一種制備聚乙烯與植物復(fù)合材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制備聚乙烯與植物復(fù)合材料的方法，包括植物料剪切處理、濕法表面改性、改性植物料的干燥、與聚乙烯混合、裝模、熱壓前干燥、熱壓、后處理等步驟。該工藝以高分子為增容劑增強(qiáng)植物秸稈與聚乙烯之間的相容性，避免了增容劑在使用過程中的遷移，有利于發(fā)揮出穩(wěn)定的增容效果，同時(shí)確保生產(chǎn)過程的清潔環(huán)保及產(chǎn)品使用過程中的安全。增容劑以合適濃度或固含量的溶液或乳液使用，既有利于實(shí)現(xiàn)均勻包覆，又可防止干燥過程中的結(jié)塊。本發(fā)明所述方法制備的聚乙烯與植物的復(fù)合材料可以用來代替木材或塑料，也可以與木材、塑料、石材等進(jìn)一步復(fù)合制備更高級(jí)的復(fù)合材料及產(chǎn)品，用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生產(chǎn)、生活等領(lǐng)域。
【專利說明】一種制備聚乙烯與植物復(fù)合材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備聚乙烯與植物復(fù)合材料的方法，屬于聚烯烴與秸桿復(fù)合材料制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]聚乙烯等高分子材料是世界體積產(chǎn)量最大的材料類型，廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生產(chǎn)、生活等各個(gè)方面。高分子材料的大量應(yīng)用一方面給人類的生產(chǎn)、生活帶來了極大的便利，另一方面用后廢棄在環(huán)境中造成了嚴(yán)重的白色污染，改變了土壤環(huán)境、海洋環(huán)境，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及海洋生物的生存造成了嚴(yán)重?fù)p害。這是因?yàn)榫垡蚁┑雀叻肿硬牧想y于在環(huán)境中降解，在環(huán)境中存在累積效應(yīng)。聚乙烯等高分子材料的應(yīng)用不僅伴隨著白色污染，同時(shí)它來源于石油等不可再生的碳資源，它的大量應(yīng)用客觀上也助推了能源危機(jī)和資源短缺。在這種情況下，開發(fā)可降解塑料、可再生材料、替代性材料成為材料領(lǐng)域研究開發(fā)的重要方向。
[0003]自然界存在大量的植物資源,例如小麥、大麥、燕麥、蕎麥、棉花、水稻、野草等。這些糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物的秸桿及野草本身具有良好的柔韌性和極好的強(qiáng)度，是一種具有廣泛應(yīng)用價(jià)值的可降解可再生綠色材料。我國古代就有用植物資源制造生活用品、建筑材料的傳統(tǒng)。高分子材料的出現(xiàn)為深入開發(fā)利用植物秸桿資源開辟了廣闊的空間，將高分子材料與植物秸桿復(fù)合，不僅可以賦予材料以適當(dāng)?shù)目煞纸庑?，而且充分利用了可再生的植物資源，減少了不可再生資源的消耗。在高分子材料與植物秸桿制造復(fù)合材料方面，植物秸桿可以作為填料使用，也可以作為主要成分與高分子材料一起制造復(fù)合材料。聚乙烯是一種疏水性高分子材料，在植物與高分子復(fù)合材料的制造中已有報(bào)道，但是制造方法主要是擠出等熔融加工方法及擠出與其它加工方法的結(jié)合，工藝復(fù)雜，能量消耗大，添加劑多。針對(duì)這些問題，本發(fā)明開發(fā)了一種新的制備聚乙烯與植物復(fù)合材料的方法，所開發(fā)的新方法生產(chǎn)效率高，較好的解決了植物與聚乙烯的界面相容性，所制造的材料可以代替木材及塑料應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生產(chǎn)、生活等領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]本發(fā)明的目的是開發(fā)一種簡(jiǎn)潔高效的制造聚乙烯與植物復(fù)合材料的方法，解決疏水性的聚乙烯與親水性的稻草的界面相容性問題，確保復(fù)合材料的強(qiáng)度，擴(kuò)大聚乙烯與植物復(fù)合材料的應(yīng)用范圍，促進(jìn)聚乙烯與植物復(fù)合材料在更大程度上代替木材和塑料，減輕濫砍濫伐及造成的水土流失，減輕白色污染，提高人們的環(huán)保意識(shí)，促進(jìn)人民健康水平提聞。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種制備聚乙烯與植物復(fù)合材料的方法，其步驟為:
(1)將植物原料曬干后短切為IOcm以下的段，然后在密閉體系中剪切為碎料；
(2)植物料的濕法表面改性:稱取植物碎料置于攪拌罐內(nèi)，向植物碎料倒入改性劑，攪勻，植物碎料的質(zhì)量(以克計(jì))與改性劑的體積(以毫升計(jì))的比為100:40-400 ；(3)改性植物料的干燥:將步驟(2)的濕物料在攪拌、溫度為70°C的條件下，干燥至恒
重；
(4)聚乙烯與表面改性的植物料的混合:稱取改性植物料置于攪拌罐中，邊攪邊向改性植物料表面噴水，使植物料表面被水潤濕，增加對(duì)聚乙烯粉末的粘附能力，增加混合能力，攪勻后將聚乙烯粉末加入，再攪勻。改性植物料的質(zhì)量(以克計(jì))與潤濕用水的體積(以毫升計(jì))之比為100:5~15，改性植物料與聚乙烯的質(zhì)量之比為100:20-100 ；
(5)裝模:以二甲基硅油為脫模劑，將物料裝入不銹鋼模具；
(6)熱壓前干燥:將不銹鋼模具放于熱壓機(jī)的壓板上，設(shè)定放置模具的壓板溫度為700C ^lOO0C，干燥5分鐘~25分鐘；
(7)熱壓及后處理:在170°C"220°C，15MPa~75 MPa的條件下熱壓10分鐘~20分鐘；冷卻至室溫后脫模得到聚乙烯與植物的復(fù)合材料。
[0006]進(jìn)一步地，植物原料為麥秸、稻草、野草、豆桿中的任意一種或其混合物。
[0007] 進(jìn)一步地，改性劑為聚乙烯醇或聚醋酸乙烯酯。
[0008]進(jìn)一步地，乙烯醇溶液的質(zhì)量百分比濃度為1%~10%，聚醋酸乙烯酯乳液的固含量為1%~10%。
[0009]進(jìn)一步地，所述聚乙烯醇溶液的質(zhì)量百分比濃度為5%，聚醋酸乙烯酯乳液的固含
量為5%。
[0010]進(jìn)一步地，植物碎料的質(zhì)量(以克計(jì))與溶液或乳液的體積(以毫升計(jì))的比為100:200。
[0011]本發(fā)明所述方法制備的聚乙烯與植物的復(fù)合材料可以用來代替木材和塑料制造生活用品、裝飾材料、建筑材料、玩具，也可以與木材、塑料、石材等進(jìn)一步復(fù)合制備更高級(jí)的復(fù)合材料及產(chǎn)品。
[0012]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明使用聚乙烯醇和聚醋酸乙烯酯作為界面增容劑，聚乙烯醇和聚醋酸乙烯酯都具有極性的側(cè)基和疏水的主鏈，可以分別與植物和聚乙烯接觸，起到降低界面張力的增容作用。兩種增容劑均為高分子增容劑，避免了增容劑在使用過程中的遷移，有利于發(fā)揮出穩(wěn)定的增容效果，同時(shí)有利于確保復(fù)合材料的性能穩(wěn)定性。操作時(shí)，聚乙烯醇配成溶液使用，聚醋酸乙烯酯直接以合成后的乳液使用，方法簡(jiǎn)便，不使用有機(jī)溶劑，具有較強(qiáng)的環(huán)保型。
[0013]本發(fā)明使用聚乙烯作為粘接材料，聚乙烯為疏水材料，以其為粘接材料可以降低復(fù)合材料的吸水性，保持形狀及性能的穩(wěn)定性，如果進(jìn)行表面涂飾，吸水性會(huì)得到進(jìn)一步降低。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1
將大豆桿曬干后短切為6cm的段，然后在密閉體系中剪切為碎料。稱取1000克大豆桿碎料置于攪拌罐內(nèi)，在攪拌條件下，向大豆桿碎料倒入質(zhì)量百分含量為5%的聚乙烯醇溶液500毫升，攪勻。將濕物料在攪拌條件下于70°C干燥至恒重。然后向其中噴70毫升水，攪勻，使植物料表面被水潤濕，增加對(duì)聚乙烯粉末的粘附能力，增加混合能力。植物料表面被均勻潤濕后，將500克聚乙烯粉末加入，攪勻。不銹鋼模具表面涂刷二甲基硅油，然后將物料裝入模具，放置在溫度為80°C的熱壓機(jī)的壓板上，不加壓干燥10分鐘，然后在200°C，20MPa的條件下熱壓15分鐘，冷卻至室溫后脫模得到聚乙烯與豆桿的復(fù)合材料，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為15.7MPa。
[0015]實(shí)施例2
將稻草曬干后短切為5cm的段，然后在密閉體系中剪切為碎料。稱取1000克稻草碎料置于攪拌罐內(nèi)，在攪拌條件下，向稻草碎料中倒入固含量為5%的聚醋酸乙烯酯乳液400毫升，攪勻。將濕物料在攪拌條件下于70°C干燥至恒重。然后在攪拌條件下向其中噴100毫升水，使植物料表面被水潤濕，增加對(duì)聚乙烯粉末的粘附能力，增加混合能力。植物料表面被均勻潤濕后，在攪拌條件下將500克聚乙烯粉末加入，攪勻。不銹鋼模具表面涂刷二甲基硅油，然后將物料裝入模具，放置在溫度為80°C的熱壓機(jī)的壓板上，不加壓干燥15分鐘，然后在180°C，20MPa的條件下熱壓18分鐘，冷卻至室溫后脫模得到聚乙烯與稻草的復(fù)合材料，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為14.5MPa。
[0016]實(shí)施例3
將結(jié)縷草曬干后短切為7cm的段，然后在密閉體系中剪切為碎料。稱取1000克結(jié)縷草碎料置于攪拌罐內(nèi)，在攪拌條件下，向結(jié)縷草碎料倒入固含量為6%的聚醋酸乙烯酯乳液450毫升，攪勻。將濕物料在攪拌條件下于70°C干燥至恒重。然后在攪拌條件下向其中噴120毫升水，使植物料表面被水潤濕，然后將400克聚乙烯粉末加入，攪勻。不銹鋼模具表面涂刷二甲基硅油，然后將物料裝入模具，放置在溫度為85°C的熱壓機(jī)的壓板上，不加壓干燥15分鐘，然后在180°C，16MPa的條件下熱壓14分鐘，冷卻至室溫后脫模得到聚乙烯與結(jié)縷草的復(fù)合材料，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度`為11.4MPa。
【權(quán)利要求】
1.一種制備聚乙烯與植物復(fù)合材料的方法，其特征在于，包含下列步驟: (1)將植物原料曬干后短切為IOcm以下的段，然后在密閉體系中剪切為碎料； (2)植物料的濕法表面改性:稱取植物碎料置于攪拌罐內(nèi)，向植物碎料倒入改性劑，攪勻，植物碎料的質(zhì)量(以克計(jì))與改性劑的體積(以毫升計(jì))的比為100:40-400 ； (3)改性植物料的干燥:將步驟(2)的濕物料在攪拌、溫度為70°C的條件下，干燥至恒重； (4)聚乙烯與表面改性的植物料的混合:稱取改性植物料置于攪拌罐中，邊攪邊向改性植物料表面噴水，使植物料表面被水潤濕，增加對(duì)聚乙烯粉末的粘附能力，增加混合能力，攪勻后將聚乙烯粉末加入，再攪勻； 改性植物料的質(zhì)量(以克計(jì))與潤濕用水的體積(以毫升計(jì))之比為100:5~15，改性植物料與聚乙烯的質(zhì)量之比為100:20~100 ； (5)裝模:以二甲基硅油為脫模劑，將物料裝入不銹鋼模具； (6)熱壓前干燥:將不銹鋼模具放于熱壓機(jī)的壓板上，設(shè)定放置模具的壓板溫度為700C ^lOO0C，干燥5分鐘~25分鐘； (7)熱壓及后處理:在1700C"2200C，15MPa~75 MPa的條件下熱壓10分鐘~20分鐘；冷卻至室溫后脫模得到聚乙烯與植物的復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備聚乙烯與植物復(fù)合材料的方法，其特征在于，植物原料為麥稻、稻草、野草、豆桿中的任意一種或其混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備聚乙烯與植物復(fù)合材料的方法，其特征在于，改性劑為聚乙烯醇或聚醋酸乙烯酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種制備聚乙烯與植物復(fù)合材料的方法，其特征在于，聚乙烯醇溶液的質(zhì)量百分比濃度為ι%~ιο%，聚醋酸乙烯酯乳液的固含量為19TlO%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的制備聚乙烯與植物復(fù)合材料的方法，其特征在于，所述聚乙烯醇溶液的質(zhì)量百分比濃度為5%，聚醋酸乙烯酯乳液的固含量為5%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備聚乙烯與植物復(fù)合材料的方法，其特征在于，植物碎料的質(zhì)量(以克計(jì))與溶液或乳液的體積(以毫升計(jì))的比為100:200。
【文檔編號(hào)】C08L31/04GK103483844SQ201310408488
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】吳傳保, 曾湘暉, 尹健美, 劉利江 申請(qǐng)人:九江學(xué)院