CN101168622B - 一种植物秸秆增强聚烯烃复合材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种植物秸秆增强聚烯烃复合材料及其制备方法，该复合材料是由天然植物秸秆、聚烯烃塑料和加工助剂组成，其中植物秸秆为50％～70％，聚烯烃塑料为30％～50％，合计为100％，加工助剂为植物秸秆和回收的聚烯烃塑料总重量的2％～5％。植物秸秆选用麦秸秆或菜籽杆或二者的混合物；聚烯烃塑料选用回收的废旧聚氯乙烯或聚乙烯，或二者的混合物；加工助剂包括偶联剂、相容剂、润滑剂的任意两种或三种的混合。本发明的制备方法在于，植物秸秆经粉碎烘干后与加工助剂混合，然后再与聚烯烃粒料共混、造粒，再挤出、冷却定型、牵引切割成一定规格的塑木材料。本发明制备的复合材料具备木质制品的外观和塑木材料的加工特性，适用范围广。

Description

一种植物秸秆增强聚烯烃复合材料及其制造方法

技术领域

本发明属于复合材料制造技术领域，涉及一种用植物秸秆与废旧聚烯烃塑料制备的生物质塑木复合材料，具体涉及一种植物秸秆增强聚烯烃复合材料，还涉及该种复合材料的制造方法。

背景技术

塑木复合材料是一种新材料，兼有木材和塑料的性能，受到越来越多的关注。塑木复合材料能重复回收加工，具有一定的生物降解性，是一种新型环境友好材料。

我国的木材资源贫乏，而我国的农作物秸秆年产量在4亿吨以上。农作物秸秆用作塑木复合材料已有涉及，但主要集中在稻壳、竹子、棉秆等，以麦秸秆和菜籽秆为料的塑木复合材料还鲜见报道。麦秸秆和菜籽秆是产粮区和产油区一大环境问题，麦秸秆和菜籽秆的回收利用途径少，大部分都被焚烧，造成环境的污染。废旧塑料在日常生活中的使用也越来越广泛，造成的白色污染更是触目惊心。这种丰富的农业资源优势和大量的废旧塑料为塑木复合材料的发展提供了丰富的原料来源，因此用麦秸秆和菜籽秆  以及废旧塑料作塑木复合材料的原料具有重要的经济效益和环保意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种植物秸秆增强聚烯烃复合材料，解决了植物秸秆利用不足造成的大量浪费和焚烧造成的环境污染，以及废旧聚烯烃塑料对环境造成白色污染的问题。

本发明的另一目的是提供上述复合材料的制备方法，解决制造工艺难度大，生产成本高的问题。

本发明的技术方案是，一种植物秸秆增强聚烯烃复合材料，由植物秸秆、回收的聚烯烃塑料、加工助剂组成，按照重量百分比，植物秸秆为50％～70％，回收的聚烯烃塑料为30％～50％，植物秸秆和回收的聚烯烃塑料合计为100％，加工助剂为植物秸秆和回收的聚烯烃塑料总重量的2％～5％。

植物秸秆选用麦秸秆、菜籽杆或麦秸秆和菜籽杆的混合物。

回收的聚烯烃塑料选用回收的废旧聚氯乙烯、废旧聚乙烯，或废旧聚氯乙烯和废旧聚乙烯的混合物。

加工助剂由偶联剂、相容剂、润滑剂的任意两种或三种混合组成，按照2～3∶1～2∶1的重量百分比称量配制。

偶联剂选用邻苯二甲酸酐。

相容剂选用聚乙烃蜡。

润滑剂选用硬脂酸。

本发明的另一技术方案是，该种植物秸秆增强聚烯烃复合材料的制备方法，按照以下步骤实施，

步骤1：将植物秸秆粉碎至20目粉末，然后烘干备用；将回收聚烯烃塑料进行分拣，然后破碎、清洗、烘干备用，各原料含水率小于5％；

步骤2：按照重量百分比称量植物秸秆粒料为50％～70％，聚烯烃塑料为30％～50％，合计重量百分比为100％，另外再称量要添加的加工助剂为植物秸秆和回收的聚烯烃塑料总重量的2％～5％；

步骤3：将步骤2称量的加工助剂偶联剂邻苯二甲酸酐、相容剂聚乙烃蜡、润滑剂硬脂酸与称量的植物秸秆粉预混20分钟，然后加入步骤2称量回收聚烯烃塑料粒料继续混合30分钟，温度保持在30℃～50℃；

步骤4：将步骤3得到的混合料进行造粒，加工温度为120℃～160℃；

步骤5：将步骤4得到的塑木粒料，按照所要求的型材挤出，挤出温度为140℃～180℃，边挤出边冷却定型，同时对挤出的型材进行牵引切割，即得。

本发明的有益效果是，用麦秸秆和菜籽秆替代木材，用回收的废旧塑料代替新塑料，有利于节约木材资源及环境的保护，解决了植物秸秆焚烧对大气的污染和废旧塑料污染环境的问题，所述的制备方法，简化了制造工艺，降低了生产成本。

本发明制得的塑木复合材料具有木质制品的外观和加工特性，尺寸稳定，具有生物降解性，可防虫蛀、防鼠，适用于园林景观、围栏、地板、休闲椅、废物箱等，也可用于高速公路中间的隔离板。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。    

本发明的塑木复合材料，用麦秸秆和菜籽秆替代木材，用回收的废旧塑料代替新塑料，具有木质制品的外观和加工特性，尺寸稳定。

实施例1：

步骤1：将麦秸杆在粉碎机中粉碎至20目的麦秸杆粉，然后放入干燥设备中烘干备用；将回收聚氯乙烯进行分拣，然后用塑料破碎机破碎成塑料粒料、清洗、烘干备用，使麦秸杆粉和塑料粒料的含水率小于5％；

步骤2：按照重量百分比称量麦秸杆为70％，回收的聚氯乙烯为30％，合计重量百分比为100％，另外再称量要添加的加工助剂邻苯二甲酸酐为植物秸秆和回收的聚烯烃塑料总重量的3％，硬脂酸为1％；

步骤3；将步骤2称量的3％的加工助剂邻苯二甲酸酐、1％的硬脂酸与称量的麦秸杆粉在高速混合机中预混20分钟，然后加入步骤2称量的回收聚氯乙烯粒料继续混合30分钟，混合机转速在400rpm，温度保持在50℃；

步骤4：将步骤3得到的混合料用双螺杆造粒机进行造粒，加工温度为120℃～130℃；

步骤5：将步骤4得到的塑木粒料，按照所要求的型材挤出，用双螺杆挤出机做成建筑龙骨，同时出四根，挤出温度为140℃～150℃，边挤出边水冷冷却定型，同时对挤出的型材进行牵引切割即得。

本实施例制得的塑木材料的性能检测为：弯曲弹性模量/GPa：3.7；弯曲断裂强度/MPa：49；断裂延伸率/％：3.9；弯曲强度/MPa：32；冲击强度/KJ·m^-2：40.5；螺钉拔出力/kg：209；吸水率(24h)/％：1.1。

实施例2：

按照以下步骤和具体的参数实施，

步骤1：将菜籽杆在粉碎机中粉碎至20目的菜籽杆粉，然后放入干燥设备中烘干备用；将回收聚乙烯进行分拣，然后用塑料破碎机破碎为塑料粒料、清洗、烘干备用，使菜籽杆粉和聚乙烯塑料粒料的含水率小于5％；

步骤2：按照重量百分比称量菜籽杆为50％，回收的聚乙烯为50％，合计重量百分比为100％，另外再称量要添加的加工助剂聚乙烃蜡为菜籽杆和回收的聚乙烯总重量的1％，硬脂酸为1％；

步骤3：将步骤2称量的1％的聚乙烃蜡、1％的硬脂酸与称量的菜籽杆粉在高速混合机中预混20分钟，然后加入步骤2称量的回收聚乙烯粒料继续混合30分钟，混合机转速在400rpm，温度保持在40℃；

步骤4：将步骤3得到的混合料用双螺杆造粒机进行造粒，加工温度为130℃～140℃；

步骤5：将步骤4得到的塑木粒料，按照所要求的型材挤出，用双螺杆挤出机挤成塑木地板基材，挤出温度为150℃～160℃，边挤出边水冷冷却定型，同时对挤出的型材进行牵引切割即得。

本实施例制得的塑木材料的性能：弯曲弹性模量/GPa：1.78；弯曲断裂强度/MPa：36.7；断裂延伸率/％：2.80；弯曲强度/MPa：22.3；冲击强度/KJ·m^-2：26.8；螺钉拔出力/kg：190；吸水率(24h)/％：0.7。

实施例3：

步骤1：将菜籽杆和麦秸杆在粉碎机中粉碎至20目的菜籽杆和麦秸杆粉，然后放入干燥设备中烘干备用；回收聚乙烯进行分拣，然后用塑料破碎机破碎为塑料粒料、清洗、烘干备用，使菜籽杆和麦秸杆粉和塑料粒料含水率小于5％；

步骤2：按照重量百分比称量菜籽杆为30％，麦秸杆为30％，回收的聚乙烯为40％，合计重量百分比为100％，另外再称量要添加的邻苯二甲酸酐为植物秸秆和回收的聚烯烃塑料总重量的2％，聚乙烃蜡为1％；

步骤3：将步骤2称量的1％的聚乙烃蜡和2％的邻苯二甲酸酐与称量菜籽杆粉和麦秸杆粉在高速混合机中预混20分钟，然后加入步骤2称量的回收聚乙烯粒料继续混合30分钟，混合机转速在420rpm，温度保持在30℃；

步骤4：将步骤3得到的混合料用双螺杆造粒机进行造粒，加工温度为140℃～150℃；

步骤5：将步骤4得到的塑木粒料，按照所要求的型材挤出，用双螺杆挤出机挤成塑木地板基材，挤出温度为160℃～170℃，边挤出边水冷冷却定型，同时对挤出的型材进行牵引切割即得。

本实施例制得的塑木材料的性能：弯曲弹性模量/GPa：2.4；弯曲断裂强度/MPa：43.0；断裂延伸率/％：3.6；弯曲强度/MPa：28.9；冲击强度/KJ·m^-2：34.8；螺钉拔出力/kg：198；吸水率(24h)/％：0.67。

实施例4

步骤1：将菜籽杆和麦秸杆在粉碎机中粉碎至20目的菜籽杆和麦秸杆粉，然后放入干燥设备中烘干备用；将回收聚氯乙烯进行分拣，然后用塑料破碎机破碎为塑料粒料、清洗、烘干备用，使菜籽杆和麦秸杆粉和塑料粒料的含水率小于5％；

步骤2：按照重量百分比称量菜籽杆为25％，麦秸杆为25％，回收的聚氯乙烯为50％，合计重量百分比为100％，另外再称量要添加的邻苯二甲酸酐为植物秸秆和回收的聚烯烃塑料总重量的3％，聚乙烃蜡为1.5％，硬脂酸为1.5％；

步骤3：将步骤2称量的1.5％的聚乙烃蜡、1.5％的硬脂酸和3％的邻苯二甲酸酐与称量的菜籽杆粉和麦秸杆粉在高速混合机中预混20分钟，然后加入步骤2称量的回收聚乙烯粒料继续混合30分钟，混合机转速在430rpm，温度保持在35℃；

步骤4：将步骤3得到的混合料用双螺杆造粒机进行造粒，加工温度为150℃～160℃；

步骤5：将步骤4得到的塑木粒料，按照所要求的型材挤出，用双螺杆挤出机做成建筑龙骨，同时出四根，挤出温度为170℃～180℃，边挤出边水冷冷却定型，同时对挤出的型材进行牵引切割即得。

本发明实施例制得的塑木材料的性能：弯曲弹性模量/GPa：2.7；弯曲断裂强度/MPa：42.5；断裂延伸率/％：3.5；弯曲强度/MPa：28.5；冲击强度/KJ·m^-2：33.3；螺钉拔出力/kg：195；吸水率(24h)/％：0.69。

实施例5

步骤1：将菜籽杆在粉碎机中粉碎至20目的菜籽杆粉，然后放入干燥设备中烘干备用；将回收的聚乙烯和聚氯乙烯进行分拣，然后用塑料破碎机破碎为塑料粒料、清洗、烘干备用，使菜籽杆粉和塑料粒料的含水率小于5％；

步骤2：按照重量百分比称量菜籽杆为60％，回收的聚乙烯和聚氯乙烯各为20％，合计重量百分比为100％，另外再称量要添加的加工助剂聚乙烃蜡为植物秸秆和回收的聚烯烃塑料总重量的2％，硬脂酸为1％；

步骤3：将步骤2称量的2％的加工助剂聚乙烃蜡、1％的硬脂酸与称量的菜籽杆粉在高速混合机中预混20分钟，然后加入步骤2称量的回收聚乙烯粒料继续混合30分钟，混合机转速在420rpm，温度保持在45℃；

步骤4：将步骤3得到的混合料用双螺杆造粒机进行造粒，加工温度为130℃～140℃；

步骤5：将步骤4得到的塑木粒料，按照所要求的型材挤出，用双螺杆挤出机挤成塑木地板基材，挤出温度为140℃～150℃，边挤出边水冷冷却定型，同时对挤出的型材进行牵引切割即得。

本实施例制得的塑木材料的性能：弯曲弹性模量/GPa：2.3；弯曲断裂强度/MPa：42.9；断裂延伸率/％：3.4；弯曲强度/，MPa：28.2；冲击强度/KJ·m^-2：33.2；螺钉拔出力/kg：196；吸水率(24h)/％：0.66。

实施例6

步骤1：将菜籽杆和麦秸杆在粉碎机中粉碎至20目的菜籽杆和麦秸杆粉，然后放入干燥设备中烘干备用；将回收的聚乙烯和聚氯乙烯进行分拣，然后用塑料破碎机破碎为塑料粒料、清洗、烘干备用，使菜籽杆和麦秸杆粉和塑料粒料的含水率小于5％；

步骤2：按照重量百分比称量菜籽杆为35％，麦秸杆为35％，回收的聚乙烯和聚氯乙烯各为15％，合计重量百分比为100％，另外再称量要添加的邻苯二甲酸酐为植物秸秆和回收的聚烯烃塑料总重量的1％，聚乙烃蜡为0.5％，硬脂酸为0.5％；

步骤3：将步骤2称量的0.5％的聚乙烃蜡、0.5％的硬脂酸和1％的邻苯二甲酸酐与称量的菜籽杆粉和麦秸杆粉在高速混合机中预混20分钟，然后加入步骤2称量的回收聚乙烯粒料继续混合30分钟，混合机转速在400rpm，温度保持在40℃；

步骤4：将步骤3得到的混合料用双螺杆造粒机进行造粒，加工温度为150℃～160℃；

步骤5：将步骤4得到的塑木粒料，按照所要求的型材挤出，用双螺杆挤出机挤成塑木地板基材，挤出温度为150℃～160℃，边挤出边水冷冷却定型，同时对挤出的型材进行牵引切割即得。

本实施例制得的塑木材料的性能：弯曲弹性模量/GPa：2.5；弯曲断裂强度/MPa：42.5；断裂延伸率/％：3.5；弯曲强度/MPa：28.5；冲击强度/KJ·m^-2：34.6；螺钉拔出力/kg：192；吸水率(24h)/％：0.71。

以上弯曲弹性模量、弯曲断裂强度、断裂延伸率的参考标准为ASRMD790-92，弯曲强度、冲击强度、吸水率(24h)的参考标准GB/T17657-1999，螺钉拔出力的参考标准为FT1，均在所要求的数值范围之内。

综上所述，本发明的复合材料及其制造方法，具有木质制品的外观和塑木材料的加工特性，适用于园林景观、围栏、地板、休闲椅、废物箱等，也可用于高速公路中间的隔离板，有利于森林保护，解决了种粮区秸秆焚烧对大气的污染和废旧塑料污染环境等问题，生产成本低。

Claims (2)

1.一种植物秸秆增强聚烯烃复合材料，其特征在于：

由植物秸秆、回收的聚烯烃塑料、加工助剂组成，按照重量百分比，植物秸秆为50％～70％，回收的聚烯烃塑料为30％～50％，植物秸秆和回收的聚烯烃塑料合计为100％，加工助剂为植物秸秆和回收的聚烯烃塑料总重量的2％～5％；所述植物秸秆选用麦秸秆、菜籽杆或麦秸秆和菜籽杆的混合物；所述回收的聚烯烃塑料选用聚氯乙烯或聚乙烯，或回收的聚氯乙烯和聚乙烯的混合物；所述加工助剂由邻苯二甲酸酐、硬脂酸按照3∶1的重量百分比配制。

2.一种权利要求1所述复合材料的制备方法，其特征在于：按照以下步骤实施，

步骤1：将植物秸秆粉碎至20目粉末，烘干备用；将回收的聚烯烃塑料进行分拣，然后破碎、清洗、烘干备用，各原料含水率小于5％；

步骤按照重量百分比称量植物秸秆粒料为50％～70％，聚烯烃塑料为30％～50％，合计为100％，另外再称量要添加的加工助剂为植物秸秆和回收的聚烯烃塑料总重量的2％～5％，加工助剂由邻苯二甲酸酐、硬脂酸按照3∶1的重量百分比配制；

步骤3：将步骤2称量的加工助剂与植物秸秆粉预混20分钟，加入步骤2称量回收聚烯烃塑料粒料继续混合30分钟，温度保持在30℃～50℃；

步骤4：将步骤3得到的混合料进行造粒，加工温度为120℃～160℃；

步骤5：将步骤4得到的塑木粒料，按照要求的型材挤出，挤出温度为140℃～180℃，边挤出边冷却定型，对挤出的型材进行牵引切割即得。