利用預(yù)處理農(nóng)作物秸稈制備聚烯烴木塑復(fù)合材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種聚烯烴木塑復(fù)合材料的制備方法，尤其是涉及利用預(yù)處理農(nóng)作物秸桿制備聚烯烴木塑復(fù)合材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]木塑復(fù)合材料(Wood-plastic composites，WPC)是國內(nèi)外近年來興起的一類新型復(fù)合材料，它是由木粉、稻糠、竹粉等廢生物質(zhì)纖維與熱塑性塑料(聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯等)經(jīng)塑料成型加工工藝制成的性能優(yōu)良的環(huán)保型綠色復(fù)合材料。WPC具有類似木材的外觀和二次加工性，比原木有更好的尺寸穩(wěn)定性、防腐蝕性，防蟲、防潮，無甲醛，硬度、剛性比塑料高，因此在建筑材料、市政設(shè)施、包裝材料、家具制品、汽車材料等許多領(lǐng)域具有廣泛的用途。由于木塑復(fù)合材料可大量利用木粉、廢棄的農(nóng)副產(chǎn)品纖維，且加工方便，可采用傳統(tǒng)的塑料成型加工方法如擠出、注射、模壓等進行生產(chǎn)，因而獲得迅速發(fā)展，成為近年來國內(nèi)外的一個研究開發(fā)熱點。
[0003]作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，我國每年都產(chǎn)生數(shù)量龐大的農(nóng)作物秸桿。隨著農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)水平和人們生活水平的不斷提高，對原來用作肥料和燃料的農(nóng)作物秸桿的利用越來越少，因此秸桿廢棄物越來越多。目前，我國已成為世界上農(nóng)作物秸桿產(chǎn)出量最大的國家。據(jù)估算，我國每年約產(chǎn)生7億多噸農(nóng)作物秸桿。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展和人口的增加，這些廢棄物以年均5%?10%的速度遞增。這其中大部分廢棄物被當(dāng)作垃圾丟棄或排放到環(huán)境中，不僅造成可利用資源的浪費、環(huán)境污染，增加溫室氣體排放，還在一定程度上導(dǎo)致土壤肥力下降。農(nóng)作物秸桿富含纖維素、木質(zhì)素和多縮戊糖，具有多種利用價值。而將秸桿用于木塑復(fù)合材料中，正是其價值的體現(xiàn)。
[0004]由于秸桿主要成分為纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和果膠等，秸桿纖維在受熱的過程中，單寧、黃酮等多元酚類化合物發(fā)生酸催化自縮合和氧化反應(yīng)，形成新的由共軛雙鍵、羰基或醌類結(jié)構(gòu)等組成的發(fā)色體系，纖維的顏色會逐漸加深。另外，在熱誘發(fā)變色的過程中，木質(zhì)素發(fā)生了氧化、縮合等反應(yīng)，形成新的共軛芳酮，α，β_不飽和酮等組成的發(fā)色體系；同時，木質(zhì)素發(fā)生降解反應(yīng)，酚羥基含量增加，進一步加深秸桿的顏色。因此，當(dāng)秸桿纖維與熱塑性樹脂進行混合加工時，木塑復(fù)合材料的顏色是非常深的，從而影響木塑產(chǎn)品的外觀。
[0005]作為WPC的一大主要品種，聚烯烴木塑復(fù)合材料通常存在復(fù)合材料兩相界面結(jié)合不好、材料剛性不足等問題，也使其應(yīng)用領(lǐng)域受到一定的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種復(fù)合材料強度高、剛性及韌性好的，外觀色彩好的利用預(yù)處理農(nóng)作物秸桿制備聚烯烴木塑復(fù)合材料的方法。
[0007]本發(fā)明通過將農(nóng)作物秸桿置于含有螯合劑、穩(wěn)定劑的堿性雙氧水溶液中，在一定的溫度下浸泡一定的時間，再用去離子水洗至中性，烘干至恒重的預(yù)處理方法提高秸桿纖維的白度，從而在根本上提高木塑復(fù)合材料的白度，進而改善木塑產(chǎn)品的外觀。同時，經(jīng)過預(yù)處理的農(nóng)作物秸桿纖維能更好的與相容劑發(fā)生作用，提高了復(fù)合材料的性能，并且經(jīng)過預(yù)處理的農(nóng)作物秸桿纖維與納米填料協(xié)同配合，形成納米填料與秸桿纖維的雜化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進一步提高木塑復(fù)合材料的各項性能。經(jīng)過預(yù)處理的農(nóng)作物秸桿纖維能表面明顯變得粗糙，有利于與聚合物混合。
[0008]本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):
[0009]利用預(yù)處理農(nóng)作物秸桿制備聚烯烴木塑復(fù)合材料的方法，包括如下步驟:
[0010](I)預(yù)處理農(nóng)作物秸桿:將農(nóng)作物秸桿置于含有螯合劑、穩(wěn)定劑的堿性雙氧水溶液中，在50°C?90°C溫度下浸泡60min?120min，再用去離子水洗至中性，烘干至恒重；以質(zhì)量百分比計，所述堿性雙氧水溶液中，螯合劑乙二胺四乙酸(EDTA)的含量為0.1?0.5%，穩(wěn)定劑的含量為2?5%，雙氧水H2O2的含量為I?5%，NaOH的含量為I?5% ；
[0011](2)將步驟(I)預(yù)處理的秸桿破碎，過篩，放入烘箱干燥，備用；
[0012](3)以質(zhì)量分數(shù)計，將聚烯烴塑料50?80份、步驟(2)所得的農(nóng)作物秸桿粉20?50份、相容劑I?10份、納米填料2?10份、潤滑劑I?5份在高速混合機中進行混合，將混合好的原料加入雙螺桿擠出機中熔融擠出并造粒，即可得到利用改性農(nóng)作物秸桿制備的新型木塑復(fù)合材料，所述納米填料選用納米二氧化娃、納米碳酸1丐、蒙脫土和高嶺土中的一種或多種。
[0013]為進一步實現(xiàn)本發(fā)明目的，優(yōu)選地，所述(2)中農(nóng)作物秸桿破碎過篩后，其目數(shù)為40?200目。
[0014]優(yōu)選地，預(yù)處理農(nóng)作物秸桿具有白度為30 % ISO?80 % ISO，形成農(nóng)作物秸桿纖維。
[0015]優(yōu)選地，所述(2)中烘干的溫度為70-90 0C，烘干至含水率I?4 %。
[0016]所述的高速混合機的混合溫度為室溫，按配方加入聚烯烴塑料、農(nóng)作物秸桿粉、納米填料、相容劑和潤滑劑，混煉5?1min。
[0017]所述的雙螺桿擠出機的螺桿溫度為140°C?220°C，主機轉(zhuǎn)速150_180r/min。
[0018]優(yōu)選地，所述聚烯烴塑料選用高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和聚丙烯中的一種或兩種。
[0019]優(yōu)選地，所述農(nóng)作物秸桿粉選用棉花秸桿粉、玉米秸桿粉、蔗渣粉和稻糠粉中的一種或多種。
[0020]優(yōu)選地，所述相容劑選用馬來酸酐接枝聚合物、硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸酯中的一種或兩種。
[0021]優(yōu)選地，所述潤滑劑選自硬脂酸和聚乙烯蠟中的一種或兩種。
[0022]本發(fā)明采用上述的預(yù)處理方法對農(nóng)作物秸桿進行處理，通過堿性的雙氧水氧化木質(zhì)素分子上的發(fā)色基團結(jié)構(gòu)，提高秸桿的白度。通過改變各成分的含量可以得到不同白度的秸桿粉。選取不同白度的秸桿粉，破碎、過篩后，烘干，以用于制備木塑復(fù)合材料。
[0023]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果:
[0024]I)本發(fā)明將農(nóng)作物秸桿置于含有螯合劑、穩(wěn)定劑的堿性雙氧水溶液中，在一定的溫度下浸泡一定的時間，再用去離子水洗至中性，烘干至恒重;該預(yù)處理方法對農(nóng)作物秸桿進行處理，秸桿中木質(zhì)素的發(fā)色基團得以氧化，同時除去了雜質(zhì)、一些木質(zhì)素和少量的半纖維素等，秸桿纖維不僅具有不同白度的外觀，而且其表面也變得粗糙;提高秸桿纖維的白度，從而在根本上提高木塑復(fù)合材料的白度，進而改善木塑產(chǎn)品的外觀。
[0025]2)本發(fā)明納米填料的加入，經(jīng)過預(yù)處理的農(nóng)作物秸桿纖維與納米填料協(xié)同配合，以秸桿纖維和納米填料作為增強相，結(jié)合界面改性劑的作用，形成納米填料與結(jié)構(gòu)纖維的雜化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進一步提高木塑復(fù)合材料的各項性能。
[0026]3)本發(fā)明經(jīng)過預(yù)處理的農(nóng)作物秸桿纖維能更好的與相容劑發(fā)生作用，提高了復(fù)合材料的性能。
[0027]4)本發(fā)明經(jīng)過預(yù)處理的農(nóng)作物秸桿纖維表面也變得粗糙，有利于與聚合物混合。
[0028]5)本發(fā)明制備方法所需的設(shè)備少，操作簡單;產(chǎn)品不僅性能好，且具有不同白度，能滿足多種場合使用需要。
【附圖說明】
[0029]圖1a為實施例1棉桿纖維預(yù)處理前的SEM照片(放大500倍)。
[0030]圖1b為實施例1棉桿纖維預(yù)處理后的SEM照片(放大500倍)。
[0031 ]圖2a為對比例無無納米二氧化娃木塑復(fù)合材料的SEM照片(放大1000倍)。
[0032]圖2b為對比例無納米二氧化硅木塑復(fù)合材料的SEM照片(放大10000倍)。
[0033]圖3a為實施例1木塑復(fù)合材料的SEM照片(放大1000倍)。
[0034]圖3b為實施例1木塑復(fù)合材料的SEM照片(放大10000倍)。
【具體實施方式】
[0035]為更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0036]實施例中白度采用白度顏色測定儀測試。
[0037]實施例1
[0038](I)棉花秸桿(其白度為20%IS0)的預(yù)處理:(a)以質(zhì)量百分比計，將棉桿置于含有
0.4%螯合劑EDTA、3%穩(wěn)定劑硅酸鈉的堿性雙氧水溶液中，其中NaOH的含量為4%，H2O2的含量為5%。在80°C溫度下浸泡80min，再用去離子水洗至中性，烘干至恒重。(b)再將處理過的棉桿放入含有0.5 %EDTA、4 %硅酸鈉的堿性雙氧水溶液中，其中NaOH的含量為3 %，H2O2的含量為5 %。在80°C溫度下浸泡10min，再用去離子水洗至中性，得到白度為69 % ISO的棉桿纖維。圖1a為實施例1棉桿纖維預(yù)處理前的SEM照片(放大500倍)。圖1b為實施例1棉桿纖維預(yù)處理后的SEM照片(放大500倍)。從本實施例棉桿纖維預(yù)處理前后的掃描電鏡照片可見，未處理的棉桿(白度為20 % ISO)表面光滑，預(yù)處理后的棉桿(白度為69 % ISO)變得比較疏松、粗糙。
[0039](2)將經(jīng)過步驟(I)處理后的棉桿纖維破碎、過篩、烘干，得到60-100目的棉桿粉。
[0040](3)以質(zhì)量分數(shù)計，將60