一种利用生物炭制备炭塑复合材料及其生产方法
【专利摘要】一种利用生物炭制备的炭塑复合材料，属于复合材料技术领域，其特征是，所述复合材料包括采用如下重量份数的原料制成：生物质粉10?50、活化生物炭10?50、纳米碳酸钙10?20、高密度聚乙烯30?60、偶联剂3?5、增韧剂3?8、润滑剂1?3；其中，生物质粉、活化生物炭与纳米碳酸钙添加量之和占原料总重之比大于50％；其中，活化生物炭是生物炭与2?3％的马来酸酐接枝聚丙烯的混合物，其比表面积为1.5～2.5m2/g，孔径20～30nm。本发明通过调整适当组分的配料配方及加工助剂，有效利用了生物炭，得到了一种新型复合材料，使生物炭得到更广泛的回收利用。
【专利说明】
一种利用生物炭制备炭塑复合材料及其生产方法
技术领域
[0001] 本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种利用生物炭制备炭塑复合材料及其 生产方法。
【背景技术】
[0002] 生物质热裂解液化技术的产物有不可冷凝气、生物油、生物炭三种，其中不可冷凝 气可作为热源加热装置，生物油可作为燃料，而生物炭的应用较少。
[0003] 《生物炭应用研究进展》(袁艳文、田宜水等《可再生能源》第30卷第9期2012年9月） 探讨了生物炭在农业、能源、养殖业、环境保护和副产等五个方面的应用，指出下一步发展 方向。
[0004] 《木塑复合材料的研究进展与发展前景》(沈凡成、贾润礼《塑料助剂》2010年第1 期)介绍了木塑复合材料的加工工艺和配方设计，指出木塑复合材料研究中的关键问题是 复合界面的相容性。
[0005] 上述文件作为对比文件，其全文引用于此。经检索，未发现生物炭作为原料用于制 备木塑复合材料的文献或专利。
【发明内容】
[0006] 为了拓展生物质热裂解产物生物炭的应用，本发明提供了一种利用生物炭制备炭 塑复合材料及其生产方法。
[0007] 本发明采用的具体技术方案是：
[0008] -种利用生物炭制备的炭塑复合材料，其特征是，所述复合材料包括采用如下重 量份数的原料制成： 生物质粉 10 50 活化生物炭 10 50 纳米碳酸钙 10 20
[0009]高密度聚乙烯 30-60 偶联剂 3 5 增韧剂 3 8 润滑剂 1-3;
[0010]其中，生物质粉、活化生物炭与纳米碳酸钙添加量之和占原料总重之比大于50% ;
[0011] 其中，活化生物炭是生物炭与2-3 %的马来酸酐接枝聚丙烯(商品名:MAPP)的混合 物，其比表面积为1.5~2.5m2/g，孔径20~30nm;
[0012] 所述生物质粉是指木粉及农业秸杆等，粉碎颗粒为80-120目，含水率小于2% ; [0013]所述生物炭为生物质在400°c~600°C下热裂解的产物，其比表面积为2.13m 2/g， 孔径24nm;
[0014] 所述高密度聚乙烯为市售商品，其密度为0.96g/cm3以上，熔融指数为2.5-3.5g/ lOmin，熔点为 126-137°C;
[0015] 所述纳米碳酸钙为市售商品，比重为2.5g/cm3,平均粒径为40-80nm，比表面积多 22m 2/g，酸碱值8 · 5-9 · 7，含水率<0 · 9% ;
[0016] 所述偶联剂马来酸酐接枝聚丙烯为市售商品，外观是白色或淡黄色颗粒，接枝率 0 · 8-1 · 0%，熔融指数40g/10min;
[0017] 所述增韧剂茂金属催化烯烃聚合物为半晶态丙烯与乙烯共聚物，乙烯含量15%， 密度 0 · 861g/cm3，恪融指数 7 · 4g/10min，硬度 61HRC;
[0018] 所述的润滑剂为脂肪酸酯类混合物，外观是粒状物，滴落点67-77°C，比重1.005g/ cm3。
[0019] 本发明配方中还可以包括有工艺量的着色剂，这样能获得彩色的产品。
[0020] 本发明利用生物炭制备炭塑复合材料的生产方法，步骤如下：
[0021 ] 1)在生物炭颗粒中添加2_3wt %马来酸酐接枝聚丙烯，混合均匀后，困料1-3小时， 得活化生物炭；
[0022] 2)按重量比例将活化生物炭、生物质粉和纳米碳酸钙加入高混机中混合，混合温 度为105 °C -110 °C，混合时间为15-20分钟；
[0023] 3)按重量比例将前面的料与高密度聚乙烯、偶联剂、增韧剂和润滑剂常温混合，混 合时间为15-20分钟；
[0024] 4)将混合的原料加入平行双螺杆挤出机进行混炼造粒，挤出机主机温度为190 °C -230°C，转速为40-60转/分钟，喂料机转速为6-8转/分钟，挤出机熔体压力10-15MPa，机头温 度180°C，挤出速度200Kg/h，挤出后切粒；
[0025] 5)将颗粒加入到锥形双螺杆挤出机挤出成型，挤出机温度在135 °C -175 °C之间，转 速为40-50转/分钟，喂料机转速为4-5转/分钟，机头温度175°C，挤出速度600mm/min，挤出 后定型冷却即可得到炭塑复合材料。
[0026]锥形双螺杆挤出机上安装的模具不同，得到的材料截面就不同，根据需要选择模 具。
[0027]本发明的有益效果在于：
[0028] 1)本发明通过调整适当组分的配料配方及加工助剂，有效利用了生物炭，得到了 一种新型复合材料，使生物炭得到更广泛的回收利用，变废为宝，保护环境；
[0029] 2)本发明改善了生物炭的相容性，使本发明制得的材料，其抗冲击性、拉伸强度等 性能优于现有技术的木塑材料。
【具体实施方式】：
[0030] 1)配方(单位:重量份）
[0031] L〇〇32J 2)制法
[0033]按照实施例的配方进行制备：
[0034] 1)在生物炭颗粒中添加2_3wt%马来酸酐接枝聚丙烯，混合均匀后，捆料1-3小时， 得活化生物炭；
[0035] 2)按重量比例将活化生物炭、生物质粉和纳米碳酸钙加入高混机中混合，混合温 度为105 °C -110 °C，混合时间为15-20分钟；
[0036] 3)按重量比例将前面的料与高密度聚乙烯、偶联剂、增韧剂和润滑剂等常温混合， 混合时间为15-20分钟；
[0037] 4)将混合的原料加入平行双螺杆挤出机进行混炼造粒，挤出机主机温度为190 °C - 230°C，转速为40-60转/分钟，喂料机转速为6-8转/分钟，挤出机熔体压力10-15MPa，机头温 度180°C，挤出速度200Kg/h，挤出后切粒；
[0038] 5)将颗粒加入到锥形双螺杆挤出机挤出成型，挤出机温度在135°C-175°C之间，转 速为40-50转/分钟，喂料机转速为4-5转/分钟，机头温度175°C，挤出速度600mm/min，挤出 后定型冷却即可得到炭塑复合材料。
[0039] 按照标准对复合材料测试，实施例的测试结果如下：
[0040]
【主权项】
1. 一种利用生物炭制备的炭塑复合材料，其特征是，所述复合材料包括采用如下重量 份数的原料制成： 生物质粉 丨O 50 活化生物炭 10 50 纳米碳酸钙 10-20 高密度聚乙烯 30-60 偶联剂 3-5 增韧剂 3-8 润滑剂 1-3; 其中，生物质粉、活化生物炭与纳米碳酸钙添加量之和占原料总重之比大于50%; 其中，活化生物炭是生物炭与2-3%的马来酸酐接枝聚丙烯（商品名：MAPP)的混合物， 其比表面积为1.5~2.5m2/g，孔径20~30nm。2. 根据权利要求1所述的利用生物炭制备的炭塑复合材料，其特征是，所述生物质粉粉 碎颗粒为80-120目，含水率小于2 % ;所述高密度聚乙烯为市售商品，其密度为0.96g/cm3以 上，熔融指数为2.5-3.58/1〇1^11，熔点为126-137°(：;所述纳米碳酸钙比重为2.58/〇11 3，平均 粒径为40-80nm，比表面积多22m2/g，酸碱值8.5-9.7，含水率彡0.9% ;所述偶联剂是马来酸 酐接枝聚丙稀接枝率0.8-1.0%，恪融指数40g/10min;所述增韧剂茂金属催化稀经聚合物 为半晶态丙烯与乙烯共聚物，乙烯含量15%，密度0.861g/cm 3，熔融指数7.4g/10min，硬度 61HRC;所述的润滑剂为脂肪酸酯类混合物。3. 根据权利要求1所述的利用生物炭制备的炭塑复合材料，其特征是，还包括有工艺量 的着色剂。4. 权利要求1的利用生物炭制备的炭塑复合材料的生产方法，其特征是，包括如下步 骤： 1) 在生物炭颗粒中添加2-3wt%马来酸酐接枝聚丙烯，混合均匀后，困料1-3小时，得活 化生物炭； 2) 按重量比例将活化生物炭、生物质粉和纳米碳酸钙加入高混机中混合，混合温度为 105 °C -110 °C，混合时间为15-20分钟； 3) 按重量比例将前面的料与高密度聚乙烯、偶联剂、增韧剂和润滑剂常温混合，混合时 间为15-20分钟； 4) 将混合的原料加入平行双螺杆挤出机进行混炼造粒，挤出机主机温度为190°C-230 °C，转速为40-60转/分钟，喂料机转速为6-8转/分钟，挤出机熔体压力10-15MPa，机头温度 180°C，挤出速度200Kg/h，挤出后切粒； 5) 将颗粒加入到锥形双螺杆挤出机挤出成型，挤出机温度在135 °C-175 °C之间，转速为
【文档编号】C08L23/06GK106009748SQ201610519982
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月4日
【发明人】蔡红珍, 易维明, 王丽红, 杨科研, 张庆法
【申请人】山东理工大学