專利名稱：一種異氰酸酯增強的農(nóng)業(yè)剩余物纖維/塑料復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種異氰酸酯增強的農(nóng)業(yè)剩余物纖維/塑料復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
21世紀，正值我國經(jīng)濟建設(shè)穩(wěn)步發(fā)展以及人民生活水平不斷提高的大好時機，建筑業(yè)、家具業(yè)、室內(nèi)裝修裝飾業(yè)、包裝業(yè)以及未來的木質(zhì)房屋建筑業(yè)等對木材及木制品的數(shù)量和質(zhì)量的需求日益增長，但我國木材的供應(yīng)遠遠不能滿足經(jīng)濟建設(shè)和社會需求的要求；另一方面，隨我國塑料消費量的年年遞增，大量廢棄的塑料薄膜、塑料袋以及其它塑料制品產(chǎn)生的“白色污染”已成為環(huán)境、土壤的主要污染源之一，在木材資源嚴重短缺、生態(tài)環(huán)境急需改善、供需矛盾突出的形勢下，越來越迫切地需要積極擴展木材工業(yè)的原料資源，需要積極開發(fā)新的木材替代品。
據(jù)統(tǒng)計，我國農(nóng)業(yè)剩余纖維-糧食作物(包括水稻、小麥、玉米、谷子等)、油料作物(包括花生、油菜、胡麻、芝麻等)、棉花、麻類(包括黃紅麻、苧麻、大麻、亞麻等)和糖料作物(主要包括甘蔗和甜菜)的剩余物資源總量已達到7.95億噸，預(yù)計2010年將達到8.75億噸。
以植物秸稈或廢塑料作為復(fù)合材料的原材料已公知，如中國專利CN1324884A公開了一種利用廢塑料制備復(fù)合材料的方法，但作為填料加入的植物纖維的用量僅占熱塑性塑料的10～30％，且采用的是擠出、注射等塑料成型工藝；CN1340572A也公開了一種以廢塑料為原料制備復(fù)合板材的方法，天然植物纖維也是作為小于40％的填料加入，并且原材料需高溫混煉再模壓或碾壓成型；中國專利CN1066642公開了一種復(fù)合材料，所用原材料之一有稻草、玉米皮等各種植物的根莖枝干等，但需經(jīng)過清洗、漂白等工序，所用廢塑料也需清洗、烘干、拉條、造粒等工序；中國專利CN1126114A描述了用廢塑料以及一年生植物秸稈等為原料合成仿木材料，但在生產(chǎn)工藝中需向粉碎的原材料中加入有機溶劑，保溫蒸發(fā)后再壓力成型。中國專利CN1281875A采用秸稈和塑料生產(chǎn)秸稈/塑料復(fù)合材料，但0.5～10％的表面處理劑需要在60～170℃下對秸稈預(yù)處理5～10min，再與塑料高溫混煉，其中的塑料含部分回收塑料。以上采用混煉、擠出、注塑的塑料加工工藝，人造板加工企業(yè)需要增加新設(shè)備；將植物纖維作為塑料的填料使用，所得到的復(fù)合材料主要表現(xiàn)為塑料的本體性能；采用表面處理劑、對原材料的高溫混煉等都增加了原材料的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種異氰酸酯增強的農(nóng)業(yè)剩余物纖維/塑料復(fù)合材料及其制備方法，它是采用人造板加工工藝路線，以農(nóng)業(yè)剩余物纖維等一年生植物纖維資源和各種回收塑料等廢棄高分子聚合物再生資源為主體原材料，復(fù)合形成一種高纖維含量(農(nóng)業(yè)剩余纖維含量為40～85％)的新型木材替代品-木/塑復(fù)合材料。
本發(fā)明的另一目的為全面提高木/塑復(fù)合材料的物理以及力學性能采用共混加入0.3～10％的功能性異氰酸酯系偶聯(lián)劑，或稱之為表面處理劑，或稱之為界面相容劑，或稱之為增容劑，采用與原材料常溫共混的工藝對原材料實行在線預(yù)處理，在熱壓條件下，通過活性異氰酸酯基與原材料分子組成中的羥基發(fā)生化學反應(yīng)，生成網(wǎng)狀甚至體型大分子結(jié)構(gòu)，增強由纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素等主要強極性高分子組成的農(nóng)業(yè)剩余纖維與非極性或弱極性高分子組成的廢塑料兩相界面的相容性，降低兩相界面自由能，提高兩相界面的粘結(jié)強度，得到綜合性能較優(yōu)異的木/塑復(fù)合材料。
本發(fā)明的另一目的是通過該工藝得到的高纖維含量的新型木/塑復(fù)合材料具有類似木材的自然外觀；類似木材的加工性可鋸、可刨、可鉚、可釘、可涂；還具有各向同性、優(yōu)異的物理以及力學性能；除以上特別指出的可選擇人造板加工工藝，還可采用擠出或注射等塑料成型工藝；制品可再生，可降解；可廣泛的應(yīng)用于建筑、家具制造、室內(nèi)裝修裝飾以及包裝等領(lǐng)域，具有成本、性能以及用途上的多重優(yōu)勢。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計方案一種異氰酸酯增強的農(nóng)業(yè)剩余物纖維/塑料復(fù)合材料，它是由40～90％重量比的農(nóng)業(yè)剩余物纖維材料和10～60％重量比的塑料共混，并加入占農(nóng)業(yè)剩余物纖維材料絕干重量0.3～10％的偶聯(lián)劑后，經(jīng)人造板工藝復(fù)合制成。
所述的農(nóng)業(yè)剩余物纖維材料為糧食作物、糧食作物、油料作物、棉花、麻類、糖料作物的剩余物；所述的塑料為熱塑性塑料中的一種或兩種以上的塑料合金、共混物；所述的偶聯(lián)劑為含有游離的異氰酸酯基的有機化合物。
所述的熱塑性塑料為低密度聚乙烯或高密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯。
所述的含有游離的異氰酸酯基的有機化合物偶聯(lián)劑可以是二苯基甲烷二異氰酸酯或甲苯二異氰酸酯、多苯基多亞甲基多異氰酸酯、對苯二亞甲基二異氰酸酯和己二異氰酸酯、合成的端異氰酸酯聚氨酯預(yù)聚物、含游離異氰酸酯基的聚氨酯、可乳化的含游離異氰酸酯基的化合物、合成的高分子樹脂與異氰酸酯復(fù)合共混的復(fù)合體系。
一種異氰酸酯增強的農(nóng)業(yè)剩余物纖維/塑料復(fù)合材料的制備方法，其方法步驟如下1)先將農(nóng)業(yè)剩余物纖維原材料預(yù)處理為刨花或纖維、粉狀形態(tài)，干燥至含水量為0～25％；2)將熱塑性塑料原材料分類并分別粉碎成片狀或顆粒狀；3)分別按40～90％重量比取農(nóng)業(yè)剩余物纖維材料及按10～60％重量比取熱塑性塑料，并用占農(nóng)業(yè)剩余物纖維材料絕干重量0.3～10％的偶聯(lián)劑對上述兩種原材料常溫共混預(yù)處理，制得一種混合料。
上述得到的混合料進一步鋪裝、熱壓，溫度為130～220℃，壓力1～20MPa，時間1～20min；4)達到常溫后，裁邊，得到板材產(chǎn)品。
本發(fā)明的優(yōu)點是1、本發(fā)明主體原材料均可來自各種的農(nóng)業(yè)剩余纖維和各種回收塑料等廢棄再生資源，原材料來源廣泛，且在復(fù)合材料的整個制備過程中，無甲醛等有害氣體以及廢液、廢渣產(chǎn)生，可在減少環(huán)境污染的同時又變廢為寶開發(fā)出高附加值產(chǎn)品，是一項經(jīng)濟效益以及環(huán)境效益并存的資源再利用工程。
2、采用本發(fā)明制備方法可增強農(nóng)業(yè)剩余纖維與廢塑料兩相界面的相容性，降低兩相界面自由能，提高兩相界面的粘結(jié)強度，從而得到的木/塑復(fù)合材料綜合性能較優(yōu)異，物理及力學性能都可大大提高；
3、本發(fā)明采用大比例的農(nóng)業(yè)剩余纖維原料制備得到的木/塑復(fù)合材料產(chǎn)品可作為木材的替代品，具有類似木材的自然外觀，其具有類似木材的加工性及成本、性能以及用途上的多重優(yōu)勢。
具體實施例方式
本發(fā)明異氰酸酯增強的農(nóng)業(yè)剩余物纖維/塑料復(fù)合材料是由40～90％重量比的農(nóng)業(yè)剩余物纖維材料、10～60％重量比的塑料共混，并加入占農(nóng)業(yè)剩余物纖維材料絕干重量0.3～10％的偶聯(lián)劑后，經(jīng)人造板工藝復(fù)合制成。
所述的農(nóng)業(yè)剩余物纖維材料可以選自下述之一種糧食作物(包括水稻、小麥、玉米、谷子等)、油料作物(包括花生、油菜、胡麻、芝麻等)、棉花、麻類(包括黃紅麻、苧麻、大麻、亞麻等)和糖料作物(主要包括甘蔗和甜菜)的剩余物。
上述的塑料可以是新塑料，亦可是回收塑料，可以選自下述之一種或兩種以上的塑料合金或共混物低密度或高密度聚乙烯(LDPE或HDPE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙稀(PVC)、聚苯乙烯(PS)等其它所有的新熱塑性塑料或制品。
以上所述的異氰酸酯系偶聯(lián)劑，是指含有游離的異氰酸酯基的有機化合物，可以選自下述之一種二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、甲苯二異氰酸酯(TDI)、多苯基多亞甲基多異氰酸酯(聚合MDI或PAPI)、對苯二亞甲基二異氰酸酯(XDI)和己二異氰酸酯(HDI)；也包括合成的端異氰酸酯聚氨酯預(yù)聚物，含游離異氰酸酯基的聚氨酯；也包括各種可乳化的含游離異氰酸酯基的化合物，如可乳化的聚合MDI以及用各種合成高分子樹脂與異氰酸酯復(fù)合共混的復(fù)合體系。
本發(fā)明異氰酸酯增強的農(nóng)業(yè)剩余物纖維/塑料復(fù)合材料制備的具體方法是①對農(nóng)業(yè)剩余纖維進行預(yù)處理將農(nóng)業(yè)剩余纖維晾干，采用人造板原材料的制備工序和設(shè)備將農(nóng)業(yè)剩余纖維預(yù)處理成刨花或纖維，或采用其它設(shè)備將其粉碎成粉狀形態(tài)，熱空氣干燥至含水量為0～25％，備用。
②對塑料或回收塑料進行預(yù)處理將回收的熱塑性塑料分類、晾干，將其粉碎成片狀或采用其它方法磨制成顆粒狀，備用。
③原材料常溫共混偶聯(lián)處理異氰酸酯系偶聯(lián)劑對原材料的預(yù)處理采用常溫共混預(yù)處理法，其步驟是常溫下，先將農(nóng)業(yè)剩余纖維和回收塑料常壓混勻，再高壓噴入偶聯(lián)劑混勻；或常溫先向農(nóng)業(yè)剩余纖維中噴入偶聯(lián)劑，共混一定時間后，再加入回收塑料混勻。農(nóng)業(yè)剩余纖維的用量占40～90％，回收塑料的用量占10～60％，偶聯(lián)劑的用量占農(nóng)業(yè)剩余纖維絕干重量的0.3～10％，制得一種農(nóng)業(yè)剩余物纖維/塑料混勻的原材料。
④鋪裝用人造板生產(chǎn)用的鋪裝機將混勻的農(nóng)業(yè)剩余物纖維/塑料原材料鋪裝成要求規(guī)格的板坯。
⑤熱壓鋪裝板坯進入熱壓機熱壓，或經(jīng)過預(yù)壓后熱壓，熱壓的工藝參數(shù)為溫度為130～220℃，壓力1～20MPa，時間1～20min，得到成型的農(nóng)業(yè)剩余物纖維/塑料板材。
⑥后處理將熱壓成型的板材在一定的條件下冷卻至常溫。
⑦裁邊將復(fù)合板材裁邊，形成產(chǎn)品。
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明實施例1將麥秸晾干，切斷，再經(jīng)刨片機加工成刨花形態(tài)，干燥，備用；將回收的廢塑料分類、晾干、粉碎，備用；取90公斤的麥秸和10公斤的熱塑性塑料常溫常壓共混，高壓噴入偶聯(lián)劑5公斤混勻；按要求規(guī)格鋪裝成一定數(shù)量的板坯；熱壓或經(jīng)過預(yù)壓后熱壓，熱壓溫度為130～220℃，壓力1～20MPa，時間1～20min；將熱壓后的板材冷處理定型，將復(fù)合板材陳化、裁邊。
實施例2制備工藝以及條件與實施例1類同，不同之處在于所用農(nóng)業(yè)剩余物纖維為稻秸，稻秸用量為占重量百分比80％，而回收塑料占重量百分比為20％，噴入的偶聯(lián)劑占稻秸重量的2％。
實施例3制備工藝以及條件與實施例1類同，不同之處在于實施例1和2中的麥秸、稻秸進一步加工成纖維或粉狀形態(tài)。
實施例4制備工藝以及條件與實施例1和例2類同，不同之處在于常溫下，用MDI或聚合MDI偶聯(lián)劑對原材料進行共混法在線預(yù)處理，其步驟是常溫下，將重量比80％麥秸和重量比20％回收聚苯乙烯常壓混勻，高壓噴入占農(nóng)業(yè)剩余物纖維材料絕干重量3％的偶聯(lián)劑；或常溫先向農(nóng)業(yè)剩余物纖維中高壓噴入偶聯(lián)劑，共混1～20min后，再加入回收塑料混勻。
實施例5制備工藝以及條件與實施例1和例2類同，不同之處在于常溫下，用占農(nóng)業(yè)剩余物纖維材料絕干重量3％乳化MDI或乳化的聚合MDI(PMDI)偶聯(lián)劑對麥秸進行共混法在線預(yù)處理。
實施例6制備工藝以及條件與實施例1和例2類同，不同之處在于常溫下，用占農(nóng)業(yè)剩余物纖維材料絕干重量3％的合成高分子水乳液樹脂與異氰酸酯復(fù)合共混偶聯(lián)劑對原材料進行共混法在線預(yù)處理。
實施例7制備工藝以及條件與實施例1和實施例2類同，不同之處在于使用新的熱塑性高分子塑料代替回收塑料。
實施例8制備工藝以及條件與實施例1和實施例2類同，不同之處在于將板材模壓，以制備農(nóng)業(yè)剩余物纖維/塑料復(fù)合材料模壓制品，其余生產(chǎn)工藝和條件與實施例1和實施例2相同。
本發(fā)明的上述實施方案可作為本發(fā)明的實施例，但在不背離本發(fā)明范圍和精神的前提下，對其進行各種修改和補充均屬本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種異氰酸酯增強的農(nóng)業(yè)剩余物纖維/塑料復(fù)合材料，其特征在于它是由40～90％重量比的農(nóng)業(yè)剩余物纖維材料和10～60％重量比的塑料共混，并加入占農(nóng)業(yè)剩余物纖維材料絕干重量的0.3～10％的偶聯(lián)劑后，經(jīng)人造板工藝復(fù)合制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異氰酸酯增強的農(nóng)業(yè)剩余物纖維/塑料復(fù)合材料，其特征在于所述的農(nóng)業(yè)剩余物纖維材料為糧食作物、油料作物、棉花、麻類和糖料作物的剩余物；所述的塑料為熱塑性塑料中的一種或兩種以上的塑料合金、共混物；所述的偶聯(lián)劑為含有游離的異氰酸酯基的有機化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的異氰酸酯增強的農(nóng)業(yè)剩余物纖維/塑料復(fù)合材料，其特征在于所述的熱塑性塑料為低密度聚乙烯或高密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的異氰酸酯增強的農(nóng)業(yè)剩余物纖維/塑料復(fù)合材料，其特征在于所述的含有游離的異氰酸酯基的有機化合物偶聯(lián)劑為二苯基甲烷二異氰酸酯或甲苯二異氰酸酯、多苯基多亞甲基多異氰酸酯、對苯二亞甲基二異氰酸酯和己二異氰酸酯、合成的端異氰酸酯聚氨酯預(yù)聚物、含游離異氰酸酯基的聚氨酯、可乳化的含游離異氰酸酯基的化合物、合成的高分子樹脂與異氰酸酯復(fù)合共混的復(fù)合體系。
5.一種異氰酸酯增強的農(nóng)業(yè)剩余物纖維/塑料復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的方法步驟如下1)先將農(nóng)業(yè)剩余物纖維原材料預(yù)處理為刨花或纖維、粉狀形態(tài)，干燥至含水量為0～25％；2)將熱塑性塑料原材料分類并分別粉碎成片狀或顆粒狀；3)分別按40～90％重量比取農(nóng)業(yè)剩余物纖維材料及按10～60％重量比取熱塑性塑料，并用占農(nóng)業(yè)剩余物纖維材料絕干重量0.3～10％的偶聯(lián)劑對上述兩種原材料常溫共混預(yù)處理，制得一種混合材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的異氰酸酯增強的農(nóng)業(yè)剩余物纖維/塑料復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述得到的混合料進一步1)鋪裝；2)熱壓，溫度為130～220℃，壓力1～20MPa，時間1～20min；3)達到常溫后裁邊，得到板材產(chǎn)品。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的異氰酸酯增強的農(nóng)業(yè)剩余物纖維/塑料復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述得到的板材產(chǎn)品進一步模壓，得到農(nóng)業(yè)剩余纖維/塑料復(fù)合材料模壓制品。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的異氰酸酯增強農(nóng)業(yè)剩余纖維和塑料復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟3)中所述的用偶聯(lián)劑對兩種原材料常溫共混預(yù)處理的具體方法是在常溫下，先將兩種原材料常壓混勻，再高壓噴入偶聯(lián)劑混勻。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的異氰酸酯增強農(nóng)業(yè)剩余纖維和塑料復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟3)中所述的用偶聯(lián)劑對兩種原材料常溫共混預(yù)處理的具體方法是常溫下，先向農(nóng)業(yè)剩余物纖維材料中噴入偶聯(lián)劑，共混1～20min后，再加入熱塑性塑料混勻。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的異氰酸酯增強農(nóng)業(yè)剩余纖維和塑料復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟1)中所述的將農(nóng)業(yè)剩余纖維原材料預(yù)處理為刨花或纖維、粉狀形態(tài)的具體方法是將農(nóng)業(yè)剩余物纖維晾干，將其預(yù)處理成刨花、纖維或粉狀材料。
全文摘要
一種異氰酸酯增強的農(nóng)業(yè)剩余物纖維/塑料復(fù)合材料，它是由40～90％重量比的農(nóng)業(yè)剩余物纖維材料和10～60％重量比的塑料共混，并加入占農(nóng)業(yè)剩余物纖維材料絕干重量0.3～10％的偶聯(lián)劑后，經(jīng)人造板工藝復(fù)合制成。其制備方法步驟如下先將農(nóng)業(yè)剩余物纖維原材料預(yù)處理為刨花或纖維、粉狀形態(tài)，干燥至含水量為0～25％；再將熱塑性塑料原材料分類并分別粉碎成片狀或顆粒狀；分別按配比取各自原料，并用占農(nóng)業(yè)剩余物纖維材料絕干重量0.3～10％的偶聯(lián)劑對上述兩種原材料常溫共混預(yù)處理，制得一種混合料?？蛇M一步鋪裝、熱壓，溫度為130～220℃，壓力1～20MPa，時間1～20min；達到常溫后，裁邊，得到板材產(chǎn)品。
文檔編號C08L27/00GK1948399SQ200510112569
公開日2007年4月18日 申請日期2005年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月11日
發(fā)明者王正, 王志玲, 任一萍 申請人:中國林業(yè)科學研究院木材工業(yè)研究所