型材专用料。通过调节各组分的比例和加工工艺，可获得不同秸秆含量的门窗型材专用料。该专用料具有原料来源广泛、价格低廉、可持续、可降解、易热塑成型、保温性优良、无毒无害等优点，可用于制备各种类型的门窗型材。

Description

一种可塑秸秆门窗型材专用料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种可塑秸秆门窗型材专用料的制备方法，属于功能高分子材料的制备与改性领域。

背景技术

在建筑围护结构中，虽然门窗系统所占面积小，但因其保温隔热性相对较差，通过门窗损失的热量极大，约占建筑围护部件总能耗的40％～50％。因此，门窗材质与设计是影响建筑能耗的主要因素之一，是建筑节能课题中的重要研究方向。经过多年研究与发展，该领域的研发人员在节能门窗结构设计及门窗关键材料的选择、节能门窗的遮阳技术和门窗的耗能模拟技术等方面取得了显著成果。其中，框架材料是门窗型材系统中的重要组成部分，其投影面积约占整个门窗洞口面积的15％～20％，框架材料的选择与装配方式直接影响门窗的密封性以及门窗使用过程中的耐久、保温等性能，并对玻璃系统的各项性能产生较大影响。因此，降低框架材料的热量传递，减少框架缝隙的热量对流，是改善门窗保温性能的有效方法。

另一方面，随着人们环保意识的增强，以废旧物资回收利用和资源综合利用为核心的循环型经济发展模式已日渐成为世界经济发展的主要趋势。大力开发资源循环利用技术，将对国民经济发展和环境可持续发展产生深远影响。近年来，利用废旧塑料和可再生的木制纤维制备木塑复合材料逐渐引起政府和相关研究人员的重视。

目前，人们在使用秸秆类可再生木质纤维时，大都是直接进行燃烧，从而引起显著的二次危害，主要表现为：1、造成严重的大气污染，危害人体健康。焚烧秸秆时，大气中二氧化硫的浓度是平时的2倍，二氧化氮、可吸入颗粒物的浓度是平时的4倍。当可吸入颗粒物浓度达到一定程度时，对人的眼睛、鼻子和咽喉含有黏膜的部分刺激较大，轻则造成咳嗽、胸闷、流泪，严重时可能导致支气管炎发生。2 、引发火灾。焚烧秸秆时极易引燃周围的易燃物，导致“火烧连营”既可能危害他人生命安全，也可能造成严重的经济损失。3、影响道路交通和航空安全。焚烧秸秆形成的烟雾，造成空气能见度下降，直接影响民航、铁路、高速公路的正常运营，容易引发交通事故。其他有关秸秆的利用方式，如秸秆发电、利用秸秆制沼气、秸秆饲料、秸秆基木塑复合材料等，均有各自难以解决的缺陷，而且总体来说秸秆的利用率较低、附加值不显著。因此，探索其他高附加值、高利用率的秸秆使用方法则是势在必行。而本发明所述的可塑秸秆门窗型材专用料其主要原材料为秸秆和各类木质纤维，来源广泛，价格低廉，为无毒无害的天然大分子，在制备门窗型材的过程无需添加铅盐稳定剂等有毒有害物质，不会对环境和生产、使用人员造成危害。相对其他材料，比如铝型材，秸秆材料的热导率低，比热容大，可有效降低热量的流失，表现出良好的保温性能。另外，可塑秸秆门窗型材专用料中秸秆含量较高，可有效增加秸秆的使用量，从而对环境保护、增加农民收入、减少二氧化碳排放、减少因秸秆燃烧而引起的环境和安全问题均具有显著的效应。

目前，尚未见可热塑加工秸秆材料的相关报道。因此，可塑秸秆门窗型材专用料的开发与使用对于降低能耗、倡导环境和谐、实现材料的可持续发展具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有材料的不足而提出的一种可塑秸秆门窗型材专用料的制备方法，其特点是将秸秆粉粹后，通过反应性挤出实现秸秆的表面接枝聚合，使改性后的秸秆粉具有优良的热塑性，然后与高流动性氯乙烯共聚物、加工助剂、填料等混合均匀，挤出造粒得到可塑秸秆门窗型材专用料。

本发明涉及一种可塑秸秆门窗型材专用料的制备方法，包括以下步骤：

（1）回收各类秸秆并粉碎，粉粹后的秸秆粉尺寸为40～200目，并在强碱溶液中活化处理10～20小时，然后过滤，用去离子水冲洗粉料，直至滤液的PH值接近7，收集经活化处理的秸秆粉料，进行干燥，使其含水量低于0.1%；

（2）将活化处理后的秸秆粉、功能性单体、引发剂及分散剂按质量比100:10～20:0.5～2:1～10于高速搅拌机中混合均匀，然后在双螺杆挤出机中于100～140℃条件下进行反应性挤出，即得接枝改性的秸秆干粉料；

（3）将上述秸秆干粉料、高流动性氯乙烯共聚物、加工助剂及填料按质量比100:10～30:1～10:0～20于高速搅拌机中混合均匀，将所得混料在双螺杆造粒机中于140～180℃进行挤出造粒，即得可塑秸秆门窗型材专用料。

所述步骤（1）中，所述秸秆为麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、棉花秸秆、甘蔗渣、竹粉、木粉、谷糠、椰壳、大豆皮、花生壳中的至少一种。

所述步骤（1）中，所述强碱溶液为氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化锂(LiOH)水溶液中的一种，其质量百分比大于等于10wt.%。

所述步骤（2）中，所述功能性单体为甲基丙烯酸、丙烯酸、马来酸酐、乙酸酐、丙酸酐、丁二酸酐、苯甲酸酐、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯中的至少一种。

所述步骤（2）中，所述引发剂为过氧化二苯甲辛、过氧化丁二酸、过氧化戊二酸、二叔丁基过氧化物、过氧化苯甲酸叔丁酯、叔丁基过氧化特戊酸酯、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰中的一种。

所述步骤（2）中，所述分散剂为聚乙烯醇、羟甲基纤维素、羟丙基纤维素、羧基纤维素、羧基纤维素钠、明胶、海藻酸钠、聚乙烯基吡咯烷酮中的至少一种。

所述步骤（3）中，所述高流动性氯乙烯共聚物为聚合度为200～1000的乙烯氯乙烯共聚物、丙烯氯乙烯共聚物、丙烯酸氯乙烯共聚物、醋酸乙烯氯乙烯共聚物、苯乙烯氯乙烯共聚物、丙烯酸酯氯乙烯共聚物、丙烯腈氯乙烯共聚物中的至少一种。

所述步骤（3）中，所述加工助剂为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、柠檬酸酯、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、羟基聚乙烯蜡、钙锌稳定剂、光稳定剂、氯化聚乙烯、抗冲型ACR、丁腈橡胶、磷酸酯、亚磷酸酯中的至少一种。

所述步骤（3）中，所述填料为二氧化钛、碳酸钙、二氧化硅、高岭土、滑石粉、云母粉、硅藻土、硅酸盐类矿物质中的至少一种。

本发明具有以下优点：

（1）本发明所制备的可塑秸秆门窗型材专用料具有原材料（各类秸秆）来源广泛、价格低廉、可持续的特点，可部分取代现有的塑钢、铝合金门窗；

（2）本发明所制备的可塑秸秆门窗型材专用料具有无毒、卫生、可降解、绿色环保的特点，其中秸秆的主要成分为木质素、纤维素、半纤维素等无毒无害的天然大分子，安全性和可降解性优良；

（3）可塑秸秆门窗型材专用料的加工性能好，克服了天然木材耐用性差、易潮、易腐、易蛀等缺点，由其制备的门窗具有优良的阻燃性和保温性能，且质轻、使用寿命长。

附图说明

图1引发剂浓度对改性秸秆粉接枝率的影响。

图2改性玉米秸秆含量对制品力学性能的影响。

具体实施例

下面通过具体实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的熟练技术人员可以根据上述发明的内容对本发明作出一些非实质性的改进和调整。

实施例1

将玉米秸秆进行回收、粉碎，粉粹后的玉米秸秆颗粒尺寸为40目。称取40目的玉米秸杆粉2000 g，投入20 L反应釜中，向反应釜中加入15wt.%的氢氧化钠水溶液6L，浸泡10小时。然后过滤，并用去离子水冲洗粉料，直至滤液的pH值约等于7，收集经活化处理后的秸秆粉料，进行干燥，使其含水量小于0.1%。

在高速搅拌机中依次加入活化后的干燥玉米秸秆粉1000 g、甲基丙烯酸100 g、过氧化苯甲酰5 g、聚乙烯醇10 g，混合均匀，将混匀的物料在双螺杆挤出机中进行反应性挤出，加工温度为100℃，即得接枝改性的玉米秸秆干粉料。

在高速搅拌机中依次加入上述的玉米秸秆干粉料1000 g、聚合度为200的乙烯氯乙烯共聚物100 g、加工助剂10 g（其中邻苯二甲酸二甲酯7 g、聚乙烯蜡0.5 g、钙锌稳定剂0.5 g、丁腈橡胶1 g、光稳定剂1 g）、二氧化钛50g，混合均匀，将所得混料在双螺杆挤出机中进行挤出造粒，加工温度为140℃，所得粒料即为可塑玉米秸秆门窗型材专用料。

实施例2

将杨木材进行回收、粉碎，粉粹后的杨木粉尺寸为100目。称取100目的杨木粉2000 g，投入20 L反应釜中，向反应釜中加入10wt.%的氢氧化钠水溶液6L，浸泡15小时。然后过滤，并用去离子水冲洗粉料，直至滤液的pH值约等于7，收集经活化处理后的秸秆粉料，进行干燥，使其含水量小于0.1%。

在高速搅拌机中依次加入活化后的干燥杨木粉1000 g、马来酸酐150 g、过氧化苯甲酸叔丁酯12 g、羟甲基纤维素60 g，混合均匀，将混匀的物料在双螺杆挤出机中进行反应性挤出，加工温度为120℃，即得接枝改性的杨木干粉料。

在高速搅拌机中依次加入上述的杨木干粉料1000 g、聚合度为600的丙烯氯乙烯共聚物200 g、加工助剂60 g（其中邻苯二甲酸二丁酯42 g、氧化聚乙烯蜡3 g、钙锌稳定剂3g、抗冲ACR 6 g、光稳定剂6 g）、二氧化硅120g，混合均匀，将所得混料在双螺杆挤出机中进行挤出造粒，加工温度为160℃，所得粒料即为可塑杨木粉门窗型材专用料。

实施例3

将棉花秸秆进行回收、粉碎，粉粹后的棉花秸秆颗粒尺寸为200目。称取200目的棉花秸杆粉2000 g，投入20 L反应釜中，向反应釜中加入20wt.%的氢氧化钾水溶液6L，浸泡20小时。然后过滤，并用去离子水冲洗粉料，直至滤液的pH值约等于7，收集经活化处理后的秸秆粉料，进行干燥，使其含水量小于0.1%。

在高速搅拌机中依次加入活化后的干燥棉花秸秆粉1000 g、苯甲酸酐200 g、过氧化月桂酰20 g、羧基纤维素钠100 g，混合均匀，将混匀的物料在双螺杆挤出机中进行反应性挤出，加工温度为140℃，即得接枝改性的棉花秸秆干粉料。

在高速搅拌机中依次加入上述的棉花秸秆干粉料1000 g、聚合度为1000的苯乙烯氯乙烯共聚物300 g、加工助剂100 g（其中柠檬酸酯70 g、羟基聚乙烯蜡5 g、钙锌稳定剂5g、丁腈橡胶10 g、亚磷酸酯10 g）、碳酸钙200g，混合均匀，将所得混料在双螺杆挤出机中进行挤出造粒，加工温度为180℃，所得粒料即为可塑棉花秸秆门窗型材专用料。

Claims

1.一种可塑秸秆门窗型材专用料的制备方法，其特点是该秸秆门窗型材专用料的制备包括以下步骤：

2.按权利要求1所述一种可塑秸秆门窗型材专用料的制备方法，其特征在于秸秆为麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、棉花秸秆、甘蔗渣、竹粉、木粉、谷糠、椰壳、大豆皮、花生壳中的至少一种。

3.按权利要求1所述一种可塑秸秆管材专用料的制备方法，其特征在于强碱溶液为氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化锂(LiOH)水溶液中的一种，其质量百分比大于等于10wt.%。

4.按权利要求1所述一种可塑秸秆门窗型材专用料的制备方法，其特征在于功能性单体为甲基丙烯酸、丙烯酸、马来酸酐、乙酸酐、丙酸酐、丁二酸酐、苯甲酸酐、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯中的至少一种。

5.按权利要求1所述一种可塑秸秆门窗型材专用料的制备方法，其特征在于引发剂为过氧化二苯甲辛、过氧化丁二酸、过氧化戊二酸、二叔丁基过氧化物、过氧化苯甲酸叔丁酯、叔丁基过氧化特戊酸酯、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰中的一种。

6.按权利要求1所述一种可塑秸秆门窗型材专用料的制备方法，其特征在于分散剂为聚乙烯醇、羟甲基纤维素、羟丙基纤维素、羧基纤维素、羧基纤维素钠、明胶、海藻酸钠、聚乙烯基吡咯烷酮中的至少一种。

7.按权利要求1所述一种可塑秸秆门窗型材专用料的制备方法，其特征在于高流动性氯乙烯共聚物为聚合度为200～1000的乙烯氯乙烯共聚物、丙烯氯乙烯共聚物、丙烯酸氯乙烯共聚物、醋酸乙烯氯乙烯共聚物、苯乙烯氯乙烯共聚物、丙烯酸酯氯乙烯共聚物、丙烯腈氯乙烯共聚物中的至少一种。

8.按权利要求1所述一种可塑秸秆门窗型材专用料的制备方法，其特征在于加工助剂为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、柠檬酸酯、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、羟基聚乙烯蜡、钙锌稳定剂、光稳定剂、氯化聚乙烯、抗冲型ACR、丁腈橡胶、磷酸酯、亚磷酸酯中的至少一种。

9.按权利要求1所述一种可塑秸秆门窗型材专用料的制备方法，其特征在于填料为二氧化钛、碳酸钙、二氧化硅、高岭土、滑石粉、云母粉、硅藻土、硅酸盐类矿物质中的至少一种。

10.按权利要求1所述一种可塑秸秆门窗型材专用料的制备方法制得秸秆可塑门窗型材专用料。