一种采用改性芦苇粉的木塑制品生产工艺的制作方法

本发明属于木塑复合材料，更具体地，涉及一种采用改性芦苇粉的木塑制品生产工艺。

背景技术：

1、木塑复合材料是利用热塑性塑料，包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及它们的共聚物等作为基体材料，用木粉、稻壳、秸秆等废弃生物质纤维作为增强相，经挤压、模压、注塑成型等塑料加工工艺，生产出的板材或型材，兼有木材和塑料的优点，可以实现工业基础材料废物利用。

2、芦苇粉主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，所含的半纤维素和木质素成分影响了芦苇粉与塑料复合材料的力学性能，因此需要除去芦苇粉中的半纤维素和木质素，提高其纤维素含量。现有技术中一般采用酸碱处理来破坏氢键，达到降解半纤维素和木质素的目的，也存在单独加入氧化剂（次氯酸钠、亚硫酸钠、双氧水等）对木质素进行氧化提高含氧基团数量促进木质素脱除的，但是木质素含氧基团数量增加容易导致已降解的木质素分子之间再次产生氢键而再次析出，降低木质素的脱除率。

3、另外，芦苇粉属于易燃材料，制得的木塑制品也易燃，现有技术一般添加阻燃剂制得阻燃型木塑制品，传统的卤素阻燃剂不够环保，无机阻燃剂环保性佳但在木塑体系中的相容性较差，因此需要寻找一种既环保又适用于木塑体系的阻燃方法。

4、综上所述，如何提供一种采用改性芦苇粉的木塑制品生产工艺，在提高木塑制品力学性能的同时，还能赋予其优良的阻燃性，最终提高木塑制品的综合性能，是目前急需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于为了解决上述技术问题，而提供一种采用改性芦苇粉的木塑制品生产工艺，通过对芦苇粉进行碱液蒸煮预处理和表面改性处理得到改性芦苇粉，能够得到高纤维素含量的芦苇粉，且不需借助外加助剂即可同时实现木塑制品的阻燃性和改性芦苇粉的热塑性，最终提高木塑制品的综合性能。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的，

3、本发明提供了一种采用改性芦苇粉的木塑制品，其制备原料包括以下重量份数的组分：改性芦苇粉50-60份、hdpe交联料28-35份、相容剂4-6份、钙粉5-10份、抗氧化剂2-4份、润滑剂 3-5份以及着色剂 3-5份。

4、本发明中，所述hdpe交联料的分子量为5-10万，所述相容剂为马来酸酐接枝pe或者丙烯酸接枝pe，所述润滑剂为硬脂酸钙、聚乙烯蜡或者硬脂酸锌，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010或者168，所述着色剂为氧化铁红或者氧化铁黄。

5、所述改性芦苇粉的制备方法包括对芦苇粉进行预处理：

6、（1）按照质量比1：（4-8）将芦苇粉（80-120目）置于碱液中蒸煮，所述碱液为质量浓度为10-20%的氢氧化钠水溶液，蒸煮温度为110-135℃，蒸煮时间为2-3h，蒸煮结束后收集残渣，残渣经清水洗涤至中性；

7、（2）在40-60℃下，按照质量比1：（6-12）将步骤（1）得到的产物置于季铵碱和高氯酸盐的混合水溶液中搅拌处理3-5h，然后收集残渣，残渣经清水洗涤（1-3次），然后过滤干燥至70-90%残渣含水率<4%即可。

8、进一步地，步骤（2）中，所述季铵碱为氢氧化六甲双铵，所述高氯酸盐为四十二基高氯酸铵，所述混合水溶液中，季铵碱、高氯酸盐、水的质量比为1：（0.6-1）：（8-15）。

9、进一步地，步骤（1）的蒸煮温度升温条件为：

10、先以2-5℃/min速率升温至65～75℃，保温30-40min；

11、然后以3-6℃/min速率升温至75～90℃，保温50-80min；

12、再以1-3℃/min速率升温至90～110℃，保温40-70min；

13、最后以2-4℃/min速率升温至110～135℃，保温120-180min。

14、进一步地，所述改性芦苇粉的制备方法还包括对预处理得到的芦苇粉进行表面改性：常温下，将预处理得到的芦苇粉置于无机铝盐水溶液中浸渍2-3h，然后抽滤得滤饼，将滤饼置于羟基吡啶衍生物乙醇溶液中，搅拌反应1-3h，得到的产物用无水乙醇洗涤、清水洗涤，烘干至衡重，即得。

15、进一步地，所述无机铝盐水溶液为摩尔浓度为0.1-0.2mol/l的氯化铝或者硫酸铝水溶液，所述预处理得到的芦苇粉与无机铝盐水溶液的质量比为1：（8-12）。

16、进一步地，所述羟基吡啶衍生物为 2-(苄氧基)-5-羟基吡啶，所述羟基吡啶衍生物乙醇溶液的摩尔浓度为0.4-0.8mol/l，所述滤饼与羟基吡啶衍生物乙醇溶液的质量比为1：（5-7）。

17、本发明还提供了一种所述木塑制品的生产工艺，包括以下步骤：按照配方将所有原料置于混合机中，混合均匀后加入到炼胶机混炼，然后置于平行双螺杆挤出机中造粒得到木塑粒子（块状料的长度为6-12mm，粒料的长度为2-4mm），将木塑粒子导入双螺杆挤出机中挤出成型，即得木塑制品。

18、进一步地，所述木塑制品的生产工艺包括以下步骤：将改性芦苇粉与熔融的润滑剂混合均匀后造粒，制成80-100目的颗粒，然后按照配方将制得的颗粒与其余原料置于混合机中，混合均匀后加入到炼胶机混炼，然后置于平行双螺杆挤出机中造粒得到木塑粒子（块状料的长度为6-12mm，粒料的长度为2-4mm），将木塑粒子导入双螺杆挤出机中挤出成型，即得木塑制品。

19、所述润滑剂为硬脂酸钙，所述润滑剂中还加入有3-(3,4-二羟基苯基)-2-丙烯酸二十烷基酯，其加入量为润滑剂质量的3-8%。

20、进一步地，混合机中混合时间为6-12min，搅拌转速为600-800rpm，混合温度为85-95℃；炼胶机中混炼时间为10-12min，混炼温度为120-140℃；造粒温度为140-190℃，双螺杆挤出机的温度为140-190℃，螺杆转速为60-80rpm。

21、本发明的有益效果在于：

22、1、本发明在制备木塑制品时采用改性芦苇粉，该改性芦苇粉的制备方法包括对芦苇粉进行预处理得到高纤维素含量的芦苇粉，将其应用于木塑制品时能够明显提高综合力学性能。具体处理时，本发明首先采用碱液处理，除去芦苇粉中大部分半纤维素和部分木质素，然后采用季铵碱和高氯酸盐的混合水溶液进行后续处理，引起芦苇粉中的木质素氧化，进而产生含氧基团提高其亲水性，促进了木质素的进一步去除，从而得到高纤维素含量的芦苇粉。由于芦苇粉中半纤维素、木质素和纤维素联结在一起形成了复合结构，因此本发明首先采用碱液处理除去芦苇粉中大部分的半纤维素，还减少了芦苇粉中半纤维素对木质素氧化反应的影响，使得木质素与混合水溶液充分接触。

23、2、本发明对芦苇粉进行预处理时采用季铵碱和高氯酸盐的混合水溶液进行后续处理，其所含的的强碱阴离子氢氧根的氢键破坏作用，以及高氯酸根的氧化作用，两者综合提高木质素的脱除率。

24、木质素中本身含大量负电基团，能够对阳离子产生吸附，高氯酸盐进一步选择四十二基高氯酸铵，其所含的长链季铵阳离子可以促进木质素的脱除以及脱除后的木质素在水溶液中的分散，本发明的季铵碱进一步选择氢氧化六甲双铵，其所含的双铵阳离子结构能够将从芦苇粉中脱下来的木质素镶嵌在其结构中，提高木质素的结构稳定性，因此氢氧化六甲双铵与四十二基高氯酸铵一起综合提高脱除后的木质素在水溶液中的分散性和稳定性，防止木质素氧化后产生含氧基团提高亲水性的同时，脱除在水溶液中的木质素分子容易再次产生氢键而再次析出的现象发生。

25、3、本发明改性芦苇粉的制备方法还包括对预处理后的芦苇粉进行表面改性，通过在芦苇粉纤维的表面生成含铝配合物，能够明显提高高纤维素含量芦苇粉的阻燃性。本发明具体将预处理后的芦苇粉置于无机铝盐中浸渍，使得无机铝盐产生的水解产物与芦苇粉纤维表面结合，然后再加入羟基吡啶衍生物乙醇溶液，生成羟基吡啶铝配合物，进而提高阻燃性。

26、4、本发明对预处理后的芦苇粉进行表面改性时，采用的羟基吡啶衍生物优选为2-(苄氧基)-5-羟基吡啶，其生成的羟基吡啶铝配合物还提高了芦苇粉的热塑性，进而提高了木塑制品的流动性和力学性能。另外，由多个苯环围绕的羟基吡啶铝配合物与芦苇粉结合，还提高了芦苇粉的刚性和强度。

27、5、由于木塑制品的导热系数差，在外界环境温度变化下，表层与内部受热不均匀容易产生膨胀和收缩、变形等，本发明对预处理后的芦苇粉进行表面改性，芦苇粉表面结合羟基吡啶铝配合物后，由于铝的存在提高了导热效果，减小了这种膨胀和收缩、变形等。

28、6、由于本技术预处理后的芦苇粉的粒径存在差异性，且经表面改性后的芦苇粉与hdpe塑料之间的相容性仍存在问题，影响了芦苇粉在塑料中的分散，因此本技术采用润滑剂（硬脂酸钙）与芦苇粉混合进行造粒，制成粒径均匀的颗粒，使得含芦苇粉的颗粒与塑料在混合机、混炼机中得到初步均匀分散后，然后再挤出成型，提高了木塑制品的加工性能和力学性能。

29、7、本发明还在硬脂酸钙中添加有3-(3,4-二羟基苯基)-2-丙烯酸二十烷基酯，促进了硬脂酸钙与表面改性后的芦苇粉之间的紧密结合，防止经硬脂酸钙造粒后的芦苇粉颗粒在混合机中破损或脱离。另外3-(3,4-二羟基苯基)-2-丙烯酸二十烷基酯与表面改性后的芦苇粉紧密结合，不仅促进了芦苇粉在挤出成型时在塑料中的分散，且赋予了芦苇粉抗菌性，提高了木塑制品的抗菌性能。