一种坚果壳粉/PVC木塑复合材料及其制备方法

一种坚果壳粉/pvc木塑复合材料及其制备方法
技术领域
1.本发明属于材料领域，具体涉及一种坚果壳粉/pvc木塑复合材料及其制备方法。
技术背景
2.木塑复合材料是以热塑性聚合物为基体，以木质纤维为填充物的绿色复合材料。近年来，木塑复合材料因其成本低、易加工、尺寸稳定性好等优点，被广泛用于汽车内饰、室内装潢和室外景观建筑等领域。在实际生产过程中，木塑复合材料最常用的填充料是木粉，木粉的来源极少部分是木材加工过程中自身产生的粉料，绝大部分是将木材进行针对性的加工磨粉而得到，如此便导致大量木材被耗用，大量树林被砍伐，给森林保护及水土保持造成严重威胁。
3.坚果壳作为农业废弃物具有来源广泛、价格低、可降解、富含木质素等优点。我国是农业大国，每年产生约257万吨核桃壳，其中大部分被焚烧或者废弃，造成资源浪费和环境污染。开发利用坚果壳可以减轻环境污染，提高农业废弃物利用率，降低木塑复合材料生产成本。
4.果壳粉表面含有大量羟基，具有极性和吸水性，塑性聚合物表面一般呈非极性。直接将果壳粉和pvc共混会导致弱界面的产生，界面作用小，力学性能较低。因此，对果壳粉进行改性处理，改善其与塑料基体间的界面结合性有重要意义。


技术实现要素：

5.本发明针对以上问题的提出，而研究设计一种坚果壳粉/pvc木塑复合材料及其制备方法，以增加坚果壳类农业废弃物的利用和减少环境污染，解决坚果壳粉与pvc基体相容性差的问题。本发明采用的技术手段如下：一种坚果壳粉/pvc木塑复合材料及其制备方法，包括重量份数如下的各组分：20-50份坚果壳粉、50-80份pvc、3-8份偶联剂和3-8份稳定剂。
6.优选地，所述坚果壳粉为核桃壳粉、开心果壳粉、榛子壳粉、巴旦木壳粉和其他坚果壳粉的一种或多种，所述坚果壳粉的细度≤80目，干燥坚果壳粉含水率小于3%，坚果壳粉经过naoh处理。
7.优选地，所述pvc为粉末。
8.优选地，所述偶联剂为马来酸酐接枝偶联剂。
9.优选地，所述稳定剂为钙锌复合稳定剂。
10.一种基于上述任意一项所述的坚果壳粉/pvc木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：s1、将所述坚果壳在naoh溶液中浸泡12-24 h，将浸泡后的坚果壳洗涤至中性后在60-80℃干燥，将干燥的坚果壳粉碎后过筛，得到改性坚果壳粉；s2、称取步骤s1所述改性坚果壳粉20-50份，与50-80份pvc、3-8份偶联剂和3-8份稳定剂在三维运动混合机中以10-15 r/min的转速混合5-10 min，得到混合物料；
s3、将步骤s2中所得混合物料加入单螺杆挤出机中，挤出机各段温度在150℃-175℃之间，且按物料流动去向各段温度依次呈3℃-8℃递增，螺杆转速10-20 r/min，挤出制得坚果壳粉/pvc木塑复合材料。
11.与现有技术比较，本发明所述的一种坚果壳粉/pvc木塑复合材料及其制备方法，使用坚果壳作为原料，生产成本低且绿色环保，是一种环境友好型材料；采用碱处理改性坚果壳粉，降低了坚果壳粉的极性，提高了坚果壳粉与pvc的界面结合性，进而增强了材料的整体性能；单螺杆一步挤出，简化了材料制备流程，降低了材料制备成本。
具体实施方式
12.一种坚果壳粉/pvc木塑复合材料，包括重量份数如下的各组分：20-50份坚果壳粉、50-80份pvc、3-8份偶联剂和3-8份稳定剂。
13.进一步地，坚果壳粉改性处理的naoh浓度为1-7%，坚果壳粉为核桃壳粉，坚果壳粉的细度≤80目；pvc（聚氯乙烯）为粉末；偶联剂为马来酸酐接枝偶联剂；稳定剂为钙锌复合稳定剂。
14.一种基于上述坚果壳粉/pvc木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：s1、将所述坚果壳在naoh溶液中浸泡12-24 h，将浸泡后的坚果壳洗涤至中性后在60-80℃干燥，将干燥的坚果壳粉碎后过筛，得到改性坚果壳粉。
15.s2、称取步骤s1所述改性坚果壳粉20-50份，与50-80份pvc、3-8份偶联剂和3-8份稳定剂在三维运动混合机中以10-15 r/min的转速混合5-10 min，得到混合物料。
16.s3、将步骤s2中所得混合物料加入单螺杆挤出机中，挤出制得坚果壳粉/pvc木塑复合材料。
17.进一步地，s3步骤所述单螺杆挤出机各段温度在150℃-175℃之间，且按物料流动去向各段温度依次呈3℃-8℃递增，螺杆转速10-20 r/min。
18.以下通过不同实施例，说明生产的坚果壳粉/pvc木塑复合材料的性能。所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.实施例1-5中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
20.实施例1-5。
21.将风干的坚果壳在室温下分别用去离子水、1%、3%、5%和7%的naoh溶液浸泡12h进行改性，浸泡完成后用去离子水多次漂洗至中性；洗涤后的核桃壳在80℃下干燥至含水率低于3%；干燥后的核桃壳粉碎后过100目筛。
22.按照重量份数如表1所示的配方将原料放入三维运动混合机中以15 r/min的转速混合10 min，得到混合物料；将所得混合物料加入单螺杆挤出机中，挤出制得坚果壳粉/pvc木塑复合材料。
23.其中，按物料流动去向依次设定单螺杆挤出机各段温度为155℃、160℃、165℃，机头温度170℃，螺杆转速10 r/min。
24.表1实施例1-5的坚果壳粉/pvc复合材料配方及处理坚果壳粉的naoh浓度将所得坚果壳粉/pvc木塑复合材料按照相应标准进行性能检测，结果如表2。
25.表2实施例1-5的坚果壳粉/pvc复合材料的性能 由表2可知，naoh改性坚果壳粉可以增强坚果壳粉/pvc复合材料的力学性能及耐磨损性能，且坚果壳粉经浓度为3%naoh改性后坚果壳粉/pvc复合材料拉伸强度和弯曲强度最大；坚果壳粉经浓度为5%naoh改性后坚果壳粉/pvc复合材料冲击强度最大，比磨损率最小，耐磨性最佳。
26.本发明提供了一种用naoh改性坚果壳粉以及用改性后的坚果壳粉与pvc制得复合材料的方法。坚果壳经naoh改性后极性降低，表面粗糙度增大，提高了坚果壳粉与pvc基体的两相结合性，从而使得材料整体性能增强。材料制备原料主材料为农业废弃物，提供了农业废弃物利用新途径，材料制备流程简单，一步挤出，能有效降低能耗，降低材料制备成本；坚果壳改性方法操作简单，便于在生产中应用。
27.以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。


技术特征：
1.一种坚果壳粉/pvc木塑复合材料及其制备方法，其特征在于：包括重量份数如下的各组分：20-50份坚果壳粉、50-80份pvc、3-8份偶联剂和3-8份稳定剂。2.根据权利要求1所述的一种坚果壳粉/pvc木塑复合材料，其特征在于：所述坚果壳粉为核桃壳粉、开心果壳粉、榛子壳粉、巴旦木壳粉和其他坚果壳粉的一种或多种，所述坚果壳粉的细度≤80目，干燥坚果壳粉含水率小于3%，坚果壳粉经过naoh处理。3.根据权利要求1所述的一种坚果壳粉/pvc木塑复合材料，其特征在于：所述pvc为粉末。4.根据权利要求1所述的一种坚果壳粉/pvc木塑复合材料，其特征在于：所述偶联剂为马来酸酐接枝偶联剂。5.根据权利要求1所述的一种坚果壳粉/pvc木塑复合材料，其特征在于：所述稳定剂为钙锌复合稳定剂。6.一种基于权利要求1-5中任意一项所述的坚果壳粉/pvc木塑复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：s1、将所述坚果壳在naoh溶液中浸泡12-24 h，将浸泡后的坚果壳洗涤至中性后在60-80℃干燥，将干燥的坚果壳粉碎后过筛，得到改性坚果壳粉；s2、称取步骤s1中制备的坚果壳粉20-50份，与50-80份pvc、3-8份偶联剂和3-8份稳定剂在三维运动混合机中以10-15 r/min的转速混合5-10 min，得到混合物料；s3、将步骤s2中所得混合物料加入单螺杆挤出机中，挤出机各段温度在150℃-175℃之间，且按物料流动去向各段温度依次呈3℃-8℃递增，螺杆转速10-20 r/min，挤出制得坚果壳粉/pvc木塑复合材料。

技术总结
本发明公开了一种坚果壳粉/PVC木塑复合材料及其制备方法，本发明的木塑复合材料包括如下重量份配比的原料：改性果壳粉20-50；PVC 50-80；偶联剂3-8；稳定剂3-8。利用碱对坚果壳粉进行改性后与PVC进行共混单螺杆熔融挤出，形成成品材料。本发明解决了木纤维与热塑性塑料界面相容性差的问题，利用化学处理方法，实现了坚果壳类生物质农业废弃物的综合利用，可代替木材使用，增加了农业废弃物的附加价值，解决了农业废弃物废弃和焚烧造成的环境污染。本发明制造的木塑复合材料力学性能及抗磨料磨损性能显著提高，具有广泛的应用前景。具有广泛的应用前景。


技术研发人员：杨君乾 张克平 陈东胜
受保护的技术使用者：甘肃农业大学
技术研发日：2022.01.05
技术公布日：2022/2/24