一种中药渣增强再生塑料复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于复合材料领域，具体涉及一种中药渣增强再生塑料复合材料及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 木塑复合材料是以植物纤维和塑料及助剂经挤出、注射、模压等工艺成型的绿色 环保复合材料。木粉、稻糠、秸杆等植物纤维，已成功地运用于木塑复合材料中。然而，木粉 需要耗费大量的木材，造成木材资源紧缺；稻糠来源狭窄，且是家畜的重要饲料，大量使用 稻糠会造成家畜的食物紧缺；秸杆虽然是农业废弃物，但是存在季节性收割问题，造成存储 困难，难以持续供应生产。所以，开发其它植物纤维作为木塑复合材料可再生原材料，已成 为世界各国研究木塑复合材料的重要领域之一，也是促进我国木塑行业可持续发展的必要 途径。
[0003] 中药渣来源于中成药生产、中药材加工与炮制、原料药生产等，以中成药生产带来 的药渣产量最大，约占药渣总量的70%。随着我国中医药事业的迅速发展，全国各大中药制 药厂的中药渣废弃量日益增加，年排放量约3000万吨。这些废弃中药渣大多数被视为废弃 物而排放掉了，一方面造成了资源的极大浪费，另一方面，药渣堆积在野外，由于雨水的冲 刷，造成腐烂变质，给周围的环境造成了巨大的污染。因此，实现中药渣高值化和资源化，已 经成为当前的发展趋势。
[0004] 通过研究发现，中药渣纤维的物理特性、化学特性以及机械性能均可替代木塑复 合材料中的木粉、稻糠、秸杆等天然植物纤维，并能发挥中药渣的驱虫、防霉的效果，势必成 为木塑复合材料产业中重要的原料替代选择。
[0005] 目前，处理废旧塑料的主要方法有焚烧填埋和回收利用。焚烧法会产生大量有毒 气体，造成二次污染，填埋法会占用较大空间，且填埋后土壤中残留的塑料碎片又会影响土 壤透气性，使农作物减产，因此，废旧塑料处理技术的发展趋势是再生利用。目前，废旧塑料 的再生利用率低，主要是回收利用技术难以配套，特别是改性再生技术不够完善。直接再生 利用的优点是工艺简单、成本低，缺点是再生料制品力学性能低，应用面窄。改善再生塑料 力学性能的最好途径就是采取改性方法对再生塑料进行改性，以接近、达到或超过纯塑料 (树脂）的性能。
[0006] 此外，木塑复合材料产品由于长期裸露于室外，易出现被氧化和发霉的现象，导致 木塑产品出现裂痕。在开裂过程中，木塑产品呈现出细小的、并逐渐扩展的裂纹，致使木塑 产品表面的疏松化和粉末化，最终迫使木塑产品在自重的作用下塌陷。因此，如何提高木塑 产品的性能，便成为木塑行业中急需解决的问题。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提出一种中药渣增强再生塑料复合材 料及其制备方法。本发明将为废弃物中药渣和再生塑料的高值化和资源化利用，提供一条 新途径。
[0008] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0009] -种中药渣增强再生塑料复合材料，包括以下质量百分比的组分：中药渣50~ 70 %、改性再生塑料20~40 %、矿物填充物2~10 %、相容剂2~5 %、润滑剂1~5 %、着 色剂1~3%、抗氧剂1~3%、光稳定剂1~3%。
[0010] 进一步的技术方案，所述改性再生塑料包括以下质量份数的组分：再生塑料 100~105份、累托石纳米粉体0. 1~1份、偶联剂4~10份；所述再生塑料为再生聚乙烯、 再生聚丙烯中至少一种；所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中一种。
[0011] 进一步的技术方案，所述中药渣为废弃中药渣，包括一种或多种中药渣；所述矿物 填充物为碳酸钙、硫酸钙、滑石粉、粉煤灰、硅酸钙中一种；所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙 烯和马来酸酐接枝聚丙烯中至少一种；所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯 蜡、氧化聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺中至少一种；所述着色剂为炭黑、氧化铁红、氧化铁黄、 钛白粉、酞青蓝、酞青绿中至少一种；所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂264、 抗氧剂BHT、抗氧剂TNP中一种；所述光稳定剂为光稳定剂AM-101、光稳定剂GW-540、光稳 定剂944、光稳定剂744、紫外线吸收剂UV-326、紫外线吸收剂UV-531中一种。
[0012] 一种中药渣增强再生塑料复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013] (1)中药渣预处理：采用蒸汽爆破法对中药渣进行预处理；
[0014] (2)再生塑料的改性：采用累托石纳米粉体与偶联剂复配熔融法改性再生塑料；
[0015] (3)混料工艺：按照质量百分比将预处理后中药渣50~70%、改性再生塑料20~ 40%、矿物填充物2~10%、相容剂2~5%、润滑剂1~5%、着色剂1~3%、抗氧剂1~ 3%、光稳定剂1~3%，倒入混料机中，充分混合；
[0016] (4)造粒工艺：将步骤⑶所得混合料加入造粒机中，按照预设的温度和工艺，挤 成熔融状态的块状物料，风送冷却，经破碎机破碎成柔软干燥的造粒料；
[0017] (5)挤出成型：将步骤（4)所得造粒料放入挤出机中，按照预设的温度和工艺，以 400~1000mm/min的线速度经模具挤出，冷却成型，制得中药渣增强再生塑料复合材料产 品；
[0018] (6)表面后处理：将步骤（5)所得中药渣增强再生塑料复合材料产品的表面进行 打磨、拉丝、压花中至少一种后处理。
[0019] 进一步的技术方案，所述步骤（1)中的蒸汽爆破法，包括以下步骤：首先，将中药 渣挑拣，去除杂质，切片或者放入破碎机中破碎，使其破碎成粗碎中药渣；其次，将上述破碎 或者切断的中药渣用〇. 5~lmol/L的氢氧化钠水溶液浸泡24h后洗涤成中性，干燥；然后， 将上述干燥后的中药渣置于蒸汽爆破器中，通入蒸汽，在预设的蒸汽压力下稳压一定时间 后，瞬间释压爆破；最后，收集爆破后的中药渣，放入恒温烘干箱中，干燥24h后，进行粉碎 处理，预处理后中药渣的含水率小于3% ;所述预设的蒸汽压力为I. 0~4. OMPa，稳压时间 为 2 ~IOmin0
[0020] 进一步的技术方案，所述步骤（2)中的累托石纳米粉体与偶联剂复配熔融法改性 再生塑料，包括以下步骤：按照质量份数将再生塑料100~105份，累托石纳米粉体0. 1~ 1份、偶联剂4~10份投入混料机中，充分混合后放入双螺杆挤出机中，制得改性再生塑料 颗粒。所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中一种。
[0021] 进一步的技术方案，所述步骤（2)中的混料机转速为100~150r/min，混合时间 为3~5min ;所述双螺杆挤出机温度：一区为220~230°C、二区为230~240°C、三区为 230~250°C、四区为240~260°C，螺杆转速为100~500r/min，后经水槽冷却，风冷吹干， 切粒后得到改性再生塑料。
[0022] 进一步的技术方案，所述步骤（3)中混料机转速为80~150r/min，混合时间为 10 ~20minD
[0023] 进一步的技术方案，所述步骤（4)中的造粒机为平行双螺杆造粒机；所述造粒机 的温度：一区为80~100°C、二区为170~220°C、三区为150~200°C、四区为150~200°C、 五区为120~180°C、六区为90~150°C，主机转速为350~450r/min，喂料转速为15~ 30r/min ;所述造粒料直径为0· 5~I. 5cm，温度为40~60°C。
[0024] 进一步的技术方案，所述步骤（5)中的挤出机为锥形双螺杆挤出机；所述挤出机 的机筒温度：一区为190~230°C、二区为190~220°C、三区为170~190°C、四区为140~ 180°C、五区为120~170°C，合流芯温度为120~155°C，模头温度为130~170°C，主机转 速为5~30r/min，喂料转速为5~30r/min ;所述冷却成型是采用循环冷却水槽进行喷淋 冷却定型。
[0025] 有益效果
[0026] 本发明相较于现有技术而言，具备如下优点：
[0027] 1、本发明制成的中药渣增强再生塑料复合材料的物理性能、力学性能和耐候性 能，均符合甚至高于国家标准GB/T24508- 2009《木塑地板》中的指标要求，能够满足市场 的需求，可用作托盘、包装箱等包装材料，铺板、铺梁等仓储材料，房屋、地板、建筑模板等装 修装饰材料，公园、球场、街道等露天桌椅、板凳等休闲材料。
[0028] 2、本发明针对中药渣和再生塑料难以大量综合利用的现状，提出以本发明的制备 方法制得中药渣增强再生塑料复合材料，实现了废弃物的再生利用，变废为宝，符合可持续 发展政策，具有明显的环保效益和经济效益。
[0029] 3、本发明的中药渣增强再生塑料复合材料由于含有中药活性成分，兼具驱虫、防 霉的功效，能够减少或不使用防霉剂，有利于保护生态环境、降低生产成本。
[0030] 4、本发明采用蒸汽爆破法对中药渣进行预处理，可以改变中药渣纤维的微观结 构，使细胞壁破裂，改变纤维分子间的氢键作用，增加纤维表观结晶度，除去半纤维素和木 质素，提高木纤维素的含量，增加界面面积，从而改善其与树脂的相容性化，进而使得中药 渣与再生塑料复合材料具有更好的性能。蒸汽爆破法具有处理时间短、化学药品用量少、无 污染、耗能低等优点，能够有效地分离出中药渣中活性纤维成分。
[0031] 5、本发明采用纳米累托石纳米粉体和偶联剂复配熔融法改性再生塑料，纳米累托 石纳米粉体，不仅能够增强再生塑料的强度、韧性，而且还能够提高再生塑料热稳定和耐高 温性；以偶联剂改性再生塑料，能够降低中药渣与再生塑料的界面张力，增加再生塑料与中 药渣的复配性。
[0032] 6、本发明采用风送冷却将造粒料的温度降低至40~60°C，能够防止造粒料的自 燃，便于造粒料的存储。