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一种苎麻茎杆与塑料复合材料的制备方法 Download PDF

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本发明公开了一种苎麻茎杆与塑料复合材料的制备方法,包括将苎麻茎杆粉碎后干燥;同时分别干燥塑料树脂和相容剂;向苎麻杆粉喷洒偶联剂,偶联剂的用量为苎麻杆粉重量的1~2%;以重量份数计,将30~50份改性苎麻杆粉与50~70份塑料树脂、5~10份相容剂、2~4份润滑剂、0.1~0.3份抗氧化剂、0~10份填料、0~20份阻燃剂混合均匀;将上述混合物料通过挤出机中挤出。本发明解决了草本纤维与塑料的相容性及原料表面处理技术等问题,实现了苎麻原料的综合利用,成本低,制备的复合材料不仅可以作出天然木材那样的外观,而且质量轻,可防腐、防潮、防虫、防火,尺寸稳定性高,不开裂、不翘曲,可循环回收利用,并且满足战备需要。

Description

一种苎麻茎杆与塑料复合材料的制备方法
                            技术领域
本发明涉及天然纤维复合材料及木塑复合材料技术领域,具体是指一种苎麻茎杆与塑料复合材料的制备方法。
                            背景技术
苎麻是我国特有的草本植物,国际上称为“中国草”。据联合国粮农组织统计,近几年我国的苎麻产量占世界总量的98%以上。人们通常主要利用苎麻的韧皮纤维部分作为纺织品的上等纤维原料(苎麻纤维是各种麻类纤维中最长的,一般长60~200mm,最长可达600mm),而鲜苎麻经剥制后的麻杆和表皮部分则被当作废弃物焚烧处理,这些废弃物约占整条苎麻的2/3,其主要成分是纤维素和半纤维素。焚烧处理不但污染环境,而且造成资源极大浪费。近几年来,利用苎麻纤维生产复合材料也是以其韧皮纤维部分为原料。
木塑复合材料生产技术是近几年来迅猛发展的新技术,其原料主要采用木材纤维,也采用草本纤维,但局限于秸杆、竹、芒草等,由于我国森林资源有限,这一工艺的原料供应存在很大瓶颈。同时,植物纤维具有很强的极性,它与塑料间的相容性很差,界面黏结度极低,尽管木质纤维的改性技术取得了很大发展,但苎麻纤维与木质纤维又有不同,对苎麻纤维与塑料的相容性还没有人去解决。
                            发明内容
本发明的目的就是为了解决上述现有技术中存在的不足之处,提供一种苎麻茎杆与塑料复合材料的制备方法。该方法以苎麻杆为原料,解决了苎麻纤维与塑料的相容性问题,生产的复合材料完全可以替代现有的木塑复合材料。
本发明的目的通过下述技术方案实现:所述一种苎麻茎杆与塑料复合材料的制备方法,包括如下步骤和工艺条件:
第一步  将苎麻茎杆粉碎成20~100目的苎麻杆粉后,干燥至含水量在0~3%;同时分别干燥塑料树脂和相容剂;
第二步  在100~110℃下向苎麻杆粉喷洒偶联剂,偶联剂的用量为苎麻杆粉重量的1~2%,制得改性苎麻杆粉;
第三步  以重量份数计,将30~50份改性苎麻杆粉与50~70份塑料树脂、5~10份相容剂、2~4份润滑剂、0.1~0.3份抗氧化剂、0~10份填料、0~20份阻燃剂混合均匀;
第四步  将上述混合物料通过挤出机中挤出,即获得所述苎麻茎杆与塑料复合材料。
为了更好地实现本发明,所述苎麻杆粉的干燥温度为90~105℃,干燥时间为18~24小时;所述塑料树脂和相容剂分别在70~100℃下烘干2~4小时;所述苎麻杆粉在捏合机中喷洒偶联剂,捏合时间为40~60分钟;所述苎麻杆粉在高速混合机中喷洒偶联剂,混合时间为15~20分钟;所述偶联剂在喷洒时按照偶联剂∶无水乙醇=1∶2~4的重量比稀释;所述偶联剂包括硅烷偶联剂KH550、WD20或钛酸酯偶联剂NDZ-101;所述塑料树脂包括低密度聚乙烯LDPE、高密度聚乙烯HDPE或聚丙烯PP;所述相容剂包括马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝高密度聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯;所述润滑剂包括乙撑双硬脂酸酰胺EBS、聚乙烯蜡PE蜡、硬脂酸、复合润滑剂中一种或一种以上混合物;所述抗氧化剂包括抗氧化剂1010和抗氧化剂168;所述填料包括滑石粉或碳酸钙;所述阻燃剂包括十溴二苯醚和三氧化二锑;将所述混合物料通过同向双螺杆挤出机中挤出,螺杆加热温度为120~200℃,螺杆转速为40~100rpm。
本发明与现有技术相比,具有如下优点和有益效果:
1、本发明很好地解决了草本纤维与塑料的相容性及原料表面处理技术等问题,实现了苎麻原料的综合利用,解决了农业废弃物的处理问题,提高了农产品的附加值;同时由于苎麻原料来源广泛,价格低廉,因而本发明制备的复合材料制品成本低。
2、本发明制备的复合材料兼有木材和塑料的优点而克服其缺点,不仅可以作出天然木材那样的外观,而且质量轻,可防腐、防潮、防虫、防火,尺寸稳定性高,不开裂、不翘曲,具有很好的可加工性能,还可循环回收利用,是极好的环保材料。
3、本发明制备的复合材料满足战备需要,可以用于生产军需装备产品,包括子弹箱、炮弹箱、野营帐篷支架、隔板等。
                          具体实施方式
下面结合实施例,对本发明作进一步地详细说明,但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
第一步  采用300型德式木粉机,将苎麻茎杆粉碎成20~40目的苎麻杆粉后,在90℃下热风干燥苎麻杆粉24小时,控制含水量在3%以内;同时分别在70℃下烘干LDPE和马来酸酐接枝聚乙烯4小时;
第二步  苎麻杆粉在捏合机中喷洒硅烷偶联剂KH550,用量为苎麻杆粉重量的1.5%,温度100℃,捏合时间40分钟,使得偶联剂能够均匀包覆苎麻杆粉,提高其与塑料树脂的相容性(偶联剂在喷洒时按照偶联剂∶无水乙醇=1∶3的重量比稀释),制得改性苎麻杆粉;
第三步  以重量份数计,将30份改性苎麻杆粉与70份LDPE、5份马来酸酐接枝聚乙烯、1份硬脂酸、2份PE蜡、0.1份抗氧化剂1010、0.05份抗氧化剂168混合均匀;
第四步  将上述混合物料通过同向双螺杆挤出机中挤出,螺杆加热温度为120~150℃,螺杆转速为60~100rpm,即获得所述苎麻茎杆与塑料复合材料。该复合材料可以直接制备成品型材或板材,也可以通过造粒、二次挤出成型制备成品。
本实施例制备的复合材料测试力学性能如下:拉伸强度11.81MPa,拉伸模量464.8MPa,弯曲强度16.2Mpa,弯曲模量698.9Mpa,悬臂梁缺口冲击强度6.37KJ/m2,断裂伸长率10.17%。
实施例二
第一步  将苎麻茎杆粉碎成20~40目的苎麻杆粉后,在95℃下热风干燥苎麻杆粉22小时,控制含水量在3%以内;同时分别在80℃下烘干LDPE和马来酸酐接枝聚乙烯3小时;
第二步  苎麻杆粉在捏合机中喷洒钛酸酯偶联剂NDZ-101,用量为苎麻杆粉重量的1.5%,温度105℃,捏合时间50分钟(偶联剂在喷洒时按照偶联剂∶无水乙醇=1∶3的重量比稀释),制得改性苎麻杆粉;
第三步  以重量份数计,将30份改性苎麻杆粉与70份LDPE、5份马来酸酐接枝聚乙烯、1份硬脂酸、2份PE蜡、0.1份抗氧化剂1010、0.05份抗氧化剂168混合均匀;
第四步  将上述混合物料通过同向双螺杆挤出机中挤出,螺杆加热温度为120~150℃,螺杆转速为60~100rpm,即获得所述苎麻茎杆与塑料复合材料。
本实施例制备的复合材料测试力学性能如下:拉伸强度11.27MPa,拉伸模量484.8MPa,弯曲强度17.1Mpa,弯曲模量758.2Mpa,悬臂梁缺口冲击强度6.09KJ/m2,断裂伸长率8.08%。
实施例三
第一步  将苎麻茎杆粉碎成40~60目的苎麻杆粉后,在100℃下热风干燥苎麻杆粉20小时,控制含水量在3%以内;同时分别在90℃下3小时烘干HDPE和马来酸酐接枝高密度聚乙烯;
第二步  苎麻杆粉在捏合机中喷洒硅烷偶联剂KH550,用量为苎麻杆粉重量的1.5%,温度110℃,捏合时间60分钟(偶联剂在喷洒时按照偶联剂∶无水乙醇=1∶3的重量比稀释),制得改性苎麻杆粉;
第三步  以重量份数计,将40份改性苎麻杆粉与60份HDPE、5份马来酸酐接枝高密度聚乙烯、1份硬脂酸、2份EBS、0.1份抗氧化剂1010、0.05份抗氧化剂168混合均匀;
第四步  将上述混合物料通过同向双螺杆挤出机中挤出,螺杆加热温度为160~185℃,螺杆转速为60~100rpm,即获得所述苎麻茎杆与塑料复合材料。
本实施例制备的复合材料测试力学性能如下:拉伸强度31.23MPa,拉伸模量1572.7MPa,弯曲强度44.3Mpa,弯曲模量2747.3Mpa,悬臂梁缺口冲击强度4.36KJ/m2,断裂伸长率6.77%。
实施例四
第一步  将苎麻茎杆粉碎成20~40目的苎麻杆粉后,在105℃下热风干燥苎麻杆粉18小时,控制含水量在3%以内;同时分别在100℃下2小时烘干HDPE和马来酸酐接枝聚乙烯;
第二步  苎麻杆粉在捏合机中喷洒硅烷偶联剂KH550,用量为苎麻杆粉重量的1.5%,温度110℃,捏合时间40分钟(偶联剂在喷洒时按照偶联剂∶无水乙醇=1∶3的重量比稀释),制得改性苎麻杆粉;
第三步  以重量份数计,将30份改性苎麻杆粉与70份HDPE、8份马来酸酐接枝聚乙烯、1份硬脂酸、3份PE蜡、0.1份抗氧化剂1010、0.05份抗氧化剂168、6份滑石粉混合均匀;
第四步  将上述混合物料通过同向双螺杆挤出机中挤出,螺杆加热温度为160~185℃,螺杆转速为60~100rpm,即获得所述苎麻茎杆与塑料复合材料。
本实施例制备的复合材料测试力学性能如下:拉伸强度29.14MPa,拉伸模量1460.3MPa,弯曲强度38.89Mpa,弯曲模量2362Mpa,悬臂梁缺口冲击强度3.69KJ/m2,断裂伸长率8.45%。
实施例五
第一步  将苎麻茎杆粉碎成20~40目的苎麻杆粉后,在105℃下热风干燥苎麻杆粉18小时,控制含水量在3%以内;同时分别在100℃下2小时烘干HDPE和马来酸酐接枝高密度聚乙烯;
第二步  苎麻杆粉在捏合机中喷洒硅烷偶联剂KH550,用量为苎麻杆粉重量的1.5%,温度110℃,捏合时间40分钟(偶联剂在喷洒时按照偶联剂∶无水乙醇=1∶3的重量比稀释),制得改性苎麻杆粉;
第三步  以重量份数计,将50份改性苎麻杆粉与50份HDPE、8份马来酸酐接枝高密度聚乙烯、2份复合润滑剂TPW104(美国Struktol公司生产)、0.1份抗氧化剂1010、0.05份抗氧化剂168、6份滑石粉、13份十溴二苯醚、4份三氧化二锑混合均匀;
第四步  将上述混合物料通过同向双螺杆挤出机中挤出,螺杆加热温度为160~185℃,螺杆转速为60~100rpm,即获得所述苎麻茎杆与塑料复合材料。
本实施例制备的复合材料可以用于制备具有阻燃性PE塑木材料。
实施例六
第一步  将苎麻茎杆粉碎成60~80目的苎麻杆粉后,在105℃下热风干燥苎麻杆粉18小时,控制含水量在3%以内;同时分别在100℃下2小时烘干HDPE和马来酸酐接枝高密度聚乙烯;
第二步  苎麻杆粉在高速混合机中喷洒硅烷偶联剂WD20,用量为苎麻杆粉重量的1%,温度110℃,混合时间15分钟(偶联剂在喷洒时按照偶联剂∶无水乙醇=1∶2的重量比稀释),制得改性苎麻杆粉;
第三步  以重量份数计,将50份改性苎麻杆粉与50份HDPE、10份马来酸酐接枝高密度聚乙烯、2份EBS、0.07份抗氧化剂1010、0.03份抗氧化剂168、3份碳酸钙、5份十溴二苯醚、3份三氧化二锑混合均匀;
第四步  将上述混合物料通过同向双螺杆挤出机中挤出,螺杆加热温度为160~185℃,螺杆转速为60~100rpm,即获得所述苎麻茎杆与塑料复合材料。
实施例七
第一步  将苎麻茎杆粉碎成80~100目的苎麻杆粉后,在105℃下热风干燥苎麻杆粉18小时,控制含水量在3%以内;同时分别在100℃下2小时烘干PP和马来酸酐接枝聚丙烯;
第二步  苎麻杆粉在高速混合机中喷洒硅烷偶联剂WD20,用量为苎麻杆粉重量的2%,温度110℃,混合时间20分钟(偶联剂在喷洒时按照偶联剂∶无水乙醇=1∶4的重量比稀释),制得改性苎麻杆粉;
第三步  以重量份数计,将50份改性苎麻杆粉与50份PP、8份马来酸酐接枝聚丙烯、2份复合润滑剂TPW104、0.2份抗氧化剂1010、0.1份抗氧化剂168、10份碳酸钙、13份十溴二苯醚、7份三氧化二锑混合均匀;
第四步  将上述混合物料通过同向双螺杆挤出机中挤出,螺杆加热温度为180~200℃,螺杆转速为40~60rpm,即获得所述苎麻茎杆与塑料复合材料。
如上所述,即可较好地实现本发明。

Claims (10)

1、一种苎麻茎杆与塑料复合材料的制备方法,其特征是,包括如下步骤和工艺条件:
第一步将苎麻茎杆粉碎成20~100目的苎麻杆粉后,干燥至含水量在0~3%;同时分别干燥塑料树脂和相容剂;
第二步在100~110℃下向苎麻杆粉喷洒偶联剂,偶联剂的用量为苎麻杆粉重量的1~2%,制得改性苎麻杆粉;
第三步以重量份数计,将30~50份改性苎麻杆粉与50~70份塑料树脂、5~10份相容剂、2~4份润滑剂、0.1~0.3份抗氧化剂、0~10份填料、0~20份阻燃剂混合均匀;
第四步将上述混合物料通过挤出机中挤出,即获得所述苎麻茎杆与塑料复合材料。
2、根据权利要求1所述的一种苎麻茎杆与塑料复合材料的制备方法,其特征是,所述苎麻杆粉的干燥温度为90~105℃,干燥时间为18~24小时;所述塑料树脂和相容剂分别在70~100℃下烘干2~4小时。
3、根据权利要求1所述的一种苎麻茎杆与塑料复合材料的制备方法,其特征是,所述苎麻杆粉在捏合机中喷洒偶联剂,捏合时间为40~60分钟;所述苎麻杆粉在高速混合机中喷洒偶联剂,混合时间为15~20分钟。
4、根据权利要求1或3所述的一种苎麻茎杆与塑料复合材料的制备方法,其特征是,所述偶联剂在喷洒时按照偶联剂∶无水乙醇=1∶2~4的重量比稀释;所述偶联剂包括硅烷偶联剂KH550、WD20或钛酸酯偶联剂NDZ-101。
5、根据权利要求1或2所述的一种苎麻茎杆与塑料复合材料的制备方法,其特征是,所述塑料树脂包括LDPE、HDPE或PP;所述相容剂包括马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝高密度聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯。
6、根据权利要求1所述的一种苎麻茎杆与塑料复合材料的制备方法,其特征是,所述润滑剂包括EBS、PE蜡、硬脂酸、复合润滑剂中一种或一种以上混合物。
7、根据权利要求1所述的一种苎麻茎杆与塑料复合材料的制备方法,其特征是,所述抗氧化剂包括抗氧化剂1010和抗氧化剂168。
8、根据权利要求1所述的一种苎麻茎杆与塑料复合材料的制备方法,其特征是,所述填料包括滑石粉或碳酸钙。
9、根据权利要求1所述的一种苎麻茎杆与塑料复合材料的制备方法,其特征是,所述阻燃剂包括十溴二苯醚和三氧化二锑。
10、根据权利要求1所述的一种苎麻茎杆与塑料复合材料的制备方法,其特征是,将所述混合物料通过同向双螺杆挤出机中挤出,螺杆加热温度为120~200℃,螺杆转速为40~100rpm。
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