[發明專利]一種改性蔗渣-塑料復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410710561.0
• 申請日: 2014-11-27
• 公開（公告）號: CN104479267A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 周向陽;嚴志云;謝東;賈志欣;石虹橋;戈明亮
• 申請（專利權）人: 仲愷農業工程學院
• 主分類號: C08L29/04
• 分類號: C08L29/04;C08L3/02;C08L51/00;C08K13/02;C08K5/053;C08K5/21;C08K3/38;C08K5/103;C08F289/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 張燕玲

技術領域

本發明屬于復合材料領域，特別涉及一種改性蔗渣-塑料復合材料的制備方法。

背景技術

蔗渣作為一種廣泛存在的天然農用廢棄物資源，具有來源廣泛、價廉、可再生和無污染等特點，并以其優異的可生物降解性能在高分子材料方面越來越受到青睞。蔗渣最主要的成分是纖維素，其次是半纖維素和木素，其中纖維素約占40％～50％。蔗渣纖維分子鏈剛性和極性都很大且高度結晶并取向，能賦予復合材料較高的模量拉伸強度和彎曲強度。但由于蔗渣纖維羥基、酚羥基之間存在較強的氫鍵作用，活性極差，使得其羥基較難與其他原子或基團發生作用，直接影響了蔗渣纖維同樹脂基體的粘合。因此，蔗渣纖維與樹脂塑化復合前，需對蔗渣纖維進行表面改性處理。蔗渣纖維表面改性方法主要有兩種：化學改性和物理改性。化學改性的方法改變了植物纖維表而的化學結構，可以改善纖維與樹脂基體的界而粘結情況，有利于纖維在基體樹脂中的均勻分散，從而提高復合材料的力學性能。目前化學處理的方法主要有堿處理、酸處理、接枝處理、偶聯劑處理等化學改性和物理改性。化學改性主要是利用各種酸堿及氧化還原反應試劑，通過酸堿、氧化/還原等化學反應，在纖維表面引入羧基、胺基等活性或極性基團以提高纖維與樹脂基體之間的粘合強度；但化學改性操作產生大量黑液，且使木質素、半纖維素大量降解，一方面是資源的浪費；另一方面對環境造成污染。物理改性不改變纖維的化學組成，但改變纖維的結構和表而性能，申請號為CN200410051466.0的中國專利申請“木塑復合材料用甘蔗渣的超聲化學前處理方法”公開了一種采用超聲波對蔗渣纖維表面進行改性處理的工藝；但這種物理改性方法較為復雜，工業化生產有一定的難度。

發明內容

為了解決上述現有技術中存在的不足之處，本發明的首要目的在于提供一種改性蔗渣-塑料復合材料的制備方法。

本發明的另一目的在于提供一種上述方法制備得到的改性蔗渣-塑料復合材料。

本發明的再一目的在于提供上述改性蔗渣-塑料復合材料的應用。

本發明的目的通過下述技術方案來實現：

一種改性蔗渣-塑料復合材料的制備方法，包括以下操作步驟：

(1)將干燥蔗渣纖維和研磨介質放入球磨機中，通過機械活化對蔗渣纖維進行活化；

(2)將馬來酸酐溶于丙酮配制成溶液，再將經過步驟(1)活化的蔗渣纖維加入該溶液中，攪拌均勻后，自然揮發晾干；然后將干燥后的蔗渣再放入球磨機中，同時加入引發劑BPO，升溫至80℃后保溫10～30min，加入研磨介質，通過機械活化強化馬來酸酐接枝改性蔗渣聚合反應的進行；將產物經過丙酮抽提后得改性蔗渣纖維；

(3)將樹脂基體，與復配增塑劑、硼砂以及加工助劑在高速混合機中以650～1300轉/min的轉速預混至物料溫度為50℃，再加入步驟(2)所得改性蔗渣纖維以650～1300轉/min的轉速充分混合，得到預混物；所述復配增塑劑的質量為樹脂基體質量的30～50％；所述硼砂的質量為樹脂基體質量的0.5～1％；所述加工助劑的質量為樹脂基體質量的0.5％；所述改性后的蔗渣纖維的質量為樹脂基體質量的1～50％；

(4)將步驟(3)所得預混物熔融擠出，制成改性蔗渣-塑料復合材料。

步驟(1)所述干燥蔗渣纖維的細度為100目；所述研磨介質為球介質和棒介質；所述機械活化是以轉速為20～60轉/min，在溫度40～75℃條件下進行的；所述活化的時間為10～180min。

步驟(1)所述機械活化是在溫度40℃條件下進行的；所述活化的時間為60～90min。

步驟(2)所述溶液是將馬來酸酐和丙酮按照質量比1:2～1:5混合配置而成；所述經過步驟(1)活化的蔗渣纖維和溶液的固液比為1:2～1:10，馬來酸酐的質量是蔗渣纖維質量的5～10％；所述BPO的加入量為干燥后的蔗渣質量的4～10％；所述研磨介質為球介質和棒介質；所述機械活化是以轉速為60～120轉/min，在溫度75～80℃條件下進行的；所述聚合反應的時間為60～120min；所述丙酮抽提是在80℃下抽提24～48h。

步驟(3)所述樹脂基體為PVA和淀粉中的至少一種，所述PVA為PVA1788或PVA1799，所述淀粉為玉米淀粉或番薯淀粉；所述復配增塑劑為水、多元醇和酰胺類化合物的混合物，三者質量比為3：5：2；所述加工助劑為硬脂酸類化合物；步驟(4)所述熔融擠出是在單螺桿擠出機中造粒后將粒料用注塑成型機注塑成型。

所述多元醇為乙二醇、丙二醇或甘油；所述酰胺類化合物為尿素、甲酰胺或乙酰胺；所述硬脂酸類化合物為硬脂酸單甘脂、硬脂酸鈣或硬脂酸。