CN103483844B - 一种制备聚乙烯与植物复合材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备聚乙烯与植物复合材料的方法，包括植物料剪切处理、湿法表面改性、改性植物料的干燥、与聚乙烯混合、装模、热压前干燥、热压、后处理等步骤。该工艺以高分子为增容剂增强植物秸秆与聚乙烯之间的相容性，避免了增容剂在使用过程中的迁移，有利于发挥出稳定的增容效果，同时确保生产过程的清洁环保及产品使用过程中的安全。增容剂以合适浓度或固含量的溶液或乳液使用，既有利于实现均匀包覆，又可防止干燥过程中的结块。本发明所述方法制备的聚乙烯与植物的复合材料可以用来代替木材或塑料，也可以与木材、塑料、石材等进一步复合制备更高级的复合材料及产品，用于工业、农业、生产、生活等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备聚乙烯与植物复合材料的方法，属于聚烯烃与秸秆复合材料制造领域。
背景技术
聚乙烯等高分子材料是世界体积产量最大的材料类型，广泛用于工业、农业、生产、生活等各个方面。高分子材料的大量应用一方面给人类的生产、生活带来了极大的便利，另一方面用后废弃在环境中造成了严重的白色污染，改变了土壤环境、海洋环境，对农业生产及海洋生物的生存造成了严重损害。这是因为聚乙烯等高分子材料难于在环境中降解，在环境中存在累积效应。聚乙烯等高分子材料的应用不仅伴随着白色污染，同时它来源于石油等不可再生的碳资源，它的大量应用客观上也助推了能源危机和资源短缺。在这种情况下，开发可降解塑料、可再生材料、替代性材料成为材料领域研究开发的重要方向。
自然界存在大量的植物资源，例如小麦、大麦、燕麦、荞麦、棉花、水稻、野草等。这些粮食作物、经济作物的秸秆及野草本身具有良好的柔韧性和极好的强度，是一种具有广泛应用价值的可降解可再生绿色材料。我国古代就有用植物资源制造生活用品、建筑材料的传统。高分子材料的出现为深入开发利用植物秸秆资源开辟了广阔的空间，将高分子材料与植物秸秆复合，不仅可以赋予材料以适当的可分解性，而且充分利用了可再生的植物资源，减少了不可再生资源的消耗。在高分子材料与植物秸秆制造复合材料方面，植物秸秆可以作为填料使用，也可以作为主要成分与高分子材料一起制造复合材料。聚乙烯是一种疏水性高分子材料，在植物与高分子复合材料的制造中已有报道，但是制造方法主要是挤出等熔融加工方法及挤出与其它加工方法的结合，工艺复杂，能量消耗大，添加剂多。针对这些问题，本发明开发了一种新的制备聚乙烯与植物复合材料的方法，所开发的新方法生产效率高，较好的解决了植物与聚乙烯的界面相容性，所制造的材料可以代替木材及塑料应用于工业、农业、生产、生活等领域。
发明内容
本发明的目的是开发一种简洁高效的制造聚乙烯与植物复合材料的方法，解决疏水性的聚乙烯与亲水性的稻草的界面相容性问题，确保复合材料的强度，扩大聚乙烯与植物复合材料的应用范围，促进聚乙烯与植物复合材料在更大程度上代替木材和塑料，减轻滥砍滥伐及造成的水土流失，减轻白色污染，提高人们的环保意识，促进人民健康水平提高。
本发明的技术方案为：
一种制备聚乙烯与植物复合材料的方法，其步骤为：
（1）将植物原料晒干后短切为10cm以下的段，然后在密闭体系中剪切为碎料；
（2）植物料的湿法表面改性：称取植物碎料置于搅拌罐内，向植物碎料倒入改性剂，搅匀，植物碎料的质量（以克计）与改性剂的体积（以毫升计）的比为100:40~400；
（3）改性植物料的干燥：将步骤（2）的湿物料在搅拌、温度为70℃的条件下，干燥至恒重；
（4）聚乙烯与表面改性的植物料的混合： 称取改性植物料置于搅拌罐中，边搅边向改性植物料表面喷水，使植物料表面被水润湿，增加对聚乙烯粉末的粘附能力，增加混合能力，搅匀后将聚乙烯粉末加入，再搅匀。改性植物料的质量（以克计）与润湿用水的体积（以毫升计）之比为100:5~15，改性植物料与聚乙烯的质量之比为100:20~100；
（5）装模：以二甲基硅油为脱模剂，将物料装入不锈钢模具；
（6）热压前干燥：将不锈钢模具放于热压机的压板上，设定放置模具的压板温度为70℃~100℃，干燥5分钟~25分钟；
（7）热压及后处理：在170℃~220℃,15MPa~75 MPa的条件下热压10分钟~20分钟；冷却至室温后脱模得到聚乙烯与植物的复合材料。
进一步地，植物原料为麦秸、稻草、野草、豆秆中的任意一种或其混合物。
进一步地，改性剂为聚乙烯醇或聚醋酸乙烯酯。
进一步地，乙烯醇溶液的质量百分比浓度为1%~10%，聚醋酸乙烯酯乳液的固含量为1%~10%。
进一步地，所述聚乙烯醇溶液的质量百分比浓度为5%，聚醋酸乙烯酯乳液的固含量为5%。
进一步地，植物碎料的质量（以克计）与溶液或乳液的体积（以毫升计）的比为100:200。
本发明所述方法制备的聚乙烯与植物的复合材料可以用来代替木材和塑料制造生活用品、装饰材料、建筑材料、玩具，也可以与木材、塑料、石材等进一步复合制备更高级的复合材料及产品。
本发明的有益效果：本发明使用聚乙烯醇和聚醋酸乙烯酯作为界面增容剂，聚乙烯醇和聚醋酸乙烯酯都具有极性的侧基和疏水的主链，可以分别与植物和聚乙烯接触，起到降低界面张力的增容作用。两种增容剂均为高分子增容剂，避免了增容剂在使用过程中的迁移，有利于发挥出稳定的增容效果，同时有利于确保复合材料的性能稳定性。操作时，聚乙烯醇配成溶液使用，聚醋酸乙烯酯直接以合成后的乳液使用，方法简便，不使用有机溶剂，具有较强的环保型。
本发明使用聚乙烯作为粘接材料，聚乙烯为疏水材料，以其为粘接材料可以降低复合材料的吸水性，保持形状及性能的稳定性，如果进行表面涂饰，吸水性会得到进一步降低。
具体实施方式
实施例1
将大豆杆晒干后短切为6cm的段，然后在密闭体系中剪切为碎料。称取1000克大豆秆碎料置于搅拌罐内，在搅拌条件下，向大豆秆碎料倒入质量百分含量为5%的聚乙烯醇溶液500毫升，搅匀。将湿物料在搅拌条件下于70℃干燥至恒重。然后向其中喷70毫升水，搅匀，使植物料表面被水润湿，增加对聚乙烯粉末的粘附能力，增加混合能力。植物料表面被均匀润湿后，将500克聚乙烯粉末加入，搅匀。不锈钢模具表面涂刷二甲基硅油，然后将物料装入模具，放置在温度为80℃的热压机的压板上，不加压干燥10分钟，然后在200℃，20MPa的条件下热压15分钟，冷却至室温后脱模得到聚乙烯与豆秆的复合材料，复合材料的拉伸强度为15.7MPa。
实施例2
将稻草晒干后短切为5cm的段，然后在密闭体系中剪切为碎料。称取1000克稻草碎料置于搅拌罐内，在搅拌条件下，向稻草碎料中倒入固含量为5%的聚醋酸乙烯酯乳液400毫升，搅匀。将湿物料在搅拌条件下于70℃干燥至恒重。然后在搅拌条件下向其中喷100毫升水，使植物料表面被水润湿，增加对聚乙烯粉末的粘附能力，增加混合能力。植物料表面被均匀润湿后，在搅拌条件下将500克聚乙烯粉末加入，搅匀。不锈钢模具表面涂刷二甲基硅油，然后将物料装入模具，放置在温度为80℃的热压机的压板上，不加压干燥15分钟，然后在180℃，20MPa的条件下热压18分钟，冷却至室温后脱模得到聚乙烯与稻草的复合材料，复合材料的拉伸强度为14.5MPa。
实施例3
将结缕草晒干后短切为7cm的段，然后在密闭体系中剪切为碎料。称取1000克结缕草碎料置于搅拌罐内，在搅拌条件下，向结缕草碎料倒入固含量为6%的聚醋酸乙烯酯乳液450毫升，搅匀。将湿物料在搅拌条件下于70℃干燥至恒重。然后在搅拌条件下向其中喷120毫升水，使植物料表面被水润湿，然后将400克聚乙烯粉末加入，搅匀。不锈钢模具表面涂刷二甲基硅油，然后将物料装入模具，放置在温度为85℃的热压机的压板上，不加压干燥15分钟，然后在180℃，16MPa的条件下热压14分钟，冷却至室温后脱模得到聚乙烯与结缕草的复合材料，复合材料的拉伸强度为11.4MPa。
Claims (4)
1.一种制备聚乙烯与植物复合材料的方法，其特征在于，包含下列步骤：
(1)将植物原料晒干后短切为10cm以下的段，然后在密闭体系中剪切为碎料；
(2)植物料的湿法表面改性：称取植物碎料置于搅拌罐内，向植物碎料倒入改性剂，搅匀，植物碎料的质量与改性剂的体积的比为100克:40～400毫升，改性剂为聚乙烯醇或聚醋酸乙烯酯；
(3)改性植物料的干燥：将步骤(2)的湿物料在搅拌、温度为70℃的条件下，干燥至恒重；
(4)聚乙烯与表面改性的植物料的混合：称取改性植物料置于搅拌罐中，边搅边向改性植物料表面喷水，使植物料表面被水润湿，增加对聚乙烯粉末的粘附能力，增加混合能力，搅匀后将聚乙烯粉末加入，再搅匀，改性植物料的质量与润湿用水的体积之比为100克:5～15毫升，改性植物料与聚乙烯的质量之比为100:20～100；
(5)装模：以二甲基硅油为脱模剂，将物料装入不锈钢模具；
(6)热压前干燥：将不锈钢模具放于热压机的压板上，设定放置模具的压板温度为70℃～100℃，干燥5分钟～25分钟；
(7)热压及后处理：在170℃～220℃,15MPa～75MPa的条件下热压10分钟～20分钟；冷却至室温后脱模得到聚乙烯与植物的复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种制备聚乙烯与植物复合材料的方法，其特征在于，植物原料为麦秸、稻草、野草、豆秆中的任意一种或其混合物。
3.根据权利要求1所述的一种制备聚乙烯与植物复合材料的方法，其特征在于，聚乙烯醇溶液的质量百分比浓度为1％～10％，聚醋酸乙烯酯乳液的固含量为1％～10％。
4.根据权利要求1或3所述的制备聚乙烯与植物复合材料的方法，其特征在于，所述聚乙烯醇溶液的质量百分比浓度为5％，聚醋酸乙烯酯乳液的固含量为5％。
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Granted publication date: 20150722 Termination date: 20190910 |
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