一种秸秆纤维基生物质复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0002] 本发明涉及一种秸杆基生物质复合材料及其制备方法，属于新材料及其成型加工 领域，发明产品可用于代替塑料，木材等。
【背景技术】
[0003] 目前在包装、电子电器、家居家装、汽车、飞机、军工等领域所使用的材料主要以石 油基塑料为主，部分使用原木。但是，塑料具有无法生物降解，污染环境等缺点，同时，石油 资源有限，不具有可持续发展性。而大量原木的使用，将会砍伐大量的森林，破坏生态环境。 因此，将植物纤维与部分高分子塑料相结合，生产出一种较高性能的木塑复合材料，可以代 替木材和塑料，缓减资源短缺、生态破坏和环境污染问题。但是，由于植物纤维与塑料之间 的结合性差，木塑产品的成型加工困难，从而导致现有市场上的木塑产品具有强度低、性 脆、比重大、植物纤维含量低等缺陷，同时，现有木塑产品中所使用植物纤维的来源主要以 树木为主，这样直接导致成本增加，而且会破坏生态环境。本发明以生长周期短的农业废弃 物秸杆为主要原材料，通过特殊的无氧碳化工艺，结合配方设计，生产出一种具有高强度、 韧性好、低成本的生物质复合材料，可代替塑料和木材等。
[0004]
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有木塑复合材料有强度低、性脆、比重大、植物纤维含量 低、成本高、所用纤维来源短缺等缺点，充分利用农业废弃物秸杆生长周期短，成本低廉，纤 维组织多孔质轻等优点，通过少氧碳化工艺处理，然后与高密度聚乙烯（HDPE)混合，配合 其他添加剂、采用合适的工艺步骤和参数，以螺杆挤出造粒得到一种高性能、成本低廉的生 物质复合材料，该材料可使用注塑、挤出、模压、机加工等方法成型各种制品，广泛应用于包 装、电子、通讯、家具、装饰、汽车、飞机、军工等领域，代替塑料和原木等材料，具有很好的社 会和经济效益。
[0006] 本发明的复合材料，主要组成为：秸杆，HDPE(高密度聚乙烯)，钛酸酯偶联剂 TMC-201 (异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯)，铝酸酯偶联剂（二硬脂酰氧异丙基铝 酸酯），聚乙二醇，EAA(乙烯-丙烯酸共聚物)，聚乙烯蜡，马来酸酐，柴油，醋酸。
[0007] 各组分比例及制备步骤： (1) 取100份(质量份数)含水率少于等于5%、长度小于等于20mm的秸杆，10~20份(优 选15份）浓度为60~70% (优选65%)的醋酸水溶液，2~5份(优选4份）柴油，共混均匀后放 入密封真空炉中，在真空度小于等于50Pa，温度200~300°C(优选250°C)，烧结15~30分钟 (优选20分钟），然后取出粉碎，过筛，使其粒径控制在10~30目（优选20目），待用 (2) 取步骤（1)所得纤维60~80份(优选70份)，HDPE20~40份(优选30份)，钛酸酯偶联 剂1~3份(优选2份)，铝酸酯偶联剂1~3份(优选2份)，聚乙二醇2~4份(优选3份)，EAA5~10 份(优选7份)，聚乙烯蜡1~3份(优选2份)，马来酸酐0. 5~1. 5份(优选1份)，在高混机中 共混10~30分钟(优选20分钟)，待用。
[0008] (3)将混合好的物料，通过螺杆挤出机挤出造粒，控制机头温度为170~210°C(优 选 190°C)，机头压力 2~5MPa(优选 3MPa)，螺杆转速 70~90r/min(优选 80r/min)。
[0009] 本发明首先将秸杆与柴油共混后在真空状态下高温部分碳化，并产生部分酯化 反应，然后在偶联剂、交联剂、接枝剂等添加剂的协同作用下，与HDPE共混，利用螺杆挤出 方式，在合适的压力、温度和速度下，高效、连续挤出造粒，得到一种高性能的生物质复合材 料，该发明材料可通过挤出、注塑、模压、机加工等方式成型各种制品，广泛应用于包装、电 子电器、家具装饰、建筑、交通工具、以及军工等领域，代替塑料或木材，具有非常高的社会 效益和经济效益。
【具体实施方式】
[0010] 以下结合实施例对本发明作进一步说明。
[0011] 实施例1 : (1) 取100份(质量份数)含水率少于等于5%、长度小于等于20mm的秸杆，10份浓度为 60%的醋酸水溶液，2份柴油，共混均匀后放入密封真空炉中，在真空度小于等于50Pa，温度 200°C，烧结15分钟，然后取出粉碎，过筛，使其粒径控制在10目，待用 (2) 取步骤（1)所得纤维60份，HDPE40份，钛酸酯偶联剂1份，铝酸酯偶联剂1份，聚 乙二醇2份，EAA5份，聚乙烯蜡1份，马来酸酐0. 5份，在高混机中共混10分钟，待用。
[0012] (3)将混合好的物料，通过螺杆挤出机挤出造粒，控制机头温度为190°C，机头压力 3MPa，螺杆转速 80r/min。
[0013] 表 1 买施例2 :
(1) 取100份(质量份数)含水率少于等于5%、长度小于等于20mm的秸杆，15份浓度为 65%的醋酸水溶液，4份柴油，共混均匀后放入密封真空炉中，在真空度小于等于50Pa，温度 250°C，烧结20分钟，然后取出粉碎，过筛，使其粒径控制在20目，待用 (2) 取步骤（1)所得纤维70份，HDPE30份，钛酸酯偶联剂2份，铝酸酯偶联剂2份，聚 乙二醇3份，EAA7份，聚乙烯蜡2份，马来酸酐1份，在高混机中共混20分钟，待用。
[0014](3)将混合好的物料，通过螺杆挤出机挤出造粒，控制机头温度为190°C，机头压力 3MPa，螺杆转速 80r/min。
[0015] 表 2
实施例3 : (1)取100份(质量份数）含水率少于等于5%、长度小于等于20mm的秸杆，20份浓度为 70%的醋酸水溶液，5份柴油，共混均匀后放入密封真空炉中，在真空度小于等于50Pa，温度 300°C，烧结30分钟，然后取出粉碎，过筛，使其粒径控制在30目，待用 (2)取步骤（1)所得纤维80份，HDPE40份，钛酸酯偶联剂3份，铝酸酯偶联剂3份，聚 乙二醇4份，EAA10份，聚乙烯蜡3份，马来酸酐1. 5份，在高混机中共混30分钟，待用。
[0016] (3)将混合好的物料，通过螺杆挤出机挤出造粒，控制机头温度为190°C，机头压力 3MPa，螺杆转速 80r/min。
[0017] 表3
【主权项】
1. 一种秸杆纤维基生物质复合材料及其制备方法，其特征在于，本发明的复合材料，由 秸杆，HDPE(高密度聚乙烯)，钛酸酯偶联剂TMC-201 (异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸 酯)，铝酸酯偶联剂（二硬脂酰氧异丙基铝酸酯），聚乙二醇，EAA(乙烯-丙烯酸共聚物)，聚 乙烯蜡，马来酸酐，柴油，醋酸构成。2. 如权利要求1所述的一种秸杆纤维基生物质复合材料及其制备方法，其特征在于： 复合材料包括以下组分及制备步骤： (1)取100份(质量份数）含水率少于等于5%、长度小于等于20mm的秸杆，10~20份浓 度为60~70%的醋酸水溶液，2~5份柴油，共混均匀后放入密封真空炉中，在真空度小于等于 50Pa，温度200~300°C，烧结15~30分钟，然后取出粉碎，过筛，使其粒径控制在10~30目，待 用； ⑵取步骤（1)所得纤维60~80份，HDPE20~40份，钛酸酯偶联剂1~3份，铝酸酯偶联 剂1~3份，聚乙二醇2~4份，EAA5~10份，聚乙烯蜡1~3份，马来酸酐0. 5~1. 5份，在高混机 中共混10~30分钟，待用； (3)将混合好的物料，通过螺杆挤出机挤出造粒，控制机头温度为170~210°C，机头压 力 2~5MPa，螺杆转速 7〇~9〇r/min。
【专利摘要】本发明公开了一种秸秆纤维基生物质复合材料及其制备方法。充分利用农业废弃物秸秆生长周期短，成本低廉，纤维组织多孔质轻等优点，通过少氧碳化工艺处理，然后与高密度聚乙烯（HDPE）混合，配合其他添加剂、采用合适的工艺步骤和参数，以螺杆挤出造粒得到一种高性能、成本低廉的生物质复合材料，该材料可使用注塑、挤出、模压、机加工等方法成型各种制品，广泛应用于包装、电子、通讯、家具、装饰、汽车、飞机、军工等领域，代替塑料和原木等材料，具有很好的社会和经济效益。
【IPC分类】C08L23/06, C08L23/08, C08L71/02, C08K5/10, C08L97/02
【公开号】CN105348842
【申请号】CN201510919530
【发明人】曾广胜
【申请人】湖南工业大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年12月14日