專利名稱：一種硅溶膠表面改性秸稈木塑復合材料的制備方法
技術領域：
本發明涉及木塑復合材料，尤其是表面改性秸桿木塑復合材料的制備方法。
背景技術：
農作物秸桿是一種自然界儲量非常豐富的可再生資源，其來源廣泛，生物纖維含量豐富，是作為原料替代木材纖維的重要資源。目前，我國對農作物秸桿的利用主要用于焚燒作為肥料，或農家用作燃料，部分作為牲畜的粗飼料。在工業的用途上，主要用于造紙及合成板。這種使用途徑不僅造成資源浪費，而且產生較嚴重的環境污染問題。這種現狀迫切要求我們為秸桿的合理化有效利用開辟新途徑。由于秸桿富含生物纖維資源，可作為原材料替代木質纖維應用于某些材料的制造。但由于秸桿材料中纖維素含量較低、木質素及半纖維素含量較高，結構較疏松，因此秸桿的強度較差、吸水率較高，作為木質纖維的替代材料仍有許多不足之處。針對秸桿的性能缺陷，有文獻提出了改性辦法。如中國發明專 利200810146746. 8，其先應用酸性或堿性水溶液處理秸桿粉，再利用含烯丙基氯的溶劑處理秸桿粉，并將處理后的秸桿粉與樹脂材料進行熔融共混擠出得到一種可生物降解材料，但該表面改性工藝比較復雜，改性過程中可能產生廢酸、廢堿及涉及溶劑回收等環境問題，改性成本較高。中國發明專利200610040465. 5提出應用堿、尿素及增效劑等原料在蒸煮設備中對秸桿粉進行蓬松活性塑化，得到含水率為15 24%的蓬松活性塑化物料，再與多種加工助劑及熱塑性樹脂共混熔融擠出制備顆粒狀產品，可用于制備木塑復合材料，但從改性后秸桿粉的含水率可以看出，秸桿粉的吸水特性并未得到明顯改善，這勢必導致秸桿木塑復合材料也具有較高吸水率，材料使用性能、使用壽命都會受到較大影響。中國發明專利200610070215. 6公開了應用丙烯酸丁酯、二甲基苯胺、過氧化苯甲酰混合物對秸桿粉進行浸潰，并在90 100°C反應3. 5 4小時,實現對稻桿粉的表面改性,并應用改性后的稻桿粉與加工助劑及熱塑性樹脂進行共混及熔融擠出制備了秸桿木塑復合材料，但該材料中秸桿粉所占比例較低。應用秸桿粉制備木塑復合材料，不僅要考慮秸桿與樹脂基體間的界面相容性，秸桿粉的吸水率、強度也是影響木塑復合材料性能的重要因素，也應充分考慮并進行相應的改性。
發明內容
本發明的目的在于針對現有技術的不足，提出一種降低農作物秸桿吸水率、提高稻桿強度的簡單易行的表面改性方法即娃溶膠表面改性，從而提供一種娃溶膠表面改性稻桿木塑復合材料的制備方法，使木塑復合材料的性能得到提高。本發明的技術方案如下
一種娃溶膠表面改性稻桿木塑復合材料的制備方法，將農作物稻桿粉碎并干燥得稻桿粉，應用硅溶膠對秸桿粉進行浸潰處理，干燥后得表面改性秸桿粉，將表面改性秸桿粉與回收塑料及其它加工助劑進行高速混合，然后擠出造粒，制得硅溶膠表面改性秸桿木塑復合材料粒料。進一步的，所述的方法是
a,將農作物秸桿粉碎成粒度為50 120目的秸桿粉，并將秸桿粉干燥至含水量為
3.5 9. 0% ；
b，應用硅溶膠對上述秸桿粉進行浸潰處理，處理時，物料配比為，秸桿粉100重量份，硅溶膠20 200重量份，具體方法是，將秸桿粉送入帶有攪拌裝置、具有加熱功能的反應釜中，在50 80°C的下進行攪拌，并在攪拌條件下在I I. 5小時內將硅溶膠以噴霧狀加入到反應釜內，加料結束后持續攪拌I 2小時，然后，在攪拌條件下將溫度升高至130 160°C，進行干燥，得改性秸桿粉；
C，將上述改性秸桿粉與回收塑料及其它加工助劑在高混機內進行高速混合，混合時，物料的配比為，回收塑料100重量份，改性秸桿粉80 150重量份，增容劑5 10重量份，塑料加工助劑5 12重量份、活性碳酸鈣20 40重量份，具體方法是，將所有物料稱量后送入高速混合機，關閉高速混合機加料口，開啟高速混合機，將溫度升至60 70°C，混合10 30分鐘，溫度升至110 130°C時，將混合后的上述物料放入冷卻混合機中在攪拌下進行冷卻混合降溫，溫度降至30 50°C時，將物料放出，得干態混合物料；d,將上述干態混合物料送入雙螺桿擠出機中，進行擠出造粒。進一步的，所述的回收塑料為回收的高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)或聚氯乙烯(PVC)0進一步的，所述的硅溶膠中SiO2質量百分比為20 60%，pH值為6. 5 10. 0，粘度為2 10厘泊，SiO2粒徑為6 25納米。進一步的，所述的農作物秸桿為棉桿、麥桿、稻桿、玉米桿、甘蔗渣或豆秸。進一步的，所述增容劑為PE-g-MA、PP-g-MA 或 ABS-g-MA。進一步的，所述塑料加工助劑是硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、PE蠟、抗氧劑1010的組合，其質量比為3:3:3:1。本發明所制得的木塑復合材料具有更低的吸水率，更高的強度、模量、尺寸穩定性及阻燃性能。本發明所提供的方法能夠保證在秸桿含量較高的情況下，秸桿木塑復合材料仍然具有優異的力學性能及低的吸水率，使其能夠更好的適用于潮濕環境。本發明所制備的木塑復合材料粒料可以進一步應用擠出工藝、定型工藝獲得高性能的秸桿木塑復合材料，可廣泛應用于包裝、托盤、建筑、電器等領域；也可以應用壓制方法制備各種力學性能、物理性能測試所需標準樣條。本發明與已有技術相比，具有明顯的優點。硅溶膠具有良好的觸變性，粘度小，其中的SiO2粒子尺寸極小，能夠均勻的滲透入秸桿粉表面的孔隙，實現封閉孔隙的作用；同時，SiO2粒子能夠與秸桿表面的羥基相作用在秸桿表面形成包覆層。在干燥過程中，SiO2粒子能夠在秸桿孔隙及秸桿表面形成致密的保護層，這不僅能夠大大降低秸桿粉的吸水率，而且能夠明顯提高秸桿粉的強度和剛性。經硅溶膠表面改性處理的秸桿粉具有更好的阻燃性能，從而顯著提高秸桿木塑復合材料的阻燃性能。硅溶膠價格便宜，而且應用硅溶膠處理秸桿粉方法簡單，無廢水廢渣排放，容易實現大規模生產。應用硅溶膠表面改性的秸桿制造秸桿木塑復合材料吸水率更低，強度和模量更高，長期耐潮濕環境的性能及耐微生物作用的性能會更優異，而且還賦予了秸桿木塑復合材料良好的阻燃性。
具體實施例方式下面給出實施例以對本發明進行具體的描述，有必要在此指出的是以下實施例只用于對本發明進行進一步說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制，該領域的技術人員根據本發明內容對本發明做出的一些非本質的改進和調整仍屬于本發明的保護范圍。以下實施例中，塑料加工助劑是硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、PE蠟、抗氧劑1010的組合，其質量比為3:3:3:1。 實施例I
將100份尺寸為50目、含水量為9. 0%的棉桿粉裝入10升的反應釜中，開啟攪拌設備，同時將反應釜升溫至50°C，將20份SiO2質量分數為60%、pH值為10. O、粘度為10厘泊、SiO2粒徑為6納米的硅溶膠在I小時內以噴霧狀加入到反應釜內，加料結束后繼續攪拌2小時，然后在攪拌條件下將溫度升高至160°C，進行干燥得到硅溶膠表面改棉桿桿粉。取回收HDPE100份，上述硅溶膠表面改性秸桿粉150份、PE-g-MA 10份、塑料加工助劑5份及活性碳酸鈣20份，加入到高速混合機中，關閉混合機加料口，開啟混合機，將溫度升至70°C，混合30分鐘混合機內物料溫度達到130°C時，將混合物料轉入冷卻混合機中，待物料溫度降至50°C，將物料放出，得干態混合物料；將上述干態混合物料送入雙螺桿擠出機，進行擠出造粒。粒料經壓制法制成標準樣條，進行各項力學性能及吸水率等性能測試。測試結果如表I所示。實施例2
將100份尺寸為90目、含水量為5. 6%的玉米桿粉裝入10升的反應釜中，開啟攪拌設備，同時將反應釜升溫至70°C，將120份SiO2質量分數為45%、pH值為8. 5、粘度為6. 5厘泊、SiO2粒徑為15納米的硅溶膠在I小時內以噴霧狀加入到反應釜內，加料結束后繼續攪拌I. 5小時，然后在攪拌條件下將溫度升高至150°C，進行干燥得到硅溶膠表面改玉米桿粉。取回收ABS 100份，上述硅溶膠表面改性玉米桿粉120份、ABS-g-MA 5份、塑料加工助劑8份及活性碳酸鈣25份，加入到高速混合機中，關閉混合機加料口，開啟混合機，將溫度升至65 °C，混合25分鐘混合機內物料溫度達到125 °C時，將混合物料轉入冷卻混合機中，待物料溫度降至45°C，將物料放出，得干態混合物料。粒料經壓制法制成標準樣條，進行各項力學性能及吸水率等性能測試。測試結果如表I所示。實施例3
將100份尺寸為70目、含水量為7. 5%的麥桿粉裝入10升的反應釜中，開啟攪拌設備，同時將反應釜升溫至65°C，將80份SiO2質量分數為35%、pH值為7. 5、粘度為4厘泊、SiO2粒徑為10納米的硅溶膠在I. 2小時內以噴霧狀加入到反應釜內，加料結束后繼續攪拌I小時，然后在攪拌條件下將溫度升高至140°C，進行干燥得到硅溶膠表面改玉米桿粉。取回收PS 100份，上述硅溶膠表面改性麥桿粉100份、PS-g-MA 8份、塑料加工助劑10份及活性碳酸鈣30份，加入到高速混合機中，關閉混合機加料口，開啟混合機，將溫度升至70°C，混合20分鐘混合機內物料溫度達到120°C時，將混合物料轉入冷卻混合機中，待物料溫度降至35°C，將物料放出，得干態混合物料；將上述干態混合物料送入雙螺桿擠出機，進行擠出造粒。粒料經壓制法制成標準樣條，進行各項力學性能及吸水率等性能測試。測試結果如表I所示。實施例4
將100份尺寸為120目、含水量為3. 5%的稻桿粉裝入10升的反應釜中，開啟攪拌設備，同時將反應釜升溫至80°C，將200份SiO2質量分數為20%、pH值為6. 5、粘度為2厘泊、SiO2粒徑為25納米的硅溶膠在I. 5小時內以噴霧狀加入到反應釜內，加料結束后繼續攪拌I小時，然后在攪拌條件下將溫度升高至130°C，進行干燥得到硅溶膠表面改稻桿粉。取回收PP100份，上述硅溶膠表面改性秸桿粉80份、PP-g-MA 5份、塑料加工助劑12份及活性碳酸鈣40份，加入到高速混合機中，關閉混合機加料口，開啟混合機，將溫度升至60°C，混合10分鐘混合機內物料溫度達到110°C時，將混合物料轉入冷卻混合機中，待物料溫度降至30°C，將物料放出，得干態混合物料；將上述干態混合物料送入雙螺桿擠出機，進行擠出造粒。粒料經壓制法制成標準樣條，進行各項力學性能及吸水率等性能測試。測試結果如表I所示。
對比例I
除了不對秸桿粉進行硅溶膠表面改性處理外，其余組分及條件同實施例3。經擠出造粒，粒料經壓制法制成標準樣條，進行各種力學及物理性能測試。測試標準及結果如表I所
/Jn ο與對比例I相比，本發明實施例所提供的秸桿木塑復合材料的力學性能比原來的提高了四分之一，吸水率僅為原來的三分之一。另外，秸桿木塑復合材料具有更高的阻燃性能。可見本發明實施例所提供的秸桿木塑復合材料具有更為優異的力學性能、更低的吸水率及更好的阻燃性。表I :各實施例性能
測試項目實施例I 實施例2 實施例3 實施例4 對比例I
AlPa
' 13.51 1532 16.53 11.52 10.55 GB 1 1040-92______
■福MPa
…… 3170.62 3261JO 305L04 3244.43 1770 GB I 1040-92 _________
彎曲強度AIPa
nn.”” …nn 22J 24.48 24.37 202 16.42 GB T 9341-2000______
彎曲模簠3,IPa
mSJ2 2824J7 27S1.43 2761.19 I524J1 GB 了_-通0______
簡支願口}中擊
強度.Mm:2.742.332.602.341.79
GB I 1043-93______
吸水率%
一_BJl3.3S2.7S2.17P 49
GB1034-8e
氧指數％
22.4124J27J25.71S.21
碰了2棚-93______
權利要求
1.一種娃溶膠表面改性稻桿木塑復合材料的制備方法，其特征在于，所述方法是，將農作物秸桿粉碎并干燥得秸桿粉，應用硅溶膠對秸桿粉進行浸潰處理，干燥后得表面改性秸桿粉，將表面改性秸桿粉與回收塑料及其它加工助劑進行高速混合，然后擠出造粒，制得硅溶膠表面改性秸桿木塑復合材料粒料。
2.如權利要求I所述的硅溶膠表面改性秸桿木塑復合材料的制備方法，其特征在于，所述的方法是 a,將農作物秸桿粉碎成粒度為50 120目的秸桿粉，并將秸桿粉干燥至含水量為3. 5 9. 0% ； b，應用硅溶膠對上述秸桿粉進行浸潰處理，處理時，物料配比為，秸桿粉100重量份，硅溶膠20 200重量份，具體方法是，將秸桿粉送入帶有攪拌裝置、具有加熱功能的反應釜中，在50 80°C的下進行攪拌，并在攪拌條件下在I I. 5小時內將硅溶膠以噴霧狀加入到反應釜內，加料結束后持續攪拌I 2小時，然后，在攪拌條件下將溫度升高至130 160°C，進行干燥，得改性秸桿粉； C，將上述改性秸桿粉與回收塑料及其它加工助劑在高混機內進行高速混合，混合時，物料的配比為，回收塑料100重量份，改性秸桿粉80 150重量份，增容劑5 10重量份，塑料加工助劑5 12重量份、活性碳酸鈣20 40重量份，具體方法是，將所有物料稱量后送入高速混合機，關閉高速混合機加料口，開啟高速混合機，將溫度升至60 70°C，混合10 30分鐘，溫度升至110 130°C時，將混合后的上述物料放入冷卻混合機中在攪拌下進行冷卻混合降溫，溫度降至30 50°C時，將物料放出，得干態混合物料； d,將上述干態混合物料送入雙螺桿擠出機中，進行擠出造粒。
3.如權利要求I或2所述的硅溶膠表面改性秸桿木塑復合材料的制備方法，其特征在于，所述的回收塑料為回收的高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物或聚氯乙烯。
4.如權利要求I或2所述的硅溶膠表面改性秸桿木塑復合材料的制備方法，其特征在于，所述的硅溶膠中SiO2質量百分比為20 60%，pH值為6. 5 10. 0，粘度為2 10厘泊，SiO2粒徑為6 25納米。
5.如權利要求I或2所述的硅溶膠表面改性秸桿木塑復合材料的制備方法，其特征在于，所述的農作物秸桿為棉桿、麥桿、稻桿、玉米桿、甘蔗渣或豆秸。
6.如權利要求2所述的娃溶膠表面改性稻桿木塑復合材料的制備方法,其特征在于，所述增容劑為 PE-g-MA、PP-g_MA 或 ABS-g-MA。
7.如權利要求2所述的硅溶膠表面改性秸桿木塑復合材料的制備方法，其特征在于，所述塑料加工助劑是硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、PE蠟、抗氧劑1010的組合，其質量比為3:3:3:1。
全文摘要
本發明公開了一種硅溶膠表面改性秸稈木塑復合材料的制備方法，將農作物秸稈粉碎并干燥得秸稈粉，應用硅溶膠對秸稈粉進行浸漬處理，干燥后得表面改性秸稈粉，將表面改性秸稈粉與回收塑料及其它加工助劑進行高速混合，然后擠出造粒，制得硅溶膠表面改性秸稈木塑復合材料粒料。本發明所制得的木塑復合材料具有更低的吸水率，更高的強度、模量、尺寸穩定性及阻燃性能。
文檔編號C08L25/06GK102850815SQ20121036011
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日
發明者石光, 林少全, 吳素萍 申請人:華南師范大學