CN102838880B - 一种利用可再生资源生产环保型木塑复合材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用可再生资源生产环保型木塑复合材料的方法，属于木塑材料的制备技术领域。方法包括：脱脂大豆粉蛋白胶体的制备；脱脂蛋白胶体的塑化处理；农作物秸秆的粉碎处理；秸秆粉的改性处理；木塑干粉料的制备；木塑干粉料造粒；木塑复合材料的制备等步骤。本发明通过对秸秆粉木质纤维的改性，既增加了与塑料之间的相容性，又提高了两者间的结合强度,并通过添加塑化处理的脱脂大豆粉料后，使塑料用量从50%左右降低至30%左右，从而使生产成本降低20-30%。本发明可在木塑材料生产企业中推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及木塑材料的制备技术领域，尤其涉及一种利用脱脂大豆粉和农作物秸秆等可再生资源生产环保型木塑复合材料的方法。
背景技术
脱脂大豆粉是以大豆为原料，经脱脂、粉碎等工序加工而成，蛋白质含量在50%以上，具有良好的吸水吸油性；秸秆是成熟农作物茎叶部分的总称，通常指小麦、玉米、大豆、油菜等在收获籽实后的剩余部分，粗纤维含量高；脱脂大豆粉和农作物秸秆都是具有多用途的可再生生物资源。
木塑复合材料是以木质纤维和塑料为主要原料制造的一种新型材料，具有优良的使用性能，目前对木塑复合材料的研究和应用逐渐增多。公告号为CN1513918的发明专利公开了一种木塑复合材料及其制备方法和应用，该材料是以回收塑料、木质纤维、以及树脂相容剂等为原料，通过塑料加工中通用的熔融共混方法制备而成，其配方中塑料与木质纤维的重量份数比为100:100-250。付炳辰的发明专利（CN101186754）“一种利用农业植物秸秆生产高分子复合木塑材料的方法”是对棉杆、稻壳、麦秸等农业植物秸秆粉进行浸渍处理并干燥，然后将其与塑料为主的其它原料进行高速混合和冷却混合得干粉料，将干粉料进行挤出造粒，再将造粒后的物料挤出定型，制得高分子复合木塑材料。该发明中秸秆粉原料经浸渍处理，增强木与塑的亲和力，可提高产品性能，但其配方中塑料与秸秆粉的重量配比为100:50-70。因此，目前已公开的发明专利存在着塑料用量比例偏高，导致木塑复合材料生产成本偏高等问题急待解决。
发明内容
本发明目的是，针对现有木塑制备方法存在的塑料用量比例较高，导致生产成本偏高的缺陷，提供一种塑料用量降低30-60%，生产成本降低20-30%，木塑复合材料性能与塑料相当的利用可再生资源生产环保型木塑复合材料的方法。
本发明目的通过以下技术方案得以实现。
一种利用可再生资源生产环保型木塑复合材料的方法，该方法按以下步骤进行：
1）脱脂大豆粉蛋白胶体的制备：将脱脂大豆粉、水、亚硫酸氢钠、氯化钠、十二烷基硫酸钠及消泡剂按重量份150-200∶800-850∶1-2∶1-2∶5-10∶0.1-0.2比例备料；先将水送入带有搅拌装置的容器中，在搅拌下再将亚硫酸氢钠、氯化钠、十二烷基硫酸钠及消泡剂加入，搅拌3-5分钟后，再慢慢加入脱脂大豆粉并继续搅拌60-90分钟，成为均质的脱脂蛋白胶体；
2）脱脂蛋白胶体的塑化处理：将脱脂蛋白胶体和增塑剂按重量份100∶3-5比例备料；先将脱脂蛋白胶体送入带有搅拌装置的容器中，在搅拌下再将增塑剂慢慢加入，保持搅拌30-60分钟，得到塑化处理后的改性蛋白，备用；
3）农作物秸秆的粉碎处理：将农作物秸秆粉碎成粒度为60-80目的秸秆粉；
4）秸秆粉的改性处理：将秸秆粉、碳酸钙、偶联剂、硬脂酸及加工助剂按重量份100∶5-10∶0.5-5∶0.1-5∶0.1-5比例备料；先将秸秆粉与碳酸钙送入高速混料机中，搅拌至温度达到80-90℃之间，再将偶联剂、硬脂酸及加工助剂加入，继续搅拌至温度达到115℃时出料，得到改性秸秆粉料；
5）木塑干粉料的制备：将改性秸秆粉料、塑化处理后的改性蛋白、塑料、增塑剂及加工助剂按重量份80-120∶100∶60-120∶10-30∶10-20比例备料；先将改性秸秆粉料、塑化处理的改性蛋白及塑料送入高速混料机中，搅拌至温度达到80-90℃之间，再将增塑剂及加工助剂加入，继续搅拌至温度达115℃时出料，得到木塑干粉料；
6）木塑干粉料造粒：将木塑干粉料送入造粒机中，进行挤出造粒并干燥，得到木塑粉料颗粒；
7）木塑复合材料的制备：将木塑粉料颗粒送入挤塑机或注塑机中进行定型，即制得木塑复合材料。
所述的消泡剂为甘油单硬脂酸酯、山梨糖醇单硬脂酸酯或磷酸三丁酯中的任选一种。
所述的增塑剂为邻苯二甲酸酯、甘油三醋酸酯、环氧大豆油或甲酰胺中的任选一种。
所述的农作物秸秆为大豆杆、棉杆、麦杆或麻杆中的任选一种或两种以上的混合物。
所述的塑料为聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的任选一种。
所述的加工助剂为石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、钙锌稳定剂、ACR-401、氯化聚乙烯CPE-135A、相容剂或润滑剂中的任选一种或两种以上的混合物。
本发明的有益效果：
一、本发明通过步骤1）至5）的预备和对秸秆粉中木质纤维进行改性处理后，既增加了木质纤维与塑料之间的相容性，又提高了两者的结合强度；
二、本发明通过添加经塑化处理的脱脂大豆粉和改性处理的秸秆粉料后，可将木塑复合材料生产中的塑料用量从现有技术的50%左右降低至30%左右，从而使该材料的生产成本降低20-30%；
三、所制成的木塑材料厚实耐用，产品性能与塑料相当，且有广泛的应用领域，是一种理想的塑料替代材料。
具体实施方式
通过以下实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的内容并不局限于此。
对所涉设备的说明：
造粒机：JSH-45，南京康发橡塑机械制造有限公司；
挤塑机：JH25，宜兴市云湖环保机械有限公司；
注塑机：ZWK-760，常州震龙机械有限公司；
脱脂大豆粉：为大豆榨油后饼粕的粉碎物，细度为60-80目。
实施例1：（利用可再生资源生产环保型木塑复合材料的方法1）
1）脱脂大豆粉蛋白胶体的制备：将脱脂大豆粉、水、亚硫酸氢钠、氯化钠、十二烷基硫酸钠及消泡剂甘油单硬脂酸酯按重量份150克∶850克∶1克∶1克∶5克∶0.1克比例备料；先将水送入带有搅拌装置的容器中，在搅拌下再将亚硫酸氢钠、氯化钠、十二烷基硫酸钠及消泡剂甘油单硬脂酸酯加入，搅拌3-5分钟，再慢慢加入脱脂大豆粉并继续搅拌60-90分钟，成为均质的脱脂蛋白胶体；
2）脱脂蛋白胶体的塑化处理：将脱脂蛋白胶体和增塑剂甲酰胺按重量份1000克∶30克比例备料；先将脱脂蛋白胶体送入带有搅拌装置的容器中，在搅拌下再将增塑剂甲酰胺慢慢加入，保持搅拌30-60分钟，得到塑化处理后的改性蛋白；
3）农作物秸秆的粉碎处理：将大豆秆粉碎成粒度为60-80目的大豆秆粉；
4）大豆秆粉的改性处理：将大豆秆粉、碳酸钙、偶联剂、硬脂酸及石蜡按重量份1000克∶50克∶5克∶3克∶2克比例备料；先将大豆秆粉与碳酸钙送入高速搅拌机中，搅拌至温度达到80-90℃之间，再将偶联剂、硬脂酸及石蜡加入，继续搅拌至温度达115℃出料，得到改性大豆秆粉料；
5）木塑干粉料的制备：将改性大豆秆粉料、步骤2）塑化处理的改性蛋白、塑料聚丙烯、增塑剂环氧大豆油及加工助剂石蜡、相容剂、润滑剂按重量份1000克∶1000克∶750克∶100克∶20克∶60克∶30克比例备料；先将改性大豆秆粉料、步骤2）改性蛋白及塑料聚丙烯送入高速搅拌机中，搅拌至温度达到80-90℃之间，再将增塑剂环氧大豆油及加工助剂石蜡、相容剂、润滑剂加入，继续搅拌至温度达115℃出料，得到木塑干粉料；
6）木塑干粉料造粒：将木塑干粉料送入造粒机中，进行挤出造粒并干燥，得到木塑粉料颗粒；其中，造粒机的螺杆温度为140-155 ℃，机头温度为175-185 ℃；
7）木塑复合材料的制备：将木塑粉料颗粒送入挤塑机进行定型，即制得木塑复合材料；其中，挤出定型时，挤塑机的螺杆温度为125-145 ℃，机头温度为180-190 ℃；这种木塑复合材料的应用范围相当广泛，可用来制作板材或衣架、花盆、笔筒等用品。
实施例2：（利用可再生资源生产环保型木塑复合材料的方法2）
本例中，1）脱脂大豆粉蛋白胶体的制备：将脱脂大豆粉、水、亚硫酸氢钠、氯化钠、十二烷基硫酸钠及消泡剂山梨糖醇单硬脂酸酯按重量份200克∶800克∶2克∶2克∶10克∶0.2克比例备料；
2）蛋白胶体的塑化处理：将蛋白胶体和增塑剂邻苯二甲酸酯按重量份1000克∶40克比例备料；
3）棉秆的粉碎处理：将棉秆粉碎成粒度为60-80目的棉秆粉；
4）棉秆粉的改性处理：将棉秆粉、碳酸钙、偶联剂、硬脂酸及聚乙烯蜡按重量份1000克∶75克∶30克∶30克∶25克比例备料；
5）木塑干粉料的制备：将改性棉秆粉料、步骤2）塑化处理的改性蛋白、塑料聚氯乙烯、增塑剂甘油三醋酸酯及加工助剂硬脂酸钙、钙锌稳定剂、ACR-401、氯化聚乙烯CPE-135A按重量份1200克∶1000克∶1200克∶300克∶15克∶70克∶40克∶55克比例备料；
6）木塑干粉料造粒：将木塑干粉料送入造粒机中，进行挤出造粒并干燥；其中，造粒机的螺杆温度为140-155 ℃，机头温度为175-185 ℃；
7）木塑复合材料的制备：将木塑粉料颗粒送入注塑机进行定型，即制得木塑复合材料；其中，注塑定型时，注塑机的螺杆温度为165-175 ℃，机头温度为180-190 ℃；
其余步骤工艺同于实施例1。
实施例3：（利用可再生资源生产环保型木塑复合材料的方法3）
本例中，1）脱脂大豆粉蛋白胶体的制备：将脱脂大豆粉、水、亚硫酸氢钠、氯化钠、十二烷基硫酸钠及消泡剂磷酸三丁酯按重量份175克∶825克∶1.5克∶1.5克∶7.5克∶0.15克比例备料；
2）蛋白胶体的塑化处理：将脱脂大豆粉蛋白胶体和增塑剂环氧大豆油按重量份1000克∶50克比例备料；
3）大豆杆、麻杆的粉碎处理：将大豆杆、麻杆按重量1∶1比例粉碎成粒度为60-80目的大豆杆麻杆混合粉；
4）大豆杆麻杆混合粉的改性处理：将大豆杆麻杆混合粉、碳酸钙、偶联剂、硬脂酸及石蜡按重量份1000克∶100克∶5克∶15克∶25克比例备料；
5）木塑干粉料的制备：将改性大豆杆麻杆混合粉料、步骤2）塑化处理的改性蛋白、塑料聚乙烯、增塑剂甲酰胺及加工助剂石蜡、相容剂、润滑剂按重量份800克∶1000克∶1000克∶150克∶20克∶70克∶30克比例备料；
6) 木塑干粉料造粒：将木塑干粉料送入造粒机中，进行挤出造粒并干燥；其中，造粒机的螺杆温度为140-155 ℃，机头温度为175-185 ℃；
7）木塑复合材料的制备：将木塑粉料颗粒送入挤塑机进行定型，即制得木塑复合材料；其中，挤出定型时，挤塑机的螺杆温度为125-145 ℃，机头温度为180-190 ℃；其余步骤工艺同于实施例1。
Claims (6)
1.一种利用可再生资源生产环保型木塑复合材料的方法，其特征在于按以下步骤进行：
1）脱脂大豆粉蛋白胶体的制备：将脱脂大豆粉、水、亚硫酸氢钠、氯化钠、十二烷基硫酸钠及消泡剂按重量份150-200∶800-850∶1-2∶1-2∶5-10∶0.1-0.2比例备料；先将水送入带有搅拌装置的容器中，在搅拌下再将亚硫酸氢钠、氯化钠、十二烷基硫酸钠及消泡剂加入，搅拌3-5分钟后，再慢慢加入脱脂大豆粉并继续搅拌60-90分钟，成为均质的脱脂蛋白胶体；
2）脱脂蛋白胶体的塑化处理：将脱脂蛋白胶体和增塑剂按重量份100∶3-5比例备料；先将脱脂蛋白胶体送入带有搅拌装置的容器中，在搅拌下再将增塑剂慢慢加入，保持搅拌30-60分钟，得到塑化处理后的改性蛋白，备用；
3）农作物秸秆的粉碎处理：将农作物秸秆粉碎成粒度为60-80目的秸秆粉；
4）秸秆粉的改性处理：将秸秆粉、碳酸钙、偶联剂、硬脂酸及加工助剂按重量份100∶5-10∶0.5-5∶0.1-5∶0.1-5比例备料；先将秸秆粉与碳酸钙送入高速混料机中，搅拌至温度达到80-90℃之间，再将偶联剂、硬脂酸及加工助剂加入，继续搅拌至温度达到115℃时出料，得到改性秸秆粉料；
5）木塑干粉料的制备：将改性秸秆粉料、塑化处理后的改性蛋白、塑料、增塑剂及加工助剂按重量份80-120∶100∶60-120∶10-30∶10-20比例备料；先将改性秸秆粉料、塑化处理的改性蛋白及塑料送入高速混料机中，搅拌至温度达到80-90℃之间，再将增塑剂及加工助剂加入，继续搅拌至温度达115℃时出料，得到木塑干粉料；
6）木塑干粉料造粒：将木塑干粉料送入造粒机中，进行挤出造粒并干燥，得到木塑粉料颗粒；
7）木塑复合材料的制备：将木塑粉料颗粒送入挤塑机或注塑机中进行定型，即制得木塑复合材料。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的消泡剂为甘油单硬脂酸酯、山梨糖醇单硬脂酸酯或磷酸三丁酯中的任选一种。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的增塑剂为邻苯二甲酸酯、甘油三醋酸酯、环氧大豆油或甲酰胺中的任选一种。
4.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的农作物秸秆为大豆杆、棉杆、麦杆或麻杆中的任选一种或两种以上的混合物。
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的塑料为聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的任选一种。
6.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的加工助剂为石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、钙锌稳定剂、ACR-401、氯化聚乙烯CPE-135A、相容剂或润滑剂中的任选一种或两种以上的混合物。
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