CN105482481A

CN105482481A - 一种竹纤维基生物质复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN105482481A
Application number: CN201510919529.8A
Authority: CN
Inventors: 曾广胜
Original assignee: Hunan University of Technology
Current assignee: Hunan Lingyue New Material Co.,Ltd.
Priority date: 2015-12-14
Filing date: 2015-12-14
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2035-12-14
Also published as: CN105482481B

Abstract

本发明公开了一种竹纤维基生物质复合材料及其制备方法。充分利用竹子生长周期短，竹纤维具有高强度、防虫防腐、防紫外线等优点，通过化学浸泡和高压蒸煮等工艺处理，然后与聚丙烯（PP）混合，配合其他添加剂、采用合适的工艺步骤和参数，以螺杆挤出造粒得到一种高性能，成本低廉的生物质复合材料，该材料可使用注塑、挤出、模压、机加工等方法成型各种制品，广泛应用于包装、电子、通讯、家具、装饰、汽车、飞机、军工等领域，代替塑料和原木等材料，具有很好的社会和经济效益。

Description

一种竹纤维基生物质复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种竹纤维基生物质复合材料及其制备方法，属于新材料及其成型加工领域，发明产品可用于代替塑料，木材等。

背景技术

目前在包装、电子电器、家居家装、汽车、飞机、军工等领域所使用的材料主要以石油基塑料为主，部分使用原木。但是，塑料具有无法生物降解，污染环境等缺点，同时，石油资源有限，不具有可持续发展性。而大量原木的使用，将会砍伐大量的森林，破坏生态环境。因此，将废旧的植物纤维与部分高分子塑料相结合，生产出一种较高性能的木塑复合材料，可以代替木材和塑料，缓减资源短缺、生态破坏和环境污染问题。但是，由于植物纤维与塑料之间的结合性差，木塑产品的成型加工困难，从而导致现有市场上的木塑产品具有强度低、性脆、比重大、植物纤维含量低等缺陷。本发明以生长周期短的竹纤维为主要原材料，通过特殊的高压蒸煮工艺，结合配方设计，生产出一种具有高强度、韧性好、低成本的生物质复合材料，可代替塑料和木材等。

发明内容

本发明的目的在于克服现有木塑复合材料有强度低、性脆、比重大、植物纤维含量低、成本高等缺点，充分利用竹子生长周期短，竹纤维具有高强度、防虫防腐、防紫外线等优点，通过化学浸泡和高压蒸煮等工艺处理，然后与聚丙烯（PP）混合，配合其他添加剂、采用合适的工艺步骤和参数，以螺杆挤出造粒得到一种高性能、成本低廉的生物质复合材料，该材料可使用注塑、挤出、模压、机加工等方法成型各种制品，广泛应用于包装、电子、通讯、家具、装饰、汽车、飞机、军工等领域，代替塑料和原木等材料，具有很好的社会和经济效益。

本发明的复合材料，主要组成为：竹纤维，聚丙烯，氧化钙，十二烷基硫酸钠，硬脂酸钙，聚乙烯蜡，DCP（过氧化二异丙苯），二氧化钛，水，柠檬酸钠。

各组分比例及制备步骤：

（1）取100份（质量份数）含水率为7~15%（优选10%）竹纤维（市场购买处理过的造纸用竹长纤维），氧化钙10~20份（优选15份），水300~500份（优选400份），在反应釜中共混均匀后，密封静置24~72小时（优选36小时），然后取出滤掉水分（用手轻握，无明显滴水为佳），待用

（2）取柠檬酸钠5~10份（优选8份），水100~150份（优选120份），与（1）中处理后的竹纤维共混均匀，静置3~8小时（优选5小时），然后放入高压蒸煮釜中，在10~20MPa（优选15MPa），100~130℃（优选120℃）下，蒸煮30~60分钟（优选45分钟），然后取出在70~90℃（优选80℃）干燥，使其含水率控制在6~10%（优选8%），待用

（3）取步骤（2）中处理好的纤维60~80份（优选70份），聚丙烯20~40份（优选30份），十二烷基硫酸钠1~3份（优选2份），硬脂酸钙1~3份（优选2份），聚乙烯蜡3~5份（优选4份），DCP（过氧化二异丙苯）1~3份（优选2份），800~1200目（优选1000目）二氧化钛3~8份（优选5份），在高混机中共混10~30分钟（优选20分钟），待用。

（4）将混合好的物料，通过螺杆挤出机挤出造粒，控制机头温度为170~210℃（优选190℃），机头压力2~5MPa（优选3MPa），螺杆转速70~90r/min（优选80r/min）。

本发明针对植物纤维与塑料不相容，结合强度低的特点，利用氧化钙水溶液浸泡、和柠檬酸钠洗涤，然后高温高压蒸煮，对其进行改性，增加竹纤维与聚丙烯的结合强度，然后通过配方设计，充分发挥各添加剂的作用，最后利用螺杆挤出方式，在合适的压力、温度和速度下，高效、连续挤出造粒，得到一种高性能的生物质复合材料，该发明材料可通过挤出、注塑、模压、机加工等方式成型各种制品，广泛应用于包装、电子电器、家具装饰、建筑、交通工具、以及军工等领域，代替塑料或木材，具有非常高的社会效益和经济效益。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

（1）取100份（质量份数）含水率为10%竹纤维（市场购买处理过的造纸用竹长纤维），氧化钙10份，水300份，在反应釜中共混均匀后，密封静置24小时，然后取出滤掉水分（用手轻握，无明显滴水为佳），待用

（2）取柠檬酸钠5份（优秀8份），水100份，与（1）中处理后的竹纤维共混均匀，静置3小时，然后放入高压蒸煮釜中，在10MPa，100~130℃下，蒸煮30分钟，然后取出在70℃干燥，使其含水率控制在6%，待用

（3）取步骤（2）中处理好的纤维60份，聚丙烯40份，十二烷基硫酸钠1份，硬脂酸钙1份，聚乙烯蜡3份，DCP（过氧化二异丙苯）1份，1000目二氧化钛3份，在高混机中共混10分钟，待用。

（4）将混合好的物料，通过螺杆挤出机挤出造粒，控制机头温度为190℃，机头压力3MPa，螺杆转速80r/min。

表1

实施例2：

（1）取100份（质量份数）含水率为10%竹纤维（市场购买处理过的造纸用竹长纤维），氧化钙15份，水400份，在反应釜中共混均匀后，密封静置36小时，然后取出滤掉水分（用手轻握，无明显滴水为佳），待用

（2）取柠檬酸钠8份，水120份，与（1）中处理后的竹纤维共混均匀，静置5小时，然后放入高压蒸煮釜中，在15MPa，120℃下，蒸煮45分钟，然后取出在80℃干燥，使其含水率控制在8%，待用

（3）取步骤（2）中处理好的纤维70份，聚丙烯30份，十二烷基硫酸钠2份，硬脂酸钙2份，聚乙烯蜡4份，DCP（过氧化二异丙苯）2份，1000目二氧化钛5份，在高混机中共混20分钟，待用。

表2

	拉伸强度MPa	弯曲强度MPa	拉伸伸长率%	冲击强度kJ/M²
					实施例2	31	29	50	32

实施例3：

（1）取100份（质量份数）含水率为15%竹纤维（市场购买处理过的造纸用竹长纤维），氧化钙20份，水500份，在反应釜中共混均匀后，密封静置72小时，然后取出滤掉水分（用手轻握，无明显滴水为佳），待用

（2）取柠檬酸钠10份，水150份，与（1）中处理后的竹纤维共混均匀，静置8小时，然后放入高压蒸煮釜中，在20MPa，130℃下，蒸煮60分钟，然后取出在90℃干燥，使其含水率控制在10%，待用

（3）取步骤（2）中处理好的纤维80份，聚丙烯20份，十二烷基硫酸钠3份，硬脂酸钙3份，聚乙烯蜡5份，DCP（过氧化二异丙苯）3份，1000目二氧化钛8份，在高混机中共混30分钟，待用。

（4）将混合好的物料，通过螺杆挤出机挤出造粒，控制机头温度190℃，机头压力3MPa，螺杆转速80r/min。

表3

	拉伸强度MPa	弯曲强度MPa	拉伸伸长率%	冲击强度kJ/M²
					实施例3	25	22	45	19

Claims

1.一种竹纤维基生物质复合材料及其制备方法，其特征在于，本发明的复合材料，由竹纤维，聚丙烯，氧化钙，十二烷基硫酸钠，硬脂酸钙，聚乙烯蜡，DCP（过氧化二异丙苯），二氧化钛，水，柠檬酸钠构成。

2.如权利要求1所述的一种竹纤维基生物质复合材料及其制备方法，其特征在于：复合材料包括以下组分及制备步骤：

(1)取100份（质量份数）含水率为7~15%竹纤维（市场购买处理过的造纸用竹长纤维），氧化钙10~20份，水300~500份，在反应釜中共混均匀后，密封静置24~72小时，然后取出滤掉水分（用手轻握，无明显滴水为佳），待用；

(2)取柠檬酸钠5~10份，水100~150份，与（1）中处理后的竹纤维共混均匀，静置3~8小时，然后放入高压蒸煮釜中，在10~20MPa，100~130℃下，蒸煮30~60分钟，然后取出在70~90℃干燥，使其含水率控制在6~10%，待用；

(3)取步骤（2）中处理好的纤维60~80份，聚丙烯20~40份，十二烷基硫酸钠1~3份，硬脂酸钙1~3份，聚乙烯蜡3~5份，DCP（过氧化二异丙苯）1~3份，800~1200目二氧化钛3~8份，在高混机中共混10~30分钟，待用；

(4)将混合好的物料，通过螺杆挤出机挤出造粒，控制机头温度为170~210℃，机头压力2~5MPa，螺杆转速70~90r/min。