CN108864532A - 一种秸秆木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种秸秆木塑复合材料，包括以下重量份计的原料：秸秆25‑35份、锯木屑10‑18份、废弃聚乙烯泡沫塑料30‑40份、马来酸酐接枝聚乙烯3‑7份、蓖麻油5‑10份、活性炭4‑9份、石墨2‑5份、膨润土6‑12份、碳酸钙5‑10份、芳纶纤维1‑4份、长石粉4‑9份、纳米氧化锌2‑5份、阻燃剂1.2‑1.8份、发泡剂0.4‑0.8份、抗氧剂0.7‑1.5份，本发明复合材料以秸秆为主要原料，通过与其他原料的协同配合作用，具有良好的抗折抗压性能，机械力学性能优异，耐化学腐蚀和耐力学性能强，同时解决了秸秆回收利用问题，绿色环保。

Description

一种秸秆木塑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及秸秆再生利用领域，具体涉及一种秸秆木塑复合材料及其制备方法。
背景技术
近年来，农作物秸秆成为农村面源污染的新源头。每年夏收和秋冬之际，总有大量的小麦、玉米等秸秆在田间焚烧，产生了大量浓重的烟雾，不仅成为农村环境保护的瓶颈问题，甚至成为殃及城市环境的罪魁祸首。据有关统计，我国作为农业大国，每年可生成7亿多吨秸秆，成为“用处不大”但必须处理掉的“废弃物”。在此情况下，完全由农民来处理，就出现了大量焚烧的现象，严重污染环境，不利于人体健康，农作物秸秆属于农业生态系统中一种十分宝贵的生物质能资源。农作物秸秆资源的综合利用对于促进农民增收、环境保护、资源节约以及农业经济可持续具有发展意义。因此解决秸秆焚烧和浪费的重大问题关键在于提高农作物秸秆的综合开发利用及其利用率。
中国专利CN105801210A公开了一种利用秸秆直接制肥的方法的秸秆有机肥，直接将秸秆进行堆肥，喷洒含氨基酸的堆肥菌液快速启动分解秸秆，调节秸秆堆肥湿度和产品养分的喷洒溶液次数溶液组分，获得达标的秸秆商品有机肥，即全部利用了作用秸秆，又为我国土壤栽培肥提供优质的商品有机产品。
中国专利CN104805722A提供了一种秸秆纤维素纳米晶须的制备方法，采用农作物秸秆作为原料，经预处理、纤维素提纯处理后，进行机械粉碎得到秸秆纤维素粉末，再进DMSO和TEMPO氧化处理，高速搅拌得到秸秆纤维素粉末悬浮液，然后再进行离心处理、分散处理及冷冻干燥制得，生产过程中无有毒有害物质排放，具有大规模推广应用的潜力，同时解决了秸秆环境污染问题，提高了秸秆的附加值。
上述均已秸秆为主要原料生产制备产品，很好的解决了秸秆的回收再生利用问题，尤其在肥料领域，秸秆的利用更为普遍，但是秸秆在木塑复合材料领域的应用相应却没有那么普遍，有很宽广的领域有待开发。
发明内容
(1)针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种秸秆木塑复合材料及其制备方法，本发明复合材料以秸秆为主要原料，通过与其他原料的协同配合作用，具有良好的抗折抗压性能，机械力学性能优异，耐化学腐蚀和耐力学性能强，同时解决了秸秆回收利用问题，绿色环保。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种秸秆木塑复合材料，包括以下重量份计的原料：
秸秆25-35份、锯木屑10-18份、废弃聚乙烯泡沫塑料30-40份、马来酸酐接枝聚乙烯3-7份、蓖麻油5-10份、活性炭4-9份、石墨2-5份、膨润土6-12份、碳酸钙5-10份、芳纶纤维1-4份、长石粉4-9份、纳米氧化锌2-5份、阻燃剂1.2-1.8份、发泡剂0.4-0.8份、抗氧剂0.7-1.5份。
优选地，包括以下重量份计的原料：秸秆28-32份、锯木屑13-15份、废弃聚乙烯泡沫塑料33-37份、马来酸酐接枝聚乙烯4-6份、蓖麻油6-9份、活性炭5-8份、石墨3-4份、膨润土8-10份、碳酸钙6-9份、芳纶纤维2-3份、长石粉5-8份、纳米氧化锌3-4份、阻燃剂1.4-1.6份、发泡剂0.5-0.7份、抗氧剂0.9-1.3份。
优选地，包括以下重量份计的原料：秸秆30份、锯木屑14份、废弃聚乙烯泡沫塑料35份、马来酸酐接枝聚乙烯5份、蓖麻油8份、活性炭7份、石墨3.5份、膨润土9份、碳酸钙8份、芳纶纤维2.5份、长石粉6份、纳米氧化锌3.5份、阻燃剂1.5份、发泡剂0.6份、抗氧剂1.1份。
优选地，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠按照质量比4:1混合组成。
优选地，所述阻燃剂为十溴二苯乙烷、十溴二苯醚、三聚氰胺氰脲酸盐、聚磷酸铵和磷酸三苯酯中的一种或几种结合。
优选地，所述抗氧化剂为聚烯烃季戊四醇酯、亚磷酸二苯一癸酯和亚磷酸脂按照质量比5:2:1混合组成。
本发明中还公开了一种上述秸秆木塑复合材料的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)按照上述秸秆木塑复合材料的原料重量份数称取各组分；
(2)将秸秆放入粉碎中粉碎至颗粒粒径小于3毫米后，置于20％氢氧化钠溶液中搅拌混合均匀，升温至60-70摄氏度，搅拌反应2-4小时后，过滤，用去离子水冲洗干净滤料，置于烘箱中干燥至水分含量低于1％，再次送入粉碎机中粉碎至颗粒粒径至300-500目；
(3)将步骤(2)处理后的秸秆和锯木屑混合后，加入硅烷偶联剂溶液，加入超声波分散机中，高频分散25分钟，置入烘箱中在80-90摄氏度下干燥5小时；
(4)将步骤(3)的产物和其他剩余原料加入高速混合机中，升温至60-70摄氏度，以600-800转/分钟的速度搅拌混合20-25分钟，静置陈化7小时，得混合物；
(5)将混合物置入平板硫化机中模压成型，脱模，冷却至室温，即得所述秸秆木塑复合材料。
优选地，所述步骤(3)中硅烷偶联剂溶液为硅烷偶联剂KH550、丙酮和乙醇按照质量比1:2:5混合组成。
优选地，所述硅烷偶联剂的用量为秸秆和锯木屑总重量的3-5％。
优选地，所述步骤(5)中模压成型具体为135-145摄氏度下,加压至13-15MPa，保压8-12分钟。
本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明复合材料以秸秆为主要原料，通过与其他原料的协同配合作用，具有良好的抗折抗压性能，机械力学性能优异，耐化学腐蚀和耐力学性能强，同时解决了秸秆回收利用问题，绿色环保。
(2)本发明中添加适量的纳米氧化锌，相比其它无机刚性纳米粒子，纳米氧化锌表面的层状结构带有羟基官能团，与有机聚合物表面的结合性更加优异，利于树脂聚合物的微孔发泡，同时氧化锌具备杀菌效果，从而使复合材料具有抗菌效果。
(3)本发明碳酸钙、膨润土、长石粉作为填料，有增韧补强的作用，提高复合材料的弯曲强度和弯曲弹性模量，热变形温度和尺寸稳定性，有效改善材料的加工性能和力学性能。
(4)本发明通过马来酸酐接枝聚乙烯和蓖麻油，能够改善废弃聚乙烯泡沫塑料的韧性和塑性，同时能够改善无机填料与有机树脂相容性，提高木塑复合材料的强度，改善加工流变性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种秸秆木塑复合材料，包括以下重量份计的原料：
秸秆25份、锯木屑10份、废弃聚乙烯泡沫塑料30份、马来酸酐接枝聚乙烯3份、蓖麻油5份、活性炭4份、石墨2份、膨润土6份、碳酸钙5份、芳纶纤维1份、长石粉4份、纳米氧化锌2份、阻燃剂1.2份、发泡剂0.4份、抗氧剂0.7份。
发泡剂为偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠按照质量比4:1混合组成。
阻燃剂为十溴二苯乙烷。
抗氧化剂为聚烯烃季戊四醇酯、亚磷酸二苯一癸酯和亚磷酸脂按照质量比5:2:1混合组成。
本实施例中的秸秆木塑复合材料的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)按照上述秸秆木塑复合材料的原料重量份数称取各组分；
(2)将秸秆放入粉碎中粉碎至颗粒粒径小于3毫米后，置于20％氢氧化钠溶液中搅拌混合均匀，升温至60摄氏度，搅拌反应2小时后，过滤，用去离子水冲洗干净滤料，置于烘箱中干燥至水分含量低于1％，再次送入粉碎机中粉碎至颗粒粒径至300目；
(3)将步骤(2)处理后的秸秆和锯木屑混合后，加入硅烷偶联剂溶液，加入超声波分散机中，高频分散25分钟，置入烘箱中在80摄氏度下干燥5小时；
(4)将步骤(3)的产物和其他剩余原料加入高速混合机中，升温至60摄氏度，以600转/分钟的速度搅拌混合20分钟，静置陈化7小时，得混合物；
(5)将混合物置入平板硫化机中模压成型，脱模，冷却至室温，即得所述秸秆木塑复合材料。
步骤(3)中硅烷偶联剂溶液为硅烷偶联剂KH550、丙酮和乙醇按照质量比1:2:5混合组成。
硅烷偶联剂的用量为秸秆和锯木屑总重量的3％。
步骤(5)中模压成型具体为135摄氏度下,加压至13MPa，保压8分钟。
实施例2
一种秸秆木塑复合材料，包括以下重量份计的原料：
秸秆35份、锯木屑18份、废弃聚乙烯泡沫塑料40份、马来酸酐接枝聚乙烯7份、蓖麻油10份、活性炭9份、石墨5份、膨润土12份、碳酸钙10份、芳纶纤维4份、长石粉9份、纳米氧化锌5份、阻燃剂1.8份、发泡剂0.8份、抗氧剂1.5份。
发泡剂为偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠按照质量比4:1混合组成。
阻燃剂为十溴二苯醚。
抗氧化剂为聚烯烃季戊四醇酯、亚磷酸二苯一癸酯和亚磷酸脂按照质量比5:2:1混合组成。
本实施例中的秸秆木塑复合材料的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)按照上述秸秆木塑复合材料的原料重量份数称取各组分；
(2)将秸秆放入粉碎中粉碎至颗粒粒径小于3毫米后，置于20％氢氧化钠溶液中搅拌混合均匀，升温至70摄氏度，搅拌反应4小时后，过滤，用去离子水冲洗干净滤料，置于烘箱中干燥至水分含量低于1％，再次送入粉碎机中粉碎至颗粒粒径至500目；
(3)将步骤(2)处理后的秸秆和锯木屑混合后，加入硅烷偶联剂溶液，加入超声波分散机中，高频分散25分钟，置入烘箱中在90摄氏度下干燥5小时；
(4)将步骤(3)的产物和其他剩余原料加入高速混合机中，升温至70摄氏度，以800转/分钟的速度搅拌混合25分钟，静置陈化7小时，得混合物；
(5)将混合物置入平板硫化机中模压成型，脱模，冷却至室温，即得所述秸秆木塑复合材料。
步骤(3)中硅烷偶联剂溶液为硅烷偶联剂KH550、丙酮和乙醇按照质量比1:2:5混合组成。
述硅烷偶联剂的用量为秸秆和锯木屑总重量的3-5％。
步骤(5)中模压成型具体为145摄氏度下,加压至15MPa，保压12分钟。
实施例3
一种秸秆木塑复合材料，包括以下重量份计的原料：
秸秆28份、锯木屑13份、废弃聚乙烯泡沫塑料33份、马来酸酐接枝聚乙烯4份、蓖麻油6份、活性炭5份、石墨3份、膨润土8份、碳酸钙6份、芳纶纤维2份、长石粉5份、纳米氧化锌3份、阻燃剂1.4份、发泡剂0.5份、抗氧剂0.9份。
发泡剂为偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠按照质量比4:1混合组成。
阻燃剂为三聚氰胺氰脲酸盐。
抗氧化剂为聚烯烃季戊四醇酯、亚磷酸二苯一癸酯和亚磷酸脂按照质量比5:2:1混合组成。
本实施例中的秸秆木塑复合材料的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)按照上述秸秆木塑复合材料的原料重量份数称取各组分；
(2)将秸秆放入粉碎中粉碎至颗粒粒径小于3毫米后，置于20％氢氧化钠溶液中搅拌混合均匀，升温至63摄氏度，搅拌反应3小时后，过滤，用去离子水冲洗干净滤料，置于烘箱中干燥至水分含量低于1％，再次送入粉碎机中粉碎至颗粒粒径至400目；
(3)将步骤(2)处理后的秸秆和锯木屑混合后，加入硅烷偶联剂溶液，加入超声波分散机中，高频分散25分钟，置入烘箱中在85摄氏度下干燥5小时；
(4)将步骤(3)的产物和其他剩余原料加入高速混合机中，升温至67摄氏度，以700转/分钟的速度搅拌混合23分钟，静置陈化7小时，得混合物；
(5)将混合物置入平板硫化机中模压成型，脱模，冷却至室温，即得所述秸秆木塑复合材料。
步骤(3)中硅烷偶联剂溶液为硅烷偶联剂KH550、丙酮和乙醇按照质量比1:2:5混合组成。
硅烷偶联剂的用量为秸秆和锯木屑总重量的4％。
步骤(5)中模压成型具体为140摄氏度下,加压至14MPa，保压10分钟。
实施例4
一种秸秆木塑复合材料，包括以下重量份计的原料：
秸秆32份、锯木屑15份、废弃聚乙烯泡沫塑料37份、马来酸酐接枝聚乙烯6份、蓖麻油9份、活性炭8份、石墨4份、膨润土10份、碳酸钙9份、芳纶纤维3份、长石粉8份、纳米氧化锌4份、阻燃剂1.6份、发泡剂0.7份、抗氧剂1.3份。
发泡剂为偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠按照质量比4:1混合组成。
阻燃剂为聚磷酸铵。
抗氧化剂为聚烯烃季戊四醇酯、亚磷酸二苯一癸酯和亚磷酸脂按照质量比5:2:1混合组成。
本实施例中的秸秆木塑复合材料的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)按照上述秸秆木塑复合材料的原料重量份数称取各组分；
(2)将秸秆放入粉碎中粉碎至颗粒粒径小于3毫米后，置于20％氢氧化钠溶液中搅拌混合均匀，升温至64摄氏度，搅拌反应2.5小时后，过滤，用去离子水冲洗干净滤料，置于烘箱中干燥至水分含量低于1％，再次送入粉碎机中粉碎至颗粒粒径至350目；
(3)将步骤(2)处理后的秸秆和锯木屑混合后，加入硅烷偶联剂溶液，加入超声波分散机中，高频分散25分钟，置入烘箱中在86摄氏度下干燥5小时；
(4)将步骤(3)的产物和其他剩余原料加入高速混合机中，升温至64摄氏度，以700转/分钟的速度搅拌混合23分钟，静置陈化7小时，得混合物；
(5)将混合物置入平板硫化机中模压成型，脱模，冷却至室温，即得所述秸秆木塑复合材料。
步骤(3)中硅烷偶联剂溶液为硅烷偶联剂KH550、丙酮和乙醇按照质量比1:2:5混合组成。
硅烷偶联剂的用量为秸秆和锯木屑总重量的4.5％。
步骤(5)中模压成型具体为138摄氏度下,加压至13.5MPa，保压9分钟。
实施例5
一种秸秆木塑复合材料，包括以下重量份计的原料：
秸秆30份、锯木屑14份、废弃聚乙烯泡沫塑料35份、马来酸酐接枝聚乙烯5份、蓖麻油8份、活性炭7份、石墨3.5份、膨润土9份、碳酸钙8份、芳纶纤维2.5份、长石粉6份、纳米氧化锌3.5份、阻燃剂1.5份、发泡剂0.6份、抗氧剂1.1份。
发泡剂为偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠按照质量比4:1混合组成。
阻燃剂为磷酸三苯酯。
抗氧化剂为聚烯烃季戊四醇酯、亚磷酸二苯一癸酯和亚磷酸脂按照质量比5:2:1混合组成。
本实施例中的秸秆木塑复合材料的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)按照上述秸秆木塑复合材料的原料重量份数称取各组分；
(2)将秸秆放入粉碎中粉碎至颗粒粒径小于3毫米后，置于20％氢氧化钠溶液中搅拌混合均匀，升温至68摄氏度，搅拌反应3.5小时后，过滤，用去离子水冲洗干净滤料，置于烘箱中干燥至水分含量低于1％，再次送入粉碎机中粉碎至颗粒粒径至450目；
(3)将步骤(2)处理后的秸秆和锯木屑混合后，加入硅烷偶联剂溶液，加入超声波分散机中，高频分散25分钟，置入烘箱中在88摄氏度下干燥5小时；
(4)将步骤(3)的产物和其他剩余原料加入高速混合机中，升温至68摄氏度，以750转/分钟的速度搅拌混合23分钟，静置陈化7小时，得混合物；
(5)将混合物置入平板硫化机中模压成型，脱模，冷却至室温，即得所述秸秆木塑复合材料。
步骤(3)中硅烷偶联剂溶液为硅烷偶联剂KH550、丙酮和乙醇按照质量比1:2:5混合组成。
硅烷偶联剂的用量为秸秆和锯木屑总重量的3-5％。
步骤(5)中模压成型具体为142摄氏度下,加压至14MPa，保压11分钟。
对比例1：将秸秆粉30份、废弃聚乙烯泡沫塑料35份、马来酸酐接枝聚乙烯5份、凹凸棒土9份、碳酸钙8份、氢氧化铝8份搅拌混合均匀后，加入双螺杆挤出机中在142摄氏度下挤出造粒，制得秸秆木塑复合材料。
将实施例1-5制得的秸秆木塑复合材料和对比例1制得的木塑复合材料进行性能测试，结果如下表1：
表1：
综上可以总结出，本发明具有以下优点：
(1)本发明复合材料以秸秆为主要原料，通过与其他原料的协同配合作用，具有良好的抗折抗压性能，机械力学性能优异，耐化学腐蚀和耐力学性能强，同时解决了秸秆回收利用问题，绿色环保。
(2)本发明中添加适量的纳米氧化锌，相比其它无机刚性纳米粒子，纳米氧化锌表面的层状结构带有羟基官能团，与有机聚合物表面的结合性更加优异，利于树脂聚合物的微孔发泡，同时氧化锌具备杀菌效果，从而使复合材料具有抗菌效果。
(3)本发明碳酸钙、膨润土、长石粉作为填料，有增韧补强的作用，提高复合材料的弯曲强度和弯曲弹性模量，热变形温度和尺寸稳定性，有效改善材料的加工性能和力学性能。
(4)本发明通过马来酸酐接枝聚乙烯和蓖麻油，能够改善废弃聚乙烯泡沫塑料的韧性和塑性，同时能够改善无机填料与有机树脂相容性，提高木塑复合材料的强度，改善加工流变性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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)

1.一种秸秆木塑复合材料，其特征在于，包括以下重量份计的原料：秸秆25-35份、锯木屑10-18份、废弃聚乙烯泡沫塑料30-40份、马来酸酐接枝聚乙烯3-7份、蓖麻油5-10份、活性炭4-9份、石墨2-5份、膨润土6-12份、碳酸钙5-10份、芳纶纤维1-4份、长石粉4-9份、纳米氧化锌2-5份、阻燃剂1.2-1.8份、发泡剂0.4-0.8份、抗氧剂0.7-1.5份。
2.根据权利要求1所述的秸秆木塑复合材料，其特征在于，包括以下重量份计的原料：秸秆28-32份、锯木屑13-15份、废弃聚乙烯泡沫塑料33-37份、马来酸酐接枝聚乙烯4-6份、蓖麻油6-9份、活性炭5-8份、石墨3-4份、膨润土8-10份、碳酸钙6-9份、芳纶纤维2-3份、长石粉5-8份、纳米氧化锌3-4份、阻燃剂1.4-1.6份、发泡剂0.5-0.7份、抗氧剂0.9-1.3份。
3.根据权利要求1所述的秸秆木塑复合材料，其特征在于，包括以下重量份计的原料：秸秆30份、锯木屑14份、废弃聚乙烯泡沫塑料35份、马来酸酐接枝聚乙烯5份、蓖麻油8份、活性炭7份、石墨3.5份、膨润土9份、碳酸钙8份、芳纶纤维2.5份、长石粉6份、纳米氧化锌3.5份、阻燃剂1.5份、发泡剂0.6份、抗氧剂1.1份。
4.根据权利要求1所述的秸秆木塑复合材料，其特征在于，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠按照质量比4:1混合组成。
5.根据权利要求1所述的秸秆木塑复合材料，其特征在于，所述阻燃剂为十溴二苯乙烷、十溴二苯醚、三聚氰胺氰脲酸盐、聚磷酸铵和磷酸三苯酯中的一种或几种结合。
6.根据权利要求1所述的秸秆木塑复合材料，其特征在于，所述抗氧化剂为聚烯烃季戊四醇酯、亚磷酸二苯一癸酯和亚磷酸脂按照质量比5:2:1混合组成。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的秸秆木塑复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照上述秸秆木塑复合材料的原料重量份数称取各组分；
(2)将秸秆放入粉碎中粉碎至颗粒粒径小于3毫米后，置于20％氢氧化钠溶液中搅拌混合均匀，升温至60-70摄氏度，搅拌反应2-4小时后，过滤，用去离子水冲洗干净滤料，置于烘箱中干燥至水分含量低于1％，再次送入粉碎机中粉碎至颗粒粒径至300-500目；
(3)将步骤(2)处理后的秸秆和锯木屑混合后，加入硅烷偶联剂溶液，加入超声波分散机中，高频分散25分钟，置入烘箱中在80-90摄氏度下干燥5小时；
(4)将步骤(3)的产物和其他剩余原料加入高速混合机中，升温至60-70摄氏度，以600-800转/分钟的速度搅拌混合20-25分钟，静置陈化7小时，得混合物；
(5)将混合物置入平板硫化机中模压成型，脱模，冷却至室温，即得所述秸秆木塑复合材料。
8.根据权利要求7所述的秸秆木塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中硅烷偶联剂溶液为硅烷偶联剂KH550、丙酮和乙醇按照质量比1:2:5混合组成。
9.根据权利要求8所述的秸秆木塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂的用量为秸秆和锯木屑总重量的3-5％。
10.根据权利要求7所述的秸秆木塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中模压成型具体为135-145摄氏度下,加压至13-15MPa，保压8-12分钟。
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