[發明專利]一種輕型棉稈皮纖維/聚丙烯復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201410304963.0
• 申請日: 2014-06-26
• 公開（公告）號: CN104070683A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 侯秀良;孫芳芳;張莉;蘇娟;王津;殷蘭君
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: B29C70/40
• 分類號: B29C70/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種輕型棉稈皮纖維/聚丙烯復合材料的制備方法，屬廢棄生物基材料資源化領域。

背景技術

我國是一個農業大國，水稻、小麥、玉米、高粱、棉花等是主要的農作物品種。農作物秸稈年產量高達7億噸，列世界第一位。秸稈中主要化學成分為纖維素(36.5-38.5％)、半纖維素(38.0-38.8)、木質素(13.2-17.6％)和灰分(7-12％)。目前，這些富含纖維素的農作物秸稈主要用于制漿造紙、作飼料或飼料原料、造肥還田等，但利用率還不及50％。大部分農作物秸稈都采用填埋或焚燒這兩種方式處理。可是，填埋處理不僅會影響緊隨其后的田間作物生長，并有增加田間病蟲害的可能，而焚燒處理在排放大量的二氧化碳的同時，還會引起嚴重的空氣污染。棉秸稈的高效利用還需要進一步的研究。

目前，涉及棉稈皮纖維提取及制備復合材料的專利主要有：(1)“一種棉稈皮天然纖維素纖維的制備方法”(公開號：CN101949064A)介紹了用堿處理的方法制備棉稈皮纖維；(2)“一種棉稈皮纖維的生物酶脫膠方法”(公開號：CN101215717)介紹了用果膠酶和纖維素酶對棉稈皮進行處理；(3)“一種棉稈皮纖維清潔脫膠方法”(公開號：CN101008108)公開了一種蒸汽爆破與高溫高壓處理相結合制備棉稈皮纖維的方法；(4)“一種棉稈皮纖維快速脫膠方法”(公開號：CN101008109)公開了一種蒸汽爆破與化學藥品后處理相結合制備棉稈皮纖維的方法；(5)“一種棉稈與塑料復合材料的制備方法”(公開號：CN101220209A)介紹了一種棉稈皮復合材料的制備方法，先將棉稈皮粉碎，然后與塑料混合得到棉稈與塑料復合材料；(6)“一種棉稈皮纖維復合材料的制備方法”(公開號：CN102922748A)，介紹了用堿處理后的棉稈皮纖維與聚丙烯復合得到棉稈皮熱塑性復合材料。這些專利雖然在提取棉稈皮纖維素纖維邁進了一步，但使用了大量的化學藥品造成環境污染或耗時長。且本發明中蒸汽閃爆法制得的棉稈皮纖維細長，因木質素含量較高，與疏水性聚丙烯基質材料之間具有更好的界面粘結性，可制得輕型復合材料。

發明內容

本發明的目的是提供一種輕型棉稈皮纖維/聚丙烯復合材料的制備方法，本發明所采用的蒸汽閃爆工藝試驗臺不同于傳統的閃爆設備，其閃爆時間極短(0.0875s)。

為達成前述目的，本發明一種輕型棉稈皮纖維/聚丙烯復合材料的制備方法，其具體按照以下步驟實施：

包括棉稈皮纖維的制備與復合材料的制備兩個過程：

所述蒸汽閃爆法制備棉稈皮纖維包括以下步驟：

(1)切割：將棉稈皮切割成長度為10～15cm的小段；

(2)浸泡：將切割好的棉稈皮置于浴比為1∶20～40的清水中，浸泡6～24h；

(3)蒸汽閃爆：將浸泡后的棉桿皮裝入閃爆罐中，通入飽和水蒸汽，使水蒸汽壓強到達1.5～3.5MPa，維持水蒸汽壓強60～240s后在0.0875s內瞬間閃爆；

(4)熱水清洗：閃爆后的棉桿皮纖維在80～90℃的熱水中清洗1～2h，浴比為1∶20～40，采用孔徑為20目的篩網過濾；

(5)晾干、梳理：將棉稈皮纖維在室溫條件下晾干并進行梳理，得到纖維素含量為60～75％、細度為35～50dtex、長度為40～50mm、斷裂強度為2.0～3.0cN/dtex的棉稈皮纖維，

所述熱壓成型法制備輕型棉稈皮纖維/聚丙烯復合材料包括以下步驟：

(1)混合、梳理成網：以棉稈皮纖維為增強纖維，以聚丙烯短纖為基質材料，棉稈皮纖維與聚丙烯短纖混合并梳理成網，所述聚丙烯短纖細度為14～16旦尼爾，長度為40～50mm，棉稈皮纖維與聚丙烯短纖質量百分比為40～60∶60～40％；

(2)計算成型復合材料的材料用量：根據輕型復合材料的體積密度(0.4～1.0g/cm³)以及復合材料的厚度3～5mm、寬度、長度等尺寸，計算所需棉稈皮纖維與聚丙烯短纖混合網的材料用量；

(3)預壓：采用熱壓機對計算所需棉稈皮纖維與聚丙烯短纖混合網進行預壓，所述預壓溫度為80～100℃，預壓壓力為10～14MPa，預壓時間為10～15min，并將厚度為3～5mm的隔距塊置于熱壓機上，以控制成型復合材料的厚度；