專利名稱：共輻照聚合制造型材的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于核輻射技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種共輻照聚合制造型材的方法。
背景技術(shù)：
我國現(xiàn)有毛竹栽培面積達幾千萬畝之多，毛竹生產(chǎn)加工過程中的竹制品廢物料是一種竹產(chǎn)品加工的副產(chǎn)物，產(chǎn)量大、分布廣。長期以來，我國對竹制品的綜合利用進行了廣泛深入的研究，獲得了許多可供利用的途徑。但大量充分利用竹制品加工廢物料途徑并不多，人們往往將竹制品加工廢物料隨意倒掉或焚燒，有的用來做生活燃料或燒鍋爐，這不但是對資源的極大浪費，在經(jīng)濟上造成巨大損失，而且對環(huán)境也造成了很大污染。研究解決竹制品加工廢物料的合理再生利用，變廢為寶，是一項意義重大的任務(wù)。以竹制品廢物料為主要原料制備竹塑復合材料是現(xiàn)今研究的熱點，但是，目前市場上生產(chǎn)的竹塑復合材料產(chǎn)品，基本采取化學助劑作為反應(yīng)引發(fā)劑來引發(fā)竹塑相結(jié)合，再在不同的工藝條件下擠出成型。制備得到的復合材料中均含有一定的化學成分，對環(huán)境有一定的污染，不利于清潔生產(chǎn)的要求。公開號CN102229749A的發(fā)明專利申請公開了一種新型竹塑復合材料，組分及質(zhì)量份數(shù)包括聚丙烯40-100，竹粉或竹纖維100-40，相容劑3-15，增韌劑3_15，偶聯(lián)劑0_5， 潤滑劑O. 5-8，成核劑0-15，其它助劑0-8。公開號CN101747645A的發(fā)明專利申請公開了一種竹塑復合材料的制備方法，包括采用改性竹纖維、載體樹脂和混合助劑按下列重量百分比:10-15%、50-85%和2-5%，在溫度為180-190°C，壓力為2. 5-4. OMPa的條件下，采用攪拌機混合5-10min，再將上述攪拌的混合物料送入雙螺桿擠出機中擠出產(chǎn)品。通過這兩種方法，能制得性能良好的竹塑材料，但其工藝較復雜，化學助劑種類多，含有毒有害化學物質(zhì)， 不符合清潔生產(chǎn)和環(huán)保的要求。公開號CN1887968A的發(fā)明專利申請公開了一種利用竹制品廢物料合成的型材及其制備方法，制備步驟包括將竹制品加工后的廢物料干燥至水分含量在6-10%，然后粉碎至100-400目；按比例取配料，將配料攪拌混合均勻后置于揉煉機中，在150-180°C條件下揉煉15-20分鐘；揉煉后的混合料用雙螺旋擠出機擠出冷卻成型；其中，配料包括竹粉、 塑料樹脂、納米級碳酸鈣、阻燃劑、防老化劑、潤滑劑和增亮劑。該方法工藝簡單，不使用化學粘合劑，但所制得的型材竹塑聚合效果不好，型材的力學性能仍不夠理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種共輻照聚合制造型材的方法，工藝簡單，助劑用量少，清潔環(huán)保，制得的型材具有良好的力學性能和熱穩(wěn)定性，無污染、耐腐蝕、耐老化、成本低。一種共輻照聚合制造型材的方法，包括(I)將竹粉、熱塑性樹脂和鈦酸異丙酯混合，揉煉，得到混煉料；(2)在惰性氣體保護下，對混煉料進行輻照處理；(3)處理完成后，添加填料，混勻，擠出成型，制得型材；
其中，各原料用量占所有原料總量的重量百分比為竹粉40-60%、熱塑性樹脂 20-40%、鈦酸異丙酯3-5%、填料10-15%。由于竹粉中主要成分為纖維素，纖維素表面含有大量的羥基和酚醛基官能團，使分子內(nèi)和分子間具有極性很強的氫鍵，致使竹粉具有吸水性和表面的強極性；而熱塑性樹脂多為非極性物質(zhì)，具有疏水性基團，因此，竹粉和熱塑性樹脂間的界面相容性很差，界面粘結(jié)力很差。通過所述的輻照處理，可以使竹粉和熱塑性樹脂末端的官能團產(chǎn)生自由基，鈦酸異丙酯具有兩個以上的官能團，官能團之間相互結(jié)合即可實現(xiàn)三種物質(zhì)的聚合。所述的竹粉由竹制品加工廢物料經(jīng)干燥、粉碎后得到。為了節(jié)省成本和綜合利用，所述的竹制品加工廢物料可以為竹絲、竹屑和竹刨花中的至少一種。所述竹粉的水分質(zhì)量含量優(yōu)選為8-12%，即干燥時，將竹制品加工廢物料干燥至水分質(zhì)量含量為8-12%。水分含量過高不利于聚合，且水分過多會使材料發(fā)泡，影響產(chǎn)品的力學性能。該水分含量條件下，最有利于竹粉與熱塑性樹脂之間的聚合，且型材的力學性能較好。所述竹粉的粒徑優(yōu)選為80-150目，能有效地減少原料相互之間的空間距離、增大粉末之間的接觸面積，制得的型材產(chǎn)品致密性好、密度大，同時具有良好的力學性能。所述的熱塑性樹脂可以為聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)。為了節(jié)省成本和綜合利用， 所述熱塑性樹脂可選用廢舊PE、PP塑料。所述的填料可以增加產(chǎn)品的重量，并改善產(chǎn)品力學性能。所述的填料可以為碳酸鈣或滑石粉；優(yōu)選為碳酸鈣；更優(yōu)選為納米級碳酸鈣。納米級碳酸鈣具有量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子效應(yīng)，在磁性、催化性、光熱阻和熔點等方面優(yōu)于常規(guī)材料。 由于其尺寸較小，可以滲透到竹粉與熱塑性樹脂結(jié)合的空隙內(nèi)，使填充密度增大，以其作為填料能使型材表面光艷、伸長度大、抗張力高、抗撕力強、耐彎曲、龜裂性良好，具有較好的補強作用。所述的熱塑性樹脂、鈦酸異丙酯或填料可采用市售的民用或工業(yè)用的試劑商品。步驟⑴中，所述的揉煉可以使竹粉、熱塑性樹脂和鈦酸異丙酯預混合均勻，利于后續(xù)輻照時能快速共聚。所述的揉煉溫度優(yōu)選為150-180°C，揉煉時間優(yōu)選為20-30分鐘， 揉煉速度優(yōu)選為700-900轉(zhuǎn)/分，對原料的混合、揉煉效果最好。步驟(2)中,所述的惰性氣體可以為氦氣或氮氣。氧氣對聚合反應(yīng)具有阻聚性,輻照處理時，若物質(zhì)中存在空氣或氧氣，會影響原料之間的聚合效果，在所述的惰性氣體保護下進行輻照處理更有利于竹塑之間的聚合。為了提供無氧的輻照環(huán)境，可以將混煉料裝于塑料袋內(nèi)，充氮氣封牢袋口，再進行所述的輻照處理。所述的塑料袋優(yōu)選為聚乙烯塑料袋或聚丙烯塑料袋；更優(yōu)選為聚乙烯塑料袋，聚乙烯塑料袋具有較好的抗輻射性，不容易破損。所述的輻照處理可以為電子束輻照處理或鈷-60 Y射線輻照處理；優(yōu)選為鈷-60 Y射線輻照處理。所述輻照處理的輻射劑量優(yōu)選為30-40kGy。鈷-60 Y射線輻照處理能量高，輻照劑量在30-40kGy時可在較短的時間內(nèi)打斷纖維素、熱塑性樹脂末端合適位置上的分子鍵，從而形成不穩(wěn)定的自由基，纖維素和熱塑性樹脂末端的自由基與鈦酸異丙酯快速結(jié)合形成共價鍵，結(jié)合力強，從而實現(xiàn)共聚合。
步驟(3)中，添加填料后，所述的混勻可以在常溫下通過攪拌進行；攪拌時間優(yōu)選為10-20分鐘，攪拌速度優(yōu)選為400-600轉(zhuǎn)/分。擠出過程中，為了減少設(shè)備與物料之間的磨擦系數(shù)，可以添加潤滑劑。所述的潤滑劑可以為石臘、蓖麻油或白油。采用擠出機擠出時，各段溫度設(shè)置可以為1段150 170°C;II段160 190°C: III段170 195°C:IV段180 195°C;機頭口模段180 205°C。該擠出條件下，能制得力學性能較好的型材。各段的具體溫度可根據(jù)物料在擠出機內(nèi)的流動情況隨時調(diào)節(jié)，當物料流動過慢時可適當調(diào)高溫度；當物料流動過快時可適當降低溫度，以防物料焦燒。所述揉煉設(shè)備可采用揉煉機。所述輻照處理設(shè)備可采用鈷-60輻射源裝置，其能發(fā)射Y射線，能量在1.25Mev。所述擠出設(shè)備可采用雙螺桿擠出機。本發(fā)明中，鈦酸異丙酯的結(jié)構(gòu)式為(CH3CH3CHO)4Ti,具有兩個以上官能團。本發(fā)明方法利用Y射線作為引發(fā)劑，在合適劑量(30-40kGy)的電子束輻照作用下，纖維素分子中與羥基相連的碳原子上的氫原子被奪走而產(chǎn)生羥基(OH)自由基；鈦酸異丙酯上的一個官能團電離產(chǎn)生氫(H)自由基，與纖維素分子中的羥基作用結(jié)合成共價鍵；鈦酸異丙酯上的另一個官能團(H)與PP或PE官能團上的CH作用，形成共軛雙鍵。從而實現(xiàn)了纖維素-鈦酸異丙酯-熱塑性樹脂之間化學鍵的連接。本發(fā)明通過適度的輻照以及合適的偶聯(lián)劑(鈦酸異丙酯)共同作用，使竹塑之間的界面能減少，界面粘度強度增加，兩者更容易聚合，而不需使用其它化學粘合劑；同時有效提高了所制得的型材的綜合性能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果(I)原料來源充足，工藝簡單，采用物理加工方法；助劑用量少，無需添加任何化學合成的粘合劑，制得的型材中只含竹粉、熱塑性樹脂、鈦酸異丙酯和填料，無殘留，無毒無味，綠色環(huán)保。(2)采用的原料可最大程度利用廢棄物，既實現(xiàn)竹制品加工廢物料和廢舊塑料的綜合利用，又有效地降低了生產(chǎn)成本。(3)采用本發(fā)明方法制備得到的型材外觀光潔度好，致密性好，具有良好的力學性能和熱穩(wěn)定性，并且具有吸音、隔熱、防火、耐腐蝕，耐老化等優(yōu)點；同時，型材易加工，可刨、 鋸或鑿，可用于室外護欄、地板、樓梯扶手和欄桿、人行道等的地面裝飾、花壇裝飾、建筑裝修、家具制造及生活用木制品等領(lǐng)域。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅限于此。實施例I一種共輻照聚合制造型材的方法，包括以下步驟(I)將竹制品加工后的廢物料(竹屑)烘干，直至水分質(zhì)量含量在8%;然后，將干燥的竹屑放入粉碎機中，粉碎至80目，得到竹粉。(2)將上述竹粉、熱塑性樹脂(PP)與鈦酸異丙酯置入揉煉機中，于180°C揉煉20 分鐘，揉煉速度為800轉(zhuǎn)/分，得到混煉料。
(3)將混煉料裝入PE (聚乙烯)塑料袋內(nèi)，每袋25公斤，充氮氣10分鐘，封牢袋口 ；將裝袋后的混煉料置于鈷-60 Y輻射場中進行Y射線輻照處理，輻射劑量為30kGy，得到共聚改性混煉料。(4)將共聚改性混煉料置于揉煉機中，加入填料(納米級碳酸鈣)，在常溫下攪拌 15分鐘，攪拌速度為500轉(zhuǎn)/分。(5)攪拌完成后，用雙螺旋擠出機擠出，擠出過程中，不間斷加入潤滑劑(蓖麻油) 以減少設(shè)備與物料之間的磨擦系數(shù)；擠出機擠出各段溫度設(shè)置如下1段150 170°C ；II 段160 190°C :111 段170 195°C :IV 段180 195°C ;機頭口模段180 205°C，各段的具體溫度根據(jù)物料在擠出機內(nèi)的流動情況隨時調(diào)節(jié)，以控制合適的物料流速。(6)冷卻成型得到型材。其中，各原料用量占所有原料總量的重量百分比為竹粉45 %、熱塑性樹脂 (PP) 37%、鈦酸異丙酯3%、填料(納米級碳酸鈣)15%。實施例2一種共輻照聚合制造型材的方法，包括以下步驟(I)將竹制品加工后的廢物料(竹刨花)烘干，直至水分質(zhì)量含量在12% ;然后， 將干燥的竹刨花放入粉碎機中，粉碎至150目，得到竹粉。(2)將上述竹粉、熱塑性樹脂(PE)與鈦酸異丙酯置入揉煉機中，于150°C揉煉30 分鐘，揉煉速度為800轉(zhuǎn)/分，得到混煉料。(3)將混煉料裝入PE (聚乙烯)塑料袋內(nèi)，每袋25公斤，充氮氣10分鐘，封牢袋口 ；將裝袋后的混煉料置于鈷-60 Y輻射場中進行Y射線輻照處理，輻射劑量為40kGy，得到共聚改性混煉料。(4)將共聚改性混煉料置于揉煉機中，加入填料(納米級碳酸鈣)，在常溫下攪拌 15分鐘，攪拌速度為500轉(zhuǎn)/分。(5)攪拌完成后，用雙螺旋擠出機擠出，擠出過程中，不間斷加入潤滑劑(石臘) 以減少設(shè)備與物料之間的磨擦系數(shù)；擠出機擠出各段溫度設(shè)置如下1段150 170°C ；II 段160 190°C :111 段170 195°C :IV 段180 195°C ;機頭口模段180 205°C，各段的具體溫度根據(jù)物料在擠出機內(nèi)的流動情況隨時調(diào)節(jié)，以控制合適的物料流速。(6)冷卻成型得到型材。其中，各原料用量占所有原料總量的重量百分比為竹粉50 %、熱塑性樹脂 (PE) 35%、鈦酸異丙酯5%、填料(納米級碳酸鈣)10%。表I示出了共輻照聚合制造型材的兩個實施例的組成配料重量百分比及其型材的力學性能。表I實施例I2配料及重量百分比竹粉45 (竹屑)50 (竹刨花)熱塑性樹脂37 (PP)35 (PE)鈥酸異丙醋35填料(納米級碳酸鈣)1510力學性能楊氏模量(N/mm2)3135.903075.27斷裂伸長率(％)2.792.53斷裂強度(MPa)44.2042.58洛氏硬度(HRR)108.71106.42沖擊強度(kj/m2)22.3824.69
權(quán)利要求
1.一種共輻照聚合制造型材的方法，其特征在于，包括(1)將竹粉、熱塑性樹脂和鈦酸異丙酯混合，揉煉，得到混煉料；(2)在惰性氣體保護下，對混煉料進行輻照處理；(3)處理完成后，添加填料，混勻，擠出成型，制得型材；其中，各原料用量占所有原料總量的重量百分比為竹粉40-60 %、熱塑性樹脂 20-40%、鈦酸異丙酯3-5%、填料10-15%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的竹粉由竹制品加工廢物料經(jīng)干燥、 粉碎后得到；所述的竹制品加工廢物料為竹絲、竹屑和竹刨花中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述竹粉的水分質(zhì)量含量為8-12%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述竹粉的粒徑為80-150目。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的熱塑性樹脂為聚乙烯或聚丙烯。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的填料為碳酸鈣或滑石粉。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟⑴中，所述的揉煉溫度為 150-180°C，揉煉時間為20-30分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述的惰性氣體為氦氣或氮氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述的輻照處理為鈷-60Y 射線輻照處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(2)30-40kGy。中，所述輻照處理的輻射劑量為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種共輻照聚合制造型材的方法，包括將竹粉、熱塑性樹脂和鈦酸異丙酯混合，揉煉，得到混煉料；在惰性氣體保護下，對混煉料進行輻照處理；處理完成后，添加填料，混勻，擠出成型，制得型材；其中，各原料用量占所有原料總量的重量百分比為竹粉40-60％、熱塑性樹脂20-40％、鈦酸異丙酯3-5％、填料10-15％。本發(fā)明方法具有原料來源充足、工藝簡單、助劑用量少、無需添加化學粘合劑、清潔環(huán)保、生產(chǎn)成本低的優(yōu)點，而制備得到的型材具有良好的力學性能和熱穩(wěn)定性，并且具有無污染、耐腐蝕和耐老化的優(yōu)點。
文檔編號C08K3/26GK102604407SQ20121007311
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者傅俊杰, 周鑫瑤, 徐芙蓉, 歐旭飛, 趙小俊 申請人:浙江大學