CN112538276A - 一种秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料及其制备方法和应用，其中，每100重量份原料由30～32份长度为1.0～2.3cm的农作物秸秆、32～35份粉煤灰、26～28份废聚乙烯塑料、2.3～2.5份马来酸酐相容剂、1.3～2.0份硬脂酸、0.4～0.5份抗氧化剂、0.45～0.50份抗老化剂、1.5份颜料组成。本发明通过挤出工艺制备的秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料产品的抗压强度可达25～30MPa，弹性模量可达3850～4450MPa，吸水率仅1.5～2.3％，表面光洁度好，成本低，生产过程中不添加任何胶水，无甲醛，所有原料主材料均为废弃物和资源再利用材料，生产中无废气、废水排出，使用数年后可回收再利用。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物处理领域，特别涉及一种秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
我国是传统的农业大国，每年农作物秸秆产量有9亿吨，综合利用率平均不到40％，60％以上的副产物被随意堆放、丢弃、焚烧或作生活燃料。大量的秸秆因出路不畅，造成大量的秸秆被焚烧、弃置，给大气环境造成了严重的污染，特别是，农村地区秸秆焚烧给人们的生活和经济的正常运行带来了严重的困扰。为解决秸秆焚烧带来的环境污染问题，保护生态环境，开发利用农作物秸秆尤为重要。
粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物。随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，粉煤灰成为当前排量较大的工业废渣之一。粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为解决电力生产环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段，也是电力生产所面临解决的任务之一。
发明内容
本发明实施例提供一种秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料及其制备方法和应用，以解决农作物秸秆和粉煤灰污染环境的问题。
第一方面，本发明提供了一种秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料，每100重量份原料由30～32份长度为1.0～2.3cm的农作物秸秆、32～35份粉煤灰、26～28份废聚乙烯塑料、2.3～2.5份马来酸酐相容剂、1.3～2.0份硬脂酸、0.4～0.5份抗氧化剂、0.45～0.50份抗老化剂、1.5份颜料组成。
作为上述技术方案的进一步优选：每100重量份原料由30～31份长度为1.8～2.1cm的农作物秸秆、34～35份粉煤灰、26份废聚乙烯塑料、2.3份马来酸酐相容剂、1.8～2.0份硬脂酸、0.4～0.45份抗氧化剂、0.50份抗老化剂、1.5份颜料组成。
作为上述技术方案的进一步优选：粉煤灰的粒度为200～2000目；废聚乙烯塑料的粒径≤6mm。
作为上述技术方案的进一步优选：农作物秸秆为禾本科、豆科、锦葵科、茄科植物中的一种或几种的秸秆。
作为上述技术方案的进一步优选：农作物秸秆为小麦、水稻、大豆、辣椒、茄子、棉花中的一种或多种的秸秆。
作为上述技术方案的进一步优选：马来酸酐相容剂的国标编号为81624，硬脂酸为硬脂酸1801，抗老化剂为巴斯夫1010，抗氧剂为UV-531。
作为上述技术方案的进一步优选：润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸钠、硬脂酸镁、硬脂酸铅中的一种或多种。
第二方面，本发明提供了一种秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)高速混合：将原料倒入高速混料机中，以800～1000转/分的转速混合原料，并抽真空，待原料因摩擦起热升温至115℃～140℃时，停止搅拌，冷却至常温；
(2)造粒工艺：将步骤(1)所得混合料加入造粒机中，按物料流动去向依次设定各段温度：180℃、170℃、160℃、150℃、140℃、130℃、120℃、110℃，挤出粒径为4～6mm的母粒；
(3)挤出成型：将步骤(2)所得母粒加入挤出机中，按物料流动去向依次设定各段温度为180℃、175℃、168℃、160℃，合流芯温度设为150℃，螺杆转速为10转/分钟，挤出秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料。
进一步地，上述方法还包括表面后处理步骤：将步骤(3)所得秸秆/粉煤灰/废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。
第三方面，本发明还提供秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料在室内外园林景观、家居建材、家具领域的应用。
本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：
本发明加快了农作物秸秆和粉煤灰的综合利用产业化步伐，拓宽了农作物秸秆和粉煤灰的应用领域，提高了农作物秸秆和粉煤灰的附加值，实现了粉煤灰的循环再利用和秸秆的资源化、商品化，解决了环境污染问题。
本发明利用各种农作物秸秆和粉煤灰的本身天然特性，使其产品在同类复合材料中比较，无甲醛、室内使用效果更好。
具体实施方式
以下对本发明的技术方案进行进一步说明：
现有技术中，制备秸秆塑料复合材料通常采用粒径＜20目的粉末状秸秆，粉碎成本高，且会带来新的粉尘污染。本发明将秸秆粉碎到2cm左右即可，与粉煤灰、废聚乙烯共同挤出成型，制备出高强度、低吸水率的秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料，可替代木材在室外使用，且耐水防腐。
本发明提供的秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料具体为：每100重量份原料由30～32份长度为1.0～2.3cm的农作物秸秆、32～35份粉煤灰、26～28份废聚乙烯塑料、2.3～2.5份马来酸酐相容剂、1.3～2.0份硬脂酸、0.4～0.5份抗氧化剂、0.45～0.50份抗老化剂、1.5份颜料组成。其中，农作物秸秆为禾本科、豆科、锦葵科、茄科植物中的一种或几种的秸秆，优选地：农作物秸秆为小麦、水稻、大豆、辣椒、茄子、棉花中的一种或多种的秸秆。粉煤灰的粒度为200～2000目；废聚乙烯塑料的粒径≤6mm。
作为上述技术方案的进一步优选：每100重量份原料由30～31份长度为1.8～2.1cm的农作物秸秆、34～35份粉煤灰、26份废聚乙烯塑料、2.3份马来酸酐相容剂、1.8～2.0份硬脂酸、0.4～0.45份抗氧化剂、0.50份抗老化剂、1.5份颜料组成。
本发明提供的秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料的制备方法具体包括以下步骤：
(1)高速混合：将原料倒入高速混料机中，以800～1000转/分的转速混合原料，并抽真空，待原料因摩擦起热升温至115℃～140℃时，停止搅拌，冷却至常温；
(2)造粒工艺：将步骤(1)所得混合料加入造粒机中，按物料流动去向依次设定各段温度：180℃、170℃、160℃、150℃、140℃、130℃、120℃、110℃，制得粒径为4～6mm的母粒；
(3)挤出成型：将步骤(2)所得母粒加入挤出机中，按物料流动去向依次设定各段温度为180℃、175℃、168℃、160℃，合流芯温度设为150℃，螺杆转速10转/分钟，挤出秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料。
上述方法还可包括表面后处理步骤：将步骤(3)所得秸秆/粉煤灰/废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。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的数据对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。
实施例1～6采用的原料中：马来酸酐相容剂的国标编号为81624，硬脂酸采用硬脂酸1801，抗老化剂采用巴斯夫1010，抗氧剂采用UV-531，颜料为氧化铁，粉煤灰的粒度为200～2000目，废聚乙烯塑料的粒径≤6mm，农作物秸秆为粉碎成长度1.0-2.3cm的小麦秸秆，润滑剂为硬脂酸钙。实施例1～6均采用150mm*25mm的四孔端面，壁厚为5.5mm型材模具。
实施例1～6
(1)高速混合：将表1所示配方的原料倒入高速混料机中，以1000转/分的转速混合原料，并抽真空，待原料因摩擦起热升温至140℃时，停止搅拌，冷却至常温；
(2)造粒工艺：将步骤(1)所得混合料加入平行双螺杆造粒机中，按物料流动去向依次设定各段温度：180℃、170℃、160℃、150℃、140℃、130℃、120℃、110℃，当温度到达预设值时，电流显示180A，进料机自启动，螺杆以10转/分钟的转速挤出粒径为4～6mm的母粒；
(3)挤出成型：将步骤(2)所得母粒加入锥双挤出机中，按物料流动去向依次设定各段温度为180℃、175℃、168℃、160℃，合流芯温度设为150℃，当温度到达预设值时，电流显示45～48A，进料机自启动，螺杆以10转/分钟的转速挤出秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料，挤出压力为16～18MPa。
表1实施例1～6的秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料配方
表2实施例1～6制备出的秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料的性能
按表2的测试结果分析得出：按实施例1配方制备的秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料产品流动一般、表面光滑、可以成型、有少许气泡；按实施例2和实施例3配方制备的秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料产品基本一样，物料流动性好，出料均匀，可以成型，表面无气泡。按实施例4和实施例5配方制备的秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料产品表面光亮平整、成型好、无气泡、产量较高，没有瑕疵。按实施例6配方制备的秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料产品虽然成型好、无气泡、产量较高，但表面粗糙。从实验结果可知，按实施例4和实施例5配方制备的秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料产品优于其它实施例。
本发明制备的秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料产品的抗压强度可达25～30MPa，弹性模量可达3850～4450MPa，吸水率仅1.5～2.3％，表面光洁度好，成本低、生产过程中不添加任何胶水、无甲醛，所有原料主材料均为废弃物和资源再利用材料，生产中无废气、废水排出，使用数年后可回收再利用，还可极大改善秸秆焚烧和粉煤灰存放带来的对大气环境的污染，即实现了变废为宝，又增加了附加值，不仅实现了价值裂变；也从单一的粉煤灰填埋和秸秆禁烧转变为疏堵结合、综合利用，真正变废为宝，产生新价值。也为秸秆和粉煤灰的利用开辟了一条新的利用途径。本发明所制得的型材，物料成本低、无甲醛、易加工、无边角料，可广泛应用于室内外景观、门板、橱柜板、家具包装等领域。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料，其特征在于：每100重量份原料由30～32份长度为1.0～2.3cm的农作物秸秆、32～35份粉煤灰、26～28份废聚乙烯塑料、2.3～2.5份马来酸酐相容剂、1.3～2.0份硬脂酸、0.4～0.5份抗氧化剂、0.45～0.50份抗老化剂、1.5份颜料组成。
2.根据权利要求1所述的秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料，其特征在于：每100重量份原料由30～31份长度为1.8～2.1cm的农作物秸秆、34～35份粉煤灰、26份废聚乙烯塑料、2.3份马来酸酐相容剂、1.8～2.0份硬脂酸、0.4～0.45份抗氧化剂、0.50份抗老化剂、1.5份颜料组成。
3.根据权利要求1或2所述的秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料，其特征在于：所述粉煤灰的粒度为200～2000目；所述废聚乙烯塑料的粒径≤6mm。
4.根据权利要求1或2所述的秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料，其特征在于：所述农作物秸秆为禾本科、豆科、锦葵科、茄科植物中的一种或几种的秸秆。
5.根据权利要求4所述的秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料，其特征在于：所述农作物秸秆为小麦、水稻、大豆、辣椒、茄子、棉花中的一种或多种的秸秆。
6.根据权利要求1所述的秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料，其特征在于：所述马来酸酐相容剂的国标编号为81624，所述硬脂酸为硬脂酸1801，所述抗老化剂为巴斯夫1010，所述抗氧剂为UV-531。
7.根据权利要求1所述的秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸钠、硬脂酸镁、硬脂酸铅中的一种或多种。
8.一种权利要求1～7任一项所述的秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)高速混合：将原料倒入高速混料机中，以800～1000转/分的转速混合原料，并抽真空，待原料因摩擦起热升温至115℃～140℃时，停止搅拌，冷却至常温；
(2)造粒工艺：将步骤(1)所得混合料加入造粒机中，按物料流动去向依次设定各段温度：180℃、170℃、160℃、150℃、140℃、130℃、120℃、110℃，制得粒径为4～6mm的母粒；
(3)挤出成型：将步骤(2)所得母粒加入挤出机中，按物料流动去向依次设定各段温度为180℃、175℃、168℃、160℃，合流芯温度设为150℃，螺杆转速10转/分钟，挤出秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料。
9.根据权利要求8所述的秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料的制备方法，其特征在于：还包括表面后处理步骤：将步骤(3)所得秸秆/粉煤灰/废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。
10.权利要求9所述的秸秆/粉煤灰/废塑料复合材料在室内外园林景观、家居建材、家具领域的应用。
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