CN111890593A - 一种改性汉麻秆芯/聚乙烯复合颗粒母料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改性汉麻秆芯/聚乙烯复合颗粒母料的制备方法，主要涉及汉麻秆芯预处理、干燥处理、汉麻秆芯粉碎处理、汉麻秆芯改性处理、改性汉麻秆芯与聚乙烯复合材料的挤出造粒等几个步骤；针对汉麻秆芯进行表面改性设计，并对改性后的汉麻秆芯与聚乙烯进行挤出加工处理，达到获得性能优良的改性汉麻秆芯/聚乙烯复合材料颗粒的目的，同时具有简化生产、加工工艺、降低制造成本、提高利用率的特点。
Description
技术领域
本发明属于材料改性与材料加工制备领域，具体涉及一种改性汉麻秆芯/聚乙烯复合颗粒母料的制备方法。
背景技术
随着生态环境日益恶化，白色污染越来越严重，环保问题已经成为科研人员们关注的焦点。天然纤维由于其可再生、污染小的特点，在如今的社会中越来越得到重视，其中由天然纤维作为增强体制备的复合材料也得到了广泛关注。汉麻秆芯由于密度低、比模量高、比强度高的特性，作为增强材料被广泛应用于复合材料的生产和加工。
汉麻秆芯是指汉麻茎秆剥去韧皮纤维之后剩下的中心秆芯。汉麻秆芯具有和硬木相当的物理机械性能，而且质轻，密度仅为(0.28～0.44g/cm3)，比普通的木粉(密度约为0.4～0.6g/cm3)还要小一些。在化学组成上，汉麻秆芯具有和一般针叶木、阔叶木相接近的化学成分，主要由纤维素、木质素和半纤维素等物质组成。与其他材料一样，汉麻秆芯的亲水性极强，而微观结构决定其表面活性以及纤维上羟基上较低的可及度和反应性，这使得汉麻秆芯改性较为复杂并且导致其与热塑性聚合物的相容性较差。聚乙烯塑料制品具有优良的理化性能，在医疗器械、航空宇宙、石油化学、机械制造、建设、国防等领域有着广泛的应用。但是，聚乙烯基塑料也有几个缺点，如耐热性低、尺寸稳定性差、易于变质等。因此，如何找到有效配合新的聚乙烯基复合材料的方法已成为国内外环保领域的重要话题之一。
汉麻杆芯可用于与聚乙烯基塑料进行复合，进而提高复合材料的性能。但是汉麻杆芯所含纤维有着可变性的缺点，需要进行表面处理，进而提高其与热塑性、热固性和生物可降解基质制成的复合材料的力学性能。通过挤出成型工艺流程最终制造汉麻秆芯/聚乙烯复合颗粒母料，这是解决汉麻秆芯和废旧塑料回收等问题的一种非常有效的新方法，它既是现代工业原料回收中的最佳科研成果，也是环境保护领域的重要课题之一。
发明内容
本发明的目的就是针对上述汉麻秆芯进行表面改性设计，并对改性后的汉麻秆芯与聚乙烯(PE)进行挤出加工处理，达到获得性能优良的改性汉麻秆芯/聚乙烯复合材料颗粒母料的目的，同时具有简化生产制造加工工艺、降低制造成本、提高利用率的特点。
本发明目的实现主要通过以下几个步骤：
(1)汉麻秆芯预处理：将汉麻秆芯放置于10％-20％氢氧化钠溶液中，浸泡4h-6h，去除填充在纤维素之间的部分木质素、半纤维素和果胶，使纤维束分开而原纤化。
(2)干燥处理：在日照下晾晒10h-14h，以完全去除预处理汉麻秆芯中所含有的水分。
(3)汉麻秆芯粉碎处理：将干燥处理后的汉麻秆芯在粉碎机进行粉碎。
(4)汉麻秆芯改性处理：取出一定量的蒸馏水作溶剂的硅烷偶联剂A171溶液，利用醋酸将溶液pH值调整为4-6。将汉麻秆芯颗粒放置于上述溶液中，并充分混合搅拌2h-4h，使其进行水解、缩合、形成氢键及形成共价键等过程改善其界面性能。改性处理后，利用木屑烘干机将压麻秆芯颗粒进行烘干处理。
(5)改性汉麻秆芯颗粒的挤出造粒：将一定量的聚乙烯粉末放置于热混机中，在60℃-80℃的条件下搅拌30min；然后称取适量的改性汉麻秆芯颗粒和助剂添加至均匀搅拌的聚乙烯粉末重，其中改性后的汉麻秆芯颗粒的添加量为10％-12％、偶联剂A171的添加量为3％-4％、过氧化二异丙苯的添加量为0.1％-0.2％、过氧苯甲酰的添加量为0.1％-0.2％、有机锡的添加量为0.2％-0.3％、抗氧化剂246的添加量为0.1％-0.2％、磷酸三烯丙酯的添加量为3％-5％、硬脂酸的添加量为0.6％-0.8％。将物料以相应配比在搅拌机上进行混合30min。利用双螺杆挤出机将按上述配方混合的物料熔融挤出，在挤出前选定料筒温度，一区：170℃-175℃、二区：180℃-185℃、三区：170℃-175℃、四区：170℃-175℃、五区：180℃-185℃、六区：190℃-195℃，转速设定为70rpm/min-100rpm/min，物料通过螺杆挤出成线材状，最后用冷切粒机进行切粒，获得改性汉麻秆芯/聚乙烯复合颗粒母料。
本发明采用化学改性处理汉麻秆芯和挤出成型技术相结合的方法生产制造改性汉麻秆芯/聚乙烯复合颗粒母料，充分发挥了化学改性技术在原材料性质优化方面的优势，通过水解、缩合、形成氢键及形成共价键的过程改善界面性能；采用双螺杆挤出成型的方法使改性汉麻秆芯/聚乙烯复合材料形成具有一定机械性能的复合颗粒母料。
本发明具有配方科学合理、制造工艺简单、成本低廉的特点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述：
实例1：将汉麻秆芯放置于10％氢氧化钠溶液中，浸泡4h，去除填充在纤维素之间的部分木质素、半纤维素和果胶，使纤维束分开而原纤化；在日照下晾晒10h，以完全去除预处理汉麻秆芯中所含有的水分；将干燥处理后的汉麻秆芯在粉碎机进行粉碎；取出一定量的蒸馏水作溶剂的硅烷偶联剂A171溶液，利用醋酸将溶液pH值调整为4，将汉麻秆芯颗粒放置于上述溶液中，并充分混合搅拌2h，使其进行水解、缩合、形成氢键及形成共价键等过程改善其界面性能，改性处理后，利用木屑烘干机将压麻秆芯颗粒进行烘干处理；将一定量的聚乙烯粉末放置于热混机中，在60℃的条件下搅拌30min；然后称取适量的改性汉麻秆芯颗粒和助剂添加至均匀搅拌的聚乙烯粉末重，其中改性后的汉麻秆芯颗粒的添加量为10％、偶联剂A171的添加量为3％、过氧化二异丙苯的添加量为0.1％、过氧苯甲酰的添加量为0.1％、有机锡的添加量为0.2％、抗氧化剂246的添加量为0.1％、磷酸三烯丙酯的添加量为3％、硬脂酸的添加量为0.6％。将物料以相应配比在搅拌机上进行混合30min。利用双螺杆挤出机将按上述配方混合的物料熔融挤出，在挤出前选定料筒温度，一区：170℃、二区：180℃、三区：170℃、四区：170℃、五区：180℃、六区：190℃，转速设定为70rpm/min，物料通过螺杆挤出成线材状，最后用冷切粒机进行切粒，获得改性汉麻秆芯/聚乙烯复合颗粒母料。对改性汉麻秆芯/聚乙烯复合颗粒母料压制成样片后进行力学性能测试，其拉伸强度为28MPa，拉伸断裂伸长率为350％，冲击强度为8.0KJ/m2。
实例2：将汉麻秆芯放置于20％氢氧化钠溶液中，浸泡6h，去除填充在纤维素之间的部分木质素、半纤维素和果胶，使纤维束分开而原纤化；在日照下晾晒14h，以完全去除预处理汉麻秆芯中所含有的水分；将干燥处理后的汉麻秆芯在粉碎机进行粉碎；取出一定量的蒸馏水作溶剂的硅烷偶联剂A171溶液，利用醋酸将溶液pH值调整为6，将汉麻秆芯颗粒放置于上述溶液中，并充分混合搅拌4h，使其进行水解、缩合、形成氢键及形成共价键等过程改善其界面性能，改性处理后，利用木屑烘干机将压麻秆芯颗粒进行烘干处理；将一定量的聚乙烯粉末放置于热混机中，在80℃的条件下搅拌30min；然后称取适量的改性汉麻秆芯颗粒和助剂添加至均匀搅拌的聚乙烯粉末重，其中改性后的汉麻秆芯颗粒的添加量为12％、偶联剂A171的添加量为4％、过氧化二异丙苯的添加量为0.2％、过氧苯甲酰的添加量为0.2％、有机锡的添加量为0.3％、抗氧化剂246的添加量为0.2％、磷酸三烯丙酯的添加量为5％、硬脂酸的添加量为0.8％。将物料以相应配比在搅拌机上进行混合30min。利用双螺杆挤出机将按上述配方混合的物料熔融挤出，在挤出前选定料筒温度，一区：175℃、二区：185℃、三区：175℃、四区：175℃、五区：185℃、六区：195℃，转速设定为100rpm/min，物料通过螺杆挤出成线材状，最后用冷切粒机进行切粒，获得改性汉麻秆芯/聚乙烯复合颗粒母料。对改性汉麻秆芯/聚乙烯复合颗粒母料压制成样片后进行力学性能测试，其拉伸强度为30MPa，拉伸断裂伸长率为355％，冲击强度为7.5KJ/m2。
实例3：将汉麻秆芯放置于15％氢氧化钠溶液中，浸泡5h，去除填充在纤维素之间的部分木质素、半纤维素和果胶，使纤维束分开而原纤化；在日照下晾晒12h，以完全去除预处理汉麻秆芯中所含有的水分；将干燥处理后的汉麻秆芯在粉碎机进行粉碎；取出一定量的蒸馏水作溶剂的硅烷偶联剂A171溶液，利用醋酸将溶液pH值调整为5，将汉麻秆芯颗粒放置于上述溶液中，并充分混合搅拌3h，使其进行水解、缩合、形成氢键及形成共价键等过程改善其界面性能，改性处理后，利用木屑烘干机将压麻秆芯颗粒进行烘干处理；将一定量的聚乙烯粉末放置于热混机中，在70℃的条件下搅拌30min；然后称取适量的改性汉麻秆芯颗粒和助剂添加至均匀搅拌的聚乙烯粉末重，其中改性后的汉麻秆芯颗粒的添加量为11％、偶联剂A171的添加量为3.5％、过氧化二异丙苯的添加量为0.15％、过氧苯甲酰的添加量为0.15％、有机锡的添加量为0.25％、抗氧化剂246的添加量为0.15％、磷酸三烯丙酯的添加量为4％、硬脂酸的添加量为0.7％。将物料以相应配比在搅拌机上进行混合30min。利用双螺杆挤出机将按上述配方混合的物料熔融挤出，在挤出前选定料筒温度，一区：172℃、二区：182℃、三区：172℃、四区：172℃、五区：182℃、六区：192℃，转速设定为80rpm/min，物料通过螺杆挤出成线材状，最后用冷切粒机进行切粒，获得改性汉麻秆芯/聚乙烯复合颗粒母料。对改性汉麻秆芯/聚乙烯复合颗粒母料压制成样片后进行力学性能测试，其拉伸强度为29MPa，拉伸断裂伸长率为340％，冲击强度为7.0KJ/m2。
Claims (1)
1.一种改性汉麻秆芯/聚乙烯复合颗粒母料的制备方法，其特征在于：将汉麻秆芯放置于10％-20％氢氧化钠溶液中，浸泡4h-6h，去除填充在纤维素之间的部分木质素、半纤维素和果胶，使纤维束分开而原纤化；在日照下晾晒10h-14h，以完全去除预处理汉麻秆芯中所含有的水分；将干燥处理后的汉麻秆芯在粉碎机进行粉碎；取出一定量的蒸馏水作溶剂的硅烷偶联剂A171溶液，利用醋酸将溶液pH值调整为4-6，将汉麻秆芯颗粒放置于上述溶液中，并充分混合搅拌2h-4h，使其进行水解、缩合、形成氢键及形成共价键等过程改善其界面性能，改性处理后，利用木屑烘干机将压麻秆芯颗粒进行烘干处理；将一定量的聚乙烯粉末放置于热混机中，在60℃-80℃的条件下搅拌30min；然后称取适量的改性汉麻秆芯颗粒和助剂添加至均匀搅拌的聚乙烯粉末中，其中改性后的汉麻秆芯颗粒的添加量为10％-12％、偶联剂A171的添加量为3％-4％、过氧化二异丙苯的添加量为0.1％-0.2％、过氧苯甲酰的添加量为0.1％-0.2％、有机锡的添加量为0.2％-0.3％、抗氧化剂246的添加量为0.1％-0.2％、磷酸三烯丙酯的添加量为3％-5％、硬脂酸的添加量为0.6％-0.8％；将物料以相应配比在搅拌机上进行混合30min；利用双螺杆挤出机将按上述配方混合的物料熔融挤出，在挤出前选定料筒温度，一区：170℃-175℃、二区：180℃-185℃、三区：170℃-175℃、四区：170℃-175℃、五区：180℃-185℃、六区：190℃-195℃，转速设定为70rpm/min-100rpm/min，物料通过螺杆挤出成线材状，最后用冷切粒机进行切粒，获得改性汉麻秆芯/聚乙烯复合颗粒母料。
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|---|---|---|---|
| CN202010785276.0A CN111890593A (zh) | 2020-08-06 | 2020-08-06 | 一种改性汉麻秆芯/聚乙烯复合颗粒母料的制备方法 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113024923A (zh) * | 2021-03-15 | 2021-06-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种改性汉麻秆芯粉复合材料的制备方法 |
| CN115536862A (zh) * | 2022-10-24 | 2022-12-30 | 汉麻总部(广东)投资有限公司 | 一种改性汉麻秆芯粉、增强聚丙烯复合材料及其制备方法 |
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2020
- 2020-08-06 CN CN202010785276.0A patent/CN111890593A/zh active Pending
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