一種筍殼纖維/pe可降解複合材料及其製備方法
2023-04-25 14:04:36 1
專利名稱：一種筍殼纖維/pe可降解複合材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種木塑複合材料及其製備方法，具體地說是一種筍殼纖維/PE可降解複合材料及其製備方法。
背景技術：
近年來，隨著能源、資源日益枯竭，生態環境惡化等問題的加劇，湧現出許多新型材料，木塑複合材料就是其中一種有廣泛發展和應用前景的新型複合材料。這主要表現在木塑複合材料兼具木材和塑料的雙重特性。一方面，它具有類似木材的加工性，可鋸、可釘、 可粘結；表面易於裝飾，可噴塗、油漆、覆膜等各種處理；可生物降解，為處理塑料垃圾，減少白色汙染提供了切實可行的辦法，對保護環境有利。另一方面，木塑複合材料防蟲、防腐， 耐酸鹼、耐老化、耐紫外光；吸水性小，吸溼膨脹率也較低，不易變形；機械性能好，具有堅硬、耐磨、強韌、持久的優點；產品可回收再利用，有利於環保。此外，各種添加劑的應用又賦予木塑複合材料許多特殊的性能，從而進一步拓寬了木塑複合材料的應用範圍。目前，國內木塑複合材料最常用的木質原料是木材，但是，由於全球森林資源日漸枯竭，各國環境保護的意識不斷高漲，要求限伐、禁伐森林的法令不斷頒布，要求儘量減少木材的採伐量，推進尋找木材的替代品。在我國和歐洲，大部分工廠都使用了花生殼、稻殼、 甘蔗渣、秸稈等農作物植物纖維原料替代木材與ΡΕ、PP、PVC進行複合，其中已經實現工業化應用的有稻草、稻殼、麥稈等。但筍殼纖維/PE可降解複合材料的研究和專利尚未見相關報導。我國是世界上最主要的產竹國，無論是竹子的種類、種植面積、蓄積量及竹材、竹筍的產量都雄居世界首位。我國年產鮮筍150多萬t，出筍率50%，每年有70萬t左右鮮筍殼被丟棄。加工竹筍後剩餘的鮮嫩筍殼是個尚未開發的重要資源，且鮮筍上市時正值雨季，大量堆積，鮮筍殼很快腐爛，造成環境汙染。筍殼纖維/PE可降解複合材料的開發應用可變廢為寶，有利於竹產業資源綜合利用和循環經濟的發展，對提高農產品的附加值、環境保護具有重要意義，市場前景非常廣闊。
發明內容
本發明旨在綜合利用筍殼纖維，所要解決的技術問題是以筍殼纖維替代木纖維與熱塑性塑料PE加工可降解複合材料。本發明提出的筍殼纖維/PE可降解複合材料，包括以下重量份各組分
PE40-80份筍殼纖維
20-60份
無機填料
10-30份
矽烷偶聯劑
1~8份
相容劑
10-20 份
潤滑劑
5~10 份。本可降解複合材料中還可根據用途需要，比如抗氧化、抗紫外線、阻燃、遮光等需要添加相應的功能助劑，添加量1 10份。所述筍殼纖維其顆粒的平均粒徑至少為20目，含水量< 2%。 所述無機填料選自CaC03、Ca (HCO3) 2或滑石粉等，粒徑小於0. 01 μ m。所述矽烷偶聯劑選自KH-550、KH-560、KH-570、KH-602 或 KH-792 等。所述樹脂相容劑選自乙烯丙烯酸酯共聚物或/和聚丙烯酸或/和聚丙烯酸酯或/ 和馬來酸酐改性聚丙烯或/和酚醛樹脂或/和氯化聚乙烯等。所述潤滑劑選自二甲基矽油、聚脂蠟、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、石蠟或硬脂酸及其鹽類等。所述功能助劑選自抗氧劑或/和增塑劑或/和紫外線穩定劑或/和著色劑或/和防菌劑或/和分散劑或/和發泡劑或/和阻燃劑等。所述的可降解複合材料製備方法包括筍殼纖維預處理和混煉。所述的筍殼纖維預處理是指筍殼粉與配比量的矽烷偶聯劑物理混合。具體地說是於90-110°C條件下混合均勻。所述的混煉是指配比量的PE、預處理筍殼纖維、無機填料、相容劑、潤滑劑和功能助劑先在高速捏合機進行分散，然後經雙輥混煉機混煉或擠出機擠出。所述的高速捏合機轉速800 1200rpm，溫度50 80°C，時間5 20min。所述的雙輥混煉機混煉時間15 25min，溫度150 180°C。所述的擠出機機筒溫度為150 180°C，模頭溫度為160 200°C，排氣真空負壓為-0. 04Mpa -0. IMpa。本發明製備的筍殼纖維/PE可降解複合材料，綜合性能優良，性價比高，具有較強的發展潛力和廣闊的應用前景。其優勢主要體現在1.既減少了木材的使用又解決了鮮筍殼的環境汙染問題，有利於竹產業資源綜合利用，提高了農產品的附加值。2.生產工藝簡單潔淨，產品綜合性能優良，成本低廉。3.可生物降解，為處理塑料垃圾，減少白色汙染提供了切實可行的辦法，對保護環
境有利。
具體實施例方式以下非限定實施例敘述如下實施例1 30份筍殼粉(平均粒徑40目，含水量低於2% )和1. 0份矽烷偶聯劑KH-550在100°C混合5min，對筍殼粉進行改性處理，使矽烷偶聯劑充分均勻地分布在筍殼粉表面。將上述筍殼纖維、70份PE、10份聚丙烯酸酯、5份二甲基矽油、10份滑石粉及功能助劑在高速捏合機進行分散，轉速lOOOrpm，溫度60°C，時間lOmin，製成預混料。上述預混料經雙螺杆擠出機造粒並通過模具擠出成型，擠出機螺杆轉速為 200rpm，料筒溫度為170°C，模具溫度為160°C，排氣真空負壓為-0. 08Mpa，得到筍殼纖維/ PE可降解複合材料。 上述複合材料在平板硫化機上壓片、制樣，進行力學性能測試和降解性能測試。硫化機溫度控制在180°C，壓力為lOMPa，時間20min。測試標準及結果如表1所示。以下實施例中壓片、制樣相同。實施例2 30份筍殼粉(平均粒徑50目，含水量低於2% )和1. O份矽烷偶聯劑KH-560在 100°C混合5min，對筍殼粉進行改性處理，使矽烷偶聯劑充分均勻地分布在筍殼粉表面。將上述筍殼纖維、70份PE、15份馬來酸酐改性聚丙烯、6份聚乙烯蠟、15份滑石粉及功能助劑在高速捏合機進行分散，轉速800rpm，溫度55°C，時間15min，製成預混料。上述預混料經雙螺杆擠出機造粒並通過模具擠出成型，擠出機螺杆轉速為 180rpm，料筒溫度為180°C，模具溫度為170°C，排氣真空負壓為-0. 05Mpa，得到筍殼纖維/ PE可降解複合材料，壓片、制樣，然後進行力學性能測試和降解性能測試，測試標準及結果如表1所示。實施例3 30份筍殼粉(平均粒徑60目，含水量低於2% )和1. O份矽烷偶聯劑KH-570在 100°C混合5min，對筍殼粉進行改性處理，使矽烷偶聯劑充分均勻地分布在筍殼粉表面。將上述筍殼纖維、70份PE、18份氯化聚乙烯、8份石蠟、18份碳酸鈣及功能助劑在高速捏合機進行分散，轉速1200rpm，溫度60°C，時間8min，製成預混料。上述預混料經雙螺杆擠出機造粒並通過模具擠出成型，擠出機螺杆轉速為 190rpm，料筒溫度為150°C，模具溫度為180°C，排氣真空負壓為-0. 06Mpa，得到筍殼纖維/ PE可降解複合材料，壓片、制樣，然後進行力學性能測試和降解性能測試，測試標準及結果如表1所示。實施例4 30份筍殼粉(平均粒徑70目，含水量低於2% )和2. O份矽烷偶聯劑KH-570在 100°C混合5min，對筍殼粉進行改性處理，使矽烷偶聯劑充分均勻地分布在筍殼粉表面。將上述筍殼纖維、70份PE、20份聚丙烯酸酯、6份石蠟、20份Ca (HCO3) 2及功能助劑在高速捏合機進行分散，轉速lOOOrpm，溫度50°C，時間20min，製成預混料。上述預混料經雙螺杆擠出機造粒並通過模具擠出成型，擠出機螺杆轉速為 200rpm，料筒溫度為180°C，模具溫度為170°C，排氣真空負壓為-0. 04Mpa，得到筍殼纖維/ PE可降解複合材料，壓片、制樣，然後進行力學性能測試和降解性能測試，測試標準及結果如表1所示。實施例5 30份筍殼粉(平均粒徑80目，含水量低於2% )和4. O份矽烷偶聯劑KH-570在 100°C混合5min，對筍殼粉進行改性處理，使矽烷偶聯劑充分均勻地分布在筍殼粉表面。
將上述筍殼纖維、70份PE、18份聚丙烯酸、5份聚脂蠟、25份滑石粉及功能助劑在高速捏合機進行分散，轉速1200rpm，溫度60°C，時間8min，製成預混料。上述預混料經雙螺杆擠出機造粒並通過模具擠出成型，擠出機螺杆轉速為 190rpm，料筒溫度為170°C，模具溫度為160°C，排氣真空負壓為-0. 08Mpa，得到筍殼纖維/ PE可降解複合材料，壓片、制樣，然後進行力學性能測試和降解性能測試，測試標準及結果如表1所示。實施例6 30份筍殼粉(平均粒徑90目，含水量低於2% )和6. 0份矽烷偶聯劑KH-570在 100°C混合5min，對筍殼粉進行改性處理，使矽烷偶聯劑充分均勻地分布在筍殼粉表面。將上述筍殼纖維、70份PE、20份聚丙烯酸酯、8份石蠟、20份滑石粉及功能助劑在高速捏合機進行分散，轉速800rpm，溫度70°C，時間15min，製成預混料。上述預混料經雙螺杆擠出機造粒並通過模具擠出成型，擠出機螺杆轉速為 180rpm，料筒溫度為180°C，模具溫度為170°C，排氣真空負壓為-0. 05Mpa，得到筍殼纖維/ PE可降解複合材料，壓片、制樣，然後進行力學性能測試和降解性能測試，測試標準及結果如表1所示。實施例7 40份筍殼粉(平均粒徑30目，含水量低於2% )和2. O份矽烷偶聯劑KH-560在 100°C混合5min，對筍殼粉進行改性處理，使矽烷偶聯劑充分均勻地分布在筍殼粉表面。將上述筍殼纖維、60份PE、10份氯化聚乙烯、6份二甲基矽油、15份CaCO3及功能助劑在高速捏合機進行分散，轉速lOOOrpm，溫度60°C，時間lOmin，製成預混料。上述預混料經雙螺杆擠出機造粒並通過模具擠出成型，擠出機螺杆轉速為 190rpm，料筒溫度為175°C，模具溫度為180°C，排氣真空負壓為-0. 07Mpa，得到筍殼纖維/ PE可降解複合材料，壓片、制樣，然後進行力學性能測試和降解性能測試，測試標準及結果如表1所示。實施例8 50份筍殼粉(平均粒徑20目，含水量低於2% )和2. O份矽烷偶聯劑KH-570在 100°C混合5min，對筍殼粉進行改性處理，使矽烷偶聯劑充分均勻地分布在筍殼粉表面。將上述筍殼纖維、50份PE、15份乙烯丙烯酸共聚物、8份石蠟、20份滑石粉及功能助劑在高速捏合機進行分散，轉速1200rpm，溫度55°C，時間15min，製成預混料。上述預混料經雙螺杆擠出機造粒並通過模具擠出成型，擠出機螺杆轉速為 200rpm,料筒溫度為150°C，模具溫度為170°C，排氣真空負壓為_0. IMpa,得到筍殼纖維/PE 可降解複合材料，壓片、制樣，然後進行力學性能測試和降解性能測試，測試標準及結果如表1所示。表1樣品的測試標準與機械性能測試結果
權利要求
1. 一種筍殼纖維/PE可降解複合材料，其特徵在於包括以下重量份各組分PE40-80份筍殼纖維20-60份無機填料10-30份矽烷偶聯劑1~8份相容劑10-20 份潤滑劑5~10 份。
2.根據權利要求1所述的複合材料，其特徵在於可降解複合材料中含功能助劑1 10份。
3.根據權利要求1或2所述的複合材料，其特徵在於所述筍殼纖維顆粒的平均粒徑至少為20目，含水量< 2%。
4.根據權利要求1或2所述的複合材料，其特徵在於所述的無機填料選自CaC03、 Ca (HCO3) 2或滑石粉，粒徑小於0. 01 μ m。
5.根據權利要求1或2所述的複合材料，其特徵在於所述矽烷偶聯劑選自KH-550、 KH-560、KH-570、KH-602 或 KH-792。
6.根據權利要求1或2所述的複合材料，其特徵在於所述樹脂相容劑選自乙烯丙烯酸酯共聚物或/和聚丙烯酸或/和聚丙烯酸酯或/和馬來酸酐改性聚丙烯或/和酚醛樹脂或/和氯化聚乙烯。
7.根據權利要求1或2所述的複合材料，其特徵在於所述潤滑劑選自二甲基矽油、聚脂蠟、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、石蠟或硬脂酸及其鹽類。
8.根據權利要求2所述的複合材料，其特徵在於所述功能助劑選自抗氧劑或/和增塑劑或/和紫外線穩定劑或/和著色劑或/和防菌劑或/和分散劑或/和發泡劑或/和阻燃劑。
9.如權利要求1所述的筍殼纖維/PE可降解複合材料的製備方法，包括筍殼纖維預處理和混煉，其特徵在於所述的筍殼纖維預處理是指筍殼粉與配比量的矽烷偶聯劑於 90-110°C條件下混合均勻，所述的混煉是指配比量的PE、預處理的筍殼纖維、無機填料、 相容劑、潤滑劑和功能助劑先在高速捏合機在轉速800 1200rpm、溫度50 80°C條件下分散5 20min，然後經雙輥混煉機於150 180°C下混煉15 25min，或者經雙螺杆擠出機擠出，擠出機機筒溫度為150 180°C，模頭溫度為160 200°C，排氣真空負壓為-0. 04Mpa -0. IMpa。
全文摘要
一種筍殼纖維/PE可降解複合材料，包括以下重量份的各組分PE40～80份、筍殼纖維20～60份、無機填料10～30份、矽烷偶聯劑1～8份、相容劑10～20份、潤滑劑5～10份、功能助劑1～10份。按以上配比量先在高速捏合機進行分散，然後經雙輥混煉機混煉或雙螺杆擠出機擠出，即得所述筍殼纖維/PE可降解複合材料。
文檔編號B29C47/92GK102276896SQ20111017187
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月24日 優先權日2011年6月24日
發明者王華林, 王繼植, 翟林峰, 褚紅亮 申請人:合肥工業大學