[發明專利]高性能秸稈纖維木塑復合材料的制備工藝

無效

• 申請號: 201210060853.5
• 申請日: 2012-03-09
• 公開（公告）號: CN102604403A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 王愛軍
• 申請（專利權）人: 南通升環木業有限公司
• 主分類號: C08L97/02
• 分類號: C08L97/02;C08L101/00;C08K3/38;C08J3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及秸稈纖維基木塑復合材料技術領域，具體涉及一種高性能秸稈纖維木塑復合材料的制備工藝。

背景技術：

中國的秸稈資源擁有量居世界第一，年產量約為7億多噸，并且呈逐年增長趨勢。然而這豐富的秸稈資源在我國的利用率卻很低，目前僅有33％，主要用于焚燒、直接還田以及摻入肥料發酵。據統計，我國每年焚燒的秸稈會產生3.5億多噸的CO₂排放量，造成了嚴重的空氣污染和溫室氣體效應。

隨著人們環保意識的加強，要求保護森林資源，減少利用新木材的呼聲日趨高漲，回收利用成本低的廢舊木材及農業秸稈和塑料成為工業界和科學界普遍關注的問題，促進和推動了對木塑復合材料的研究和開發工作，并取得了實質性進展，其應用也呈加速發展態勢。木塑復合材料是將木纖維等浸漬以其他高分子材料的有機單體或預聚物，并經物理和化學的方法引發而聚合成的改性材料。該材料集木材和塑料的優點于一體，具有環保、防水、耐蝕、防蟲、阻燃、可循環利用等優點，是理想的代塑和代木材料，在工業包裝、園林、運輸、建筑、家裝和車船內飾等領域具有廣闊的應用前景。將農作物秸稈用于制造生態環保型秸稈纖維基木塑復合材料，既能解決農作物秸稈的不當處理造成的環境污染，又能實現農業資源的高效綜合利用，提高了農作物產后附加值，增加農民收入，促進農業產業化。同時，又能在一定程度上緩解我國森林保護法實施力度加大之后木材供需關系的矛盾和廢舊塑料造成的白色污染難題。

用秸稈制造人造板是秸稈工業化利用最具有市場發展潛力和產業化前景的技術，是解決農作物秸稈綜合利用的最佳途徑之一。但是，與木質木塑復合板相比，秸稈的物理性能，包括熱穩定性、強度、吸水性等還存在一定的缺陷，其木塑復合材料的拉伸強度、抗沖擊力強度、維卡軟化溫度等應用性能還達不到木質板及木質人造板的水準，這是制約該類材料產業化發展的技術瓶頸。

發明內容：

本發明的目的是提供一種高性能秸稈纖維木塑復合材料的制備工藝，它可以有效降低爆破處理的溫度和時間，防止秸稈纖維在高溫下的熱降解，提高秸稈纖維的力學性能；可以有效降低秸稈木塑復合材料熔體的粘度，改善其流變性及減少成型過程的內阻力，從而改善其加工成型工藝，同時還可以提高了秸稈木塑復合材料的力學性能和耐侯、耐熱性能；可以有效地控制烘干制程，從而控制秸稈纖維含水率達到理想值，還可以改變秸稈纖維的表面粗糙度，增加其與樹脂的相容性，起到提高秸稈木塑復合材料的力學性能的協同作用。

為了解決背景技術所存在的問題，本發明是采用以下技術方案：它的制備工藝為：以農作物水稻秸稈作為原料，經微波烘干處理、高溫高壓蒸汽爆破改性處理和無機納米氮化硼包覆改性預處理后，與熱塑性樹脂、界面改性劑和其它添加劑均勻混合，混合均勻后在模具中微發泡擠出成型，冷卻脫模后即可。

本發明制備過程中各工序環節參數的確定方法為：利用紅外光譜分析儀(IR)對秸稈纖維的羥基結構和含量進行分析；用X射線衍射儀(XRD)分析材料的結構和組成；用掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)觀察秸稈纖維的顯微結構和形貌；利用熱重分析儀(TG)和差熱分析儀(DSC)表征秸稈纖維的熱穩定性和結晶動力學特征；利用粒度分析儀分析秸稈纖維的粒徑大小和分布；利用分析天平、流變分析儀分別對材料的吸水性、密度和流變性進行測試；利用萬能電子實驗機和沖擊試驗機對材料的拉伸、彎曲和沖擊性能進行測試；最后綜合研究制備過程中各工序環節參數的協同作用規律，確保工藝過程的最佳組合，研制出高性能秸稈纖維木塑復合材料。

本發明具有以下有益效果：

1、利用微波烘干代替傳統的電加熱烘干方式，具有加熱速度快、加熱均勻、反應靈敏和易控制等優點，可以有效地控制烘干制程，從而控制秸稈纖維含水率達到理想值。同時，利用微波烘干技術還可以改變秸稈纖維的表面粗糙度，增加其與樹脂的相容性，起到提高秸稈木塑復合材料的力學性能的協同作用。

2、高溫高壓蒸汽爆破處理可改變木纖維的微觀結構，使細胞壁破裂，改變纖維分子間的氫鍵作用，增加纖維表觀結晶度，半纖維素和木質素被除去，提高木纖維素的含量，增加界面面積，從而改善其與樹脂的相容性。本項目采用的爆破技術由于使用了高壓手段，可以有效降低爆破處理的溫度和時間，防止秸稈纖維在高溫下的熱降解，提高秸稈纖維的力學性能，從而為提高木塑復合材料的機械性能提供技術保證。

3、在纖維表面包覆無機納米氮化硼粉體，可以有效降低秸稈木塑復合材料熔體的粘度，改善其流變性及減少成型過程的內阻力，從而改善其加工成型工藝，同時還可以提高了秸稈木塑復合材料的力學性能和耐侯、耐熱性能。