CN109749469A - 一种文冠果果壳/淀粉基可降解木塑复合材料及其型材 - Google Patents
一种文冠果果壳/淀粉基可降解木塑复合材料及其型材 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种文冠果果壳/淀粉基可降解木塑复合材料及其型材，属于可降解复合材料技术领域。以文冠果果壳颗粒和全降解淀粉基塑料为原料，将文冠果果壳颗粒和全降解淀粉基塑料按照(60‑90)：(10‑40)的重量比例混合均匀，再通过双螺杆挤出机进行共混并挤出造粒，即获得所述文冠果果壳/淀粉基可降解木塑复合材料。将木塑复合材料通过注塑成型、挤出成型或模压成型工艺制备得到文冠果果壳/淀粉基可降解木塑复合材料型材。本发明使用文冠果果壳作为填充物制备木塑复合材料及其型材，大大降低了可降解材料的成本，同时为文冠果果壳的资源利用找寻了新途径，进一步推动了文冠果产业链发展。
Description
技术领域
本发明涉及可降解复合材料技术领域，具体涉及一种文冠果果壳/淀粉基可降解木塑复合材料及其型材。
背景技术
随着塑料制品应用的日益广泛，不仅消耗了大量的石油资源，废弃后的塑料制品也对环境造成了长久的影响。可降解塑料的出现在一定程度上缓解了废弃塑料制品的环境污染问题，符合人类实现可持续发展的长期目标，但同时存在成本较高、材料性能较低的缺点。
淀粉基塑料是可降解塑料的一种，使用淀粉制作可降解塑料具有如下优势：淀粉价格便宜、来源充足且可以循环再生。淀粉在各种环境中都具备完全降解的能力，最终形成二氧化碳和水。目前在一次性餐具、包装材料等方面都得到了相关应用。
文冠果是我国特有的能源作物，近年来种植范围和规模不断扩大，在文冠果产业快速发展的同时，产生了大量剩余物，即文冠果果壳。文冠果果壳中纤维素含量较高，作为复合材料的填充料，可以有效的增强复合材料的性能，同时作为生物质材料又具有良好的可降解性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种文冠果果壳/淀粉基可降解木塑复合材料及其型材，采用文冠果果壳与全降解淀粉基塑料共混制得可完全降解的木塑复合材料，成型后获得型材。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种文冠果果壳/淀粉基可降解木塑复合材料，是以文冠果果壳颗粒和全降解淀粉基塑料为原料，将文冠果果壳颗粒和全降解淀粉基塑料按照(60-90)：(10-40)的重量比例混合均匀，再通过双螺杆挤出机进行共混并挤出造粒，即获得所述文冠果果壳/淀粉基可降解木塑复合材料。
所述文冠果果壳颗粒是将文冠果果壳经木材粉碎机和/或高速粉碎机进行粉碎处理，再进行烘干后获得；其中：烘干温度60-80℃，烘干时间3-5小时，烘干以去除果壳中的水分。
将文冠果果壳颗粒和全降解淀粉基塑料进行混合的过程为：将烘干后的原料按比例放入高速混料机中，在1000-2000转/分的条件下搅拌混合3-7分钟，将混合后的原料放入烘箱中烘干，温度70-90℃，时间3-5小时。
通过双螺杆挤出机进行共混并挤出造粒的过程具体为：将混合后的原料放入双螺杆挤出机，依次通过挤出机的料筒、组合螺杆、合流芯和机头，进行共混并挤出造粒；其中：挤出温度为155℃-170℃，转速为15-25转/分，其中双螺杆挤出机四个温区温度从机头到料筒分别为：160℃-165℃、165℃-170℃、155℃-165℃、155℃-165℃。
将所述木塑复合材料通过注塑成型、挤出成型或模压成型工艺制备得到文冠果果壳/淀粉基可降解木塑复合材料型材。
所述注塑成型的具体过程为：将可降解木塑复合材料母粒放入注塑机的料筒内，经160‐180℃温度加热，使其融化均匀；借助柱塞或螺杆向熔体施加50‐80MPa压力，使高温熔体通过料筒前面的喷嘴和模具的浇道系统注射入闭合好的模腔中，模具温度10‐45℃，经冷却定型，开启模具，顶出产品；经热处理、退火等后续处理得到形状尺寸稳定的可降解木塑复合材料型材。
所述挤出成型的具体过程为：根据所需型材形状设计相应挤出口模模具，然后将可降解木塑复合材料母粒放入挤出成型机的料筒内，经160‐180℃温度加热，使其融化均匀；借助螺杆向熔体施加50‐80MPa压力，使高温熔体通过料筒前面的口模成型，经后续的梯度降温、冷却定型和牵引得到复合材料型材，经切割包装而成木塑复合材料型材产品。
所述模压成型的具体过程为：将可降解木塑复合材料母粒放入模压模具中，在室温下以10-20MPa冷压10-15分钟，然后升温至130-160℃，在10-20MPa下热压5-10分钟。继续升温至160-180℃，压力保持不变热压60-120分钟，热压完成后隔热保压120-360分钟，自然冷却至室温后脱模，经热处理，退火等后续处理得到形状尺寸稳定的木塑复合材料产品。
本发明的优点和有益效果如下：
1、使用全降解淀粉基塑料制备木塑复合材料，使制备的木塑复合材料除了具备优异的力学性能，同时还保持了材料的可降解性。
2、使用文冠果果壳作为填充物制备木塑复合材料，大大降低了可降解材料的成本，同时为文冠果果壳的资源利用找寻了新途径，进一步推动了文冠果产业链发展。
3、文冠果果壳中纤维素含量较高，作为复合材料的填充料，可以有效的增强复合材料的性能，同时作为生物质材料又具有良好的可降解性。利用文冠果果壳制备可降解木塑复合材料，可以增加文冠果的经济附加值，调整文冠果产业结构，降低文冠果生物油的成本，具有经济和环保方面的双重意义。
附图说明：
图1为可降解文冠果果壳/淀粉基可降解木塑复合材料板材(文冠果果壳含量70wt％)
具体实施方式：
以下结合实施例详述本发明。
以下实施例中，文冠果果壳先进行晾晒处理，经粉碎得到不同尺寸的文冠果果壳颗粒，再进行烘干处理；其中：烘干温度60-80℃，烘干时间3-5h；使用木材粉碎机对晾晒后的文冠果果壳进行粉碎处理，可得到大尺寸文冠果果壳颗粒，将所得大尺寸文冠果果壳颗粒再经高速粉碎机进行粉碎处理，将颗粒进一步细化，得到小尺寸文冠果果壳颗粒。
以下实施例中所得文冠果果壳为用文冠果制作生物柴油后的剩余物。
以下实施例中原料都为重量份数。
实施例1
1.将文冠果果壳经木材粉碎机粉碎，破碎后的果壳在60℃烘干5小时，去除果壳中的水分。
2.按配方比例称取所需原料，其中：文冠果果壳70份，全降解淀粉基塑料30份。
3.将烘干后的原料按比例放入高混机中，在2000转/分的条件下搅拌混合3分钟，将简单混合后的原料放入烘箱中烘干，温度70℃，时间3小时。
4.将原料进行复合，具体方法为：将经混合烘干后的原料放入双螺杆挤出机，依次通过挤出机的料筒、组合螺杆、合流芯和机头，进行共混并挤出造粒。挤出温度为155℃-165℃，转速为15转/分，其中双螺杆挤出机四个温区温度从机头到料筒分别为：160℃、165℃、155℃、155℃。
5.可降解木塑复合材料可通过注塑成型的方式成型，其具体方法为：根据需要设计相应模具；将步骤4所得的可降解木塑复合材料母粒放入注塑机的料筒内，经165℃温度加热，使其融化均匀；借助柱塞向熔体施加60MPa压力，使高温熔体通过料筒前面的喷嘴和模具的浇道系统注射入闭合好的模腔中，模具温度30℃，经冷却定型，开启模具，顶出产品。经热处理，退火等后续处理得到形状尺寸稳定的木塑复合材料产品。成品如图1所示。
实施例2
1.将文冠果果壳经木材粉碎机粉碎，破碎后的果壳在70℃烘干4小时，去除果壳中的水分。
2.按配方比例称取所需原料，其中：文冠果果壳60份，全降解淀粉基塑料40份。
3.将烘干后的原料按比例放入高混机中，在1400转/分的条件下搅拌混合4分钟，将简单混合后的原料放入烘箱中烘干，温度80℃，时间4小时。
4.将原料进行复合，具体方法为：将经混合烘干后的原料放入双螺杆挤出机，依次通过挤出机的料筒、组合螺杆、合流芯和机头，进行共混并挤出造粒。挤出温度为160℃-170℃，转速为20转/分，其中双螺杆挤出机四个温区温度从机头到料筒分别为：160℃、170℃、165℃、165℃。
5.可降解木塑复合材料可通过注塑成型的方式成型，其具体方法为：根据需要设计相应模具；将步骤4所得的可降解木塑复合材料母粒放入注塑机的料筒内，经175℃温度加热，使其融化均匀；借助螺杆向熔体施加75MPa压力，使高温熔体通过料筒前面的喷嘴和模具的浇道系统注射入闭合好的模腔中，模具温度40℃，经冷却定型，开启模具，顶出产品。经热处理，退火等后续处理得到形状尺寸稳定的木塑复合材料产品。
实施例3
1.将文冠果果壳经木材粉碎机粉碎，破碎后的果壳在70℃烘干4小时，去除果壳中的水分。
2.按配方比例称取所需原料，其中：文冠果果壳65份，全降解淀粉基塑料35份。
3.将烘干后的原料按比例放入高混机中，在1200转/分的条件下搅拌混合4分钟，将简单混合后的原料放入烘箱中烘干，温度80℃，时间4小时。
4.将原料进行复合，具体方法为：将经混合烘干后的原料放入双螺杆挤出机，依次通过挤出机的料筒、组合螺杆、合流芯和机头，进行共混并挤出造粒。挤出温度为160℃-170℃，转速为20转/分，其中双螺杆挤出机四个温区温度从机头到料筒分别为：160℃、170℃、165℃、165℃。
5.可降解木塑复合材料可通过挤出成型的方式成型，其具体方法为：根据所需型材形状设计相应挤出口模模具；将步骤4所得的可降解木塑复合材料母粒放入单螺杆挤出成型机的料筒内，经170℃温度加热，使其融化均匀；借助螺杆向熔体施加75MPa压力，使高温熔体通过料筒前面的口模成型，经后续的梯度降温、冷却定型和牵引得到复合材料型材，经切割包装而成木塑复合材料型材产品。
实施例4
1.将文冠果果壳经木材粉碎机粉碎，破碎后的果壳在70℃烘干4小时，去除果壳中的水分。
2.按配方比例称取所需原料，其中：文冠果果壳80份，全降解淀粉基塑料20份。
3.将烘干后的原料按比例放入高混机中，在1000转/分的条件下搅拌混合5分钟，将简单混合后的原料放入烘箱中烘干，温度80℃，时间3小时。
4.将原料进行复合，具体方法为：将经混合烘干后的原料放入双螺杆挤出机，依次通过挤出机的料筒、组合螺杆、合流芯和机头，进行共混并挤出造粒。挤出温度为160℃-170℃，转速为20转/分，其中双螺杆挤出机四个温区温度从机头到料筒分别为：165℃、170℃、165℃、160℃。
5.可降解木塑复合材料可通过模压成型的方式成型，其具体方法为：将步骤4中所得的可降解木塑复合材料母粒放入模压模具中，在室温下以15MPa冷压10分钟，然后升温至140℃，在15MPa下热压5分钟。继续升温至165℃，压力保持不变热压120分钟，热压完成后隔热保压120分钟，自然冷却至室温后脱模，经热处理，退火等后续处理得到形状尺寸稳定的木塑复合材料产品。
在与本实施例同样的条件下还制备了其它组分的可降解文冠果果壳/淀粉塑料复合材料，性能如表1所示。
表1文冠果果壳/淀粉塑料可降解木塑复合材料力学性能
实施例5
1.将文冠果果壳经木材粉碎机粉碎，破碎后的果壳在80℃烘干3小时，去除果壳中的水分。
2.按配方比例称取所需原料，其中：文冠果果壳85份，全降解淀粉基塑料15份。
3.将烘干后的原料按比例放入高混机中，在1500转/分的条件下搅拌混合6分钟，将简单混合后的原料放入烘箱中烘干，温度90℃，时间5小时。
4.将原料进行复合，具体方法为：将经混合烘干后的原料放入双螺杆挤出机，依次通过挤出机的料筒、组合螺杆、合流芯和机头，进行共混并挤出造粒。挤出温度为160℃-165℃，转速为25转/分，其中双螺杆挤出机四个温区温度从机头到料筒分别为：160℃、165℃、160℃、160℃。
5.可降解木塑复合材料可通过模压成型的方式成型，其具体方法为：将步骤4中所得的可降解木塑复合材料母粒放入模压模具中，在室温下以10MPa冷压10分钟，然后升温至160℃，在10MPa下热压10分钟。继续升温至175℃，压力保持不变热压120分钟，热压完成后隔热保压360分钟，自然冷却至室温后脱模，经热处理，退火等后续处理得到形状尺寸稳定的木塑复合材料产品。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种文冠果果壳/淀粉基可降解木塑复合材料，其特征在于：以文冠果果壳颗粒和全降解淀粉基塑料为原料，将文冠果果壳颗粒和全降解淀粉基塑料按照(60-90)：(10-40)的重量比例混合均匀，再通过双螺杆挤出机进行共混并挤出造粒，即获得所述文冠果果壳/淀粉基可降解木塑复合材料。
2.根据权利要求1所述的文冠果果壳/淀粉基可降解木塑复合材料，其特征在于：所述文冠果果壳颗粒是将文冠果果壳经木材粉碎机和/或高速粉碎机进行粉碎处理，再进行烘干后获得；其中：烘干温度60-80℃，烘干时间3-5小时，烘干以去除果壳中的水分。
3.根据权利要求1所述的文冠果果壳/淀粉基可降解木塑复合材料，其特征在于：将文冠果果壳颗粒和全降解淀粉基塑料进行混合的过程为：将烘干后的原料按比例放入高速混料机中，在1000-2000转/分的条件下搅拌混合3-7分钟，将混合后的原料放入烘箱中烘干，温度70-90℃，时间3-5小时。
4.根据权利要求1或3所述的文冠果果壳/淀粉基可降解木塑复合材料，其特征在于：通过双螺杆挤出机进行共混并挤出造粒的过程具体为：将混合后的原料放入双螺杆挤出机，依次通过挤出机的料筒、组合螺杆、合流芯和机头，进行共混并挤出造粒；其中：挤出温度为155℃-170℃，转速为15-25转/分，其中双螺杆挤出机四个温区温度从机头到料筒分别为：160℃-165℃、165℃-170℃、155℃-165℃、155℃-165℃。
5.利用权利要求1所述复合材料制备的文冠果果壳/淀粉基可降解木塑复合材料型材，其特征在于：该型材是将木塑复合材料通过注塑成型、挤出成型或模压成型工艺制备得到。
6.利用权利要求5所述的文冠果果壳/淀粉基可降解木塑复合材料型材，其特征在于：所述注塑成型的具体过程为：将可降解木塑复合材料母粒放入注塑机的料筒内，经160‐180℃温度加热，使其融化均匀；借助柱塞或螺杆向熔体施加50‐80MPa压力，使高温熔体通过料筒前面的喷嘴和模具的浇道系统注射入闭合好的模腔中，模具温度10‐45℃，经冷却定型，开启模具，顶出产品；经热处理、退火等后续处理得到形状尺寸稳定的可降解木塑复合材料型材。
7.利用权利要求5所述的文冠果果壳/淀粉基可降解木塑复合材料型材，其特征在于：所述挤出成型的具体过程为：根据所需型材形状设计相应挤出口模模具，然后将可降解木塑复合材料母粒放入挤出成型机的料筒内，经160‐180℃温度加热，使其融化均匀；借助螺杆向熔体施加50‐80MPa压力，使高温熔体通过料筒前面的口模成型，经后续的梯度降温、冷却定型和牵引得到复合材料型材，经切割包装而成木塑复合材料型材产品。
8.利用权利要求5所述的文冠果果壳/淀粉基可降解木塑复合材料型材，其特征在于：所述模压成型的具体过程为：将可降解木塑复合材料母粒放入模压模具中，在室温下以10-20MPa冷压10-15分钟，然后升温至130-160℃，在10-20MPa下热压5-10分钟。继续升温至160-180℃，压力保持不变热压60-120分钟，热压完成后隔热保压120-360分钟，自然冷却至室温后脱模，经热处理，退火等后续处理得到形状尺寸稳定的木塑复合材料产品。
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