一种植物纤维基发泡热塑母料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种植物纤维基发泡热塑母料的制备方法，其具体步骤为：A）将植物纤维后粉碎，加入碱液润胀剂浸泡、经过超声反应后烘干；B）加入改性塑化剂，加热反应30‑90min，冷却后抽滤，清洗滤渣并干燥；C）将塑化植物纤维粉末、塑料基体和助剂混炼后投入挤出机，挤出造粒，即获得所述植物纤维基发泡热塑母料；本发明专利技术优化了天然植物纤维的玻璃化转变温度，天然植物纤维经过复合改性塑化剂改性后，热熔流动性能提高，有效降低木塑塑化扭矩力，能耗大幅下降，成本降低，同时经过发泡后的热塑母料制品力学性能可以提高25%以上，抗冲击性和延展性能都得到了极大提高，降低了材料密度，具有极高的推广应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于木塑母料的制备
，尤其涉及一种天然植物纤维基发泡热塑母料的制备方法。
技术介绍
木塑复合材料（WPC）是采用木质纤维或植物纤维填充、增强，经热压复合、熔融挤出等不同加工方式制成的改性热塑性材料。近年随全球资源日趋枯竭，社会环保意识日见高涨，对木材和石化产品应用提出了更高要求。WPC具有良好的加工性能、强度、耐水、耐腐、使用寿命长、加工途径广。WPC既能发挥材料中各组分的优点，克服因木材强度低、变异性大及有机材料弹性模量低等造成的使用局限性，又能充分利用废弃的木材和塑料，减少环境污染。然而由于塑料与植物纤维之间的极差的相容性，使得材料的应用价值较低。在研究过程中申请人发现，专利技术专利CN105199256A，CN103642120A，CN1923903A等均专利技术公开制备木塑复合材料，均是通过添加大量的塑化偶联剂等助剂来改善木质纤维与热塑塑料之间的相容性。在工业生产中，WPC的木质填充量较高，通常高达50~70%，这种高填充量的复合材料熔体黏度较高，弹性效应较强，在挤出加工过程中熔体流动不稳定，成型困难；挤出速率过高，挤出物表面则易出现熔体破裂等现象，一定程度上制约了整个木塑行业的发展。因此如何降低植物纤维表面的极性，改善与非极性聚合物的相容性，甚至直接将纤维塑化改性为“类似塑料一样可以流动的塑性材料”，进而在一些领域取代塑料的使用，不仅解决环境污染问题，且资源得到充分利用，同时也开辟了材料科学的新研究领域，具有较大现实和研究意义。申请人前期成功制备出了功能化木粉/低密度聚乙烯热塑母料（功能化木粉/低密度聚乙烯热塑母料的制备及界面融合性，复合材料学报，2015），通过该文献公开方法制备的热塑母料的熔体加工性能及力学性能均有大幅改善。然而，申请人在后续研究过程中发现，采用单一塑化改性剂制备塑化木粉过程中，碱耗到一定程度，易导致苄基化反应受阻，苄基醚键水解反应加剧，影响苄基化接枝效率；且采用塑化母料制备的产品存在耐冲击性低、密度大等问题，这可能是由于改性木粉的密度大于热塑塑料的密度，改性木粉与热塑塑料基体结合较好，填充在热塑复合材料基体间的空隙中，使复合材料的密度较大。因此当材料内部产生微小裂纹时，一旦受力作用在微观缺陷边缘部位，将导致局部高应力，材料易断裂，且形变量较小，脆性较大，延展性差。此外，物料从加入料筒机头口模挤出制品经历一个极为复杂的温度变化过程，挤出成型过称中物料的热量来源于料筒的外部加热和螺杆旋转所产生的剪切热。温度控制包括料筒和机头的温度控制，料筒温度对复合材料的混炼塑化效果具有决定性影响，而机头温度则对挤出成型有重要影响。通常木塑复合材料的挤出工艺料筒温度区间为：Ⅰ段150-170℃、Ⅱ段160-190℃、Ⅲ段170-190、Ⅳ段为180-190℃，机头温度在180-190℃（木塑复合材料与制品[M].化学工业出版社，2007），传统木塑复合材料料筒温度过高，易造成木质纤维材料的降解，力学强度下降，颜色变深，影响产品质量。因而合理的加工工艺和控制对木塑复合材料制品性能具有极为重要的影响。因此，如何进一步优化工艺，赋予产品更优功能，成为目前亟待解决的技术难题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种天然植物纤维基发泡热塑母料的制备方法，其目旨在提高降低天然植物纤维的玻璃化转变温度的效率；改善天然植物纤维热塑母料材料的抗冲击性和延展性，并降低制品的密度。大幅提高天然植物纤维材料化加工途径及利用价值。本专利技术是这样实现的：一种天然植物纤维基发泡热塑母料的制备方法，包含如下工艺步骤：A）将植物纤维干燥并粉碎到20-80目，加入碱液润胀剂于-10℃浸泡45min，然后于2-6MPa压力下超声反应5-40min，再置于103±2℃烘干，即获得碱化植物纤维粉末；其中，植物纤维与碱液润胀剂的质量体积比为1：2-2.5；B）按质量比1：1-2.5向碱化植物纤维粉末中加入改性塑化剂，以4℃/min的速率升温至100-120℃，反应30-90min；待冷却至45℃后抽滤，取滤渣以清水和乙醇反复交替清洗至洗出液为中性，再置于真空环境中干燥，即获得塑化植物纤维粉末；C）将塑化植物纤维粉末、塑料基体和助剂置于混炼机中，50-100℃混炼8-30min；冷却至常温，投入挤出机，经挤出造粒后，即获得所述植物纤维基发泡热塑母料；所述塑化植物纤维粉末与塑料基体的质量比为3-4：1；所述挤出机为双螺杆挤出机，其加热温度参数：一区155~175℃、二区145~160℃、三区150~165℃、四区155~170℃、合流芯145~160℃、机头150~160℃；熔体压力：8-13MPa；熔体温度：152-166℃；主机转速：10-15rpm/min。优选的，本专利技术所述植物纤维基发泡热塑母料的制备方法中，步骤B）加入的碱化植物纤维粉末与改性塑化剂质量比为1：1-1.5；所述改性塑化剂是由质量比依次为5：2~4：3~1的月桂酰氯、氯化苄和马来酸酐混合后获得。优选的，本专利技术所述植物纤维基发泡热塑母料的制备方法中，步骤A）所述植物纤维是指农作物秸秆、竹木剩余物中的一种或两种；其中，所述农作物秸秆为麦秸、稻秸、玉米秸、剑麻渣和甘蔗渣中的一种或多种；所述竹木剩余物为竹粉或木粉。优选的，本专利技术所述植物纤维基发泡热塑母料的制备方法中，步骤A）所述碱液润涨剂是指浓度为5-30%的氢氧化钠或浓度为5-30%的氢氧化钾。优选的，本专利技术所述植物纤维基发泡热塑母料的制备方法中，步骤C）所述塑料基体为聚丙烯或聚氯乙烯；其中，塑料基体与助剂是按照如下重量份混合的：塑料基体100份，发泡剂1.5-2.5份，复合稳定剂1-3份，耐老化剂1-5份，无机填料5-15份，着色剂2-5份。优选的，本专利技术所述植物纤维基发泡热塑母料的制备方法中，步骤C）所述发泡剂为偶氮二甲酰胺1-2、碳酸氢钠及氧化锌按照质量比1：1：0.5混合后获得的复合物；复合稳定剂为钙锌复合稳定剂；耐老化剂为钛白粉；无机填料为纳米碳酸钙或纳米滑石粉。本专利技术采用复合改性塑化剂对超声波辅助碱液预处理的天然植物纤维进行塑化改性，有效提高塑化效率；本专利技术借助发泡技术对前期工艺进行优化，有效改善了制品脆性大、延展性低和密度大等缺陷。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1）本专利技术的天然植物纤维基发泡热塑母料，优化了天然植物纤维的玻璃化转变温度，天然植物纤维经过复合改性塑化剂改性后，其热熔流动性能提高，有效降低木塑塑化扭矩力，能耗大幅下降，成本降低。2）发泡后的热塑母料制品力学性能提高25%以上，抗冲击性和延展性能提高、密度降低。附图说明图1是本专利技术实施例2制备的热塑母料A的扫描电镜图。图2是本专利技术实施例2制备的热塑母料B1的扫描电镜图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本专利技术进一步详细说明，应当理解，以下所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并非是对本专利技术的限制。实施例中所使用的试剂、器材：超声波反应釜，型号CS-GSH-2，购自泰兴市兴建化工机械厂；高速混炼机，SHR-20A，张家港华明机械有限公司；锥形双螺杆挤出机，φ65/132，青岛科盛达机械设备有限公司；偶氮二甲酰胺1-2，即发泡剂AC，济南恒瑞化工有限公司；钙锌复合稳定剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种植物纤维基发泡热塑母料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：A）将植物纤维干燥并粉碎到20‑80目，加入碱液润胀剂于‑10℃浸泡45min，然后于2‑6MPa压力下超声反应5‑40min，再置于103±2℃烘干，即获得碱化植物纤维粉末；其中，植物纤维与碱液润胀剂的质量体积比为1：2‑2.5；B）按质量比1：1‑2.5向碱化植物纤维粉末中加入改性塑化剂，以4℃/min的速率升温至100‑120℃，反应30‑90min；待冷却至45℃后抽滤，取滤渣以清水和乙醇反复交替清洗至洗出液为中性，再置于真空环境中干燥，即获得塑化植物纤维粉末；C）将塑化植物纤维粉末、塑料基体和助剂置于混炼机中，50‑100℃混炼8‑30min；冷却至常温，投入挤出机，经挤出造粒后，即获得所述植物纤维基发泡热塑母料；所述塑化植物纤维粉末与塑料基体的质量比为3‑4：1；所述挤出机为双螺杆挤出机，其加热温度参数：一区155~175℃、二区145~160℃、三区150~165℃、四区155~170℃、合流芯145~160℃、机头150~160℃；熔体压力：8‑13 MPa；熔体温度：152‑166℃；主机转速：10‑15 rpm/min。...

【技术特征摘要】
1.一种植物纤维基发泡热塑母料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：A）将植物纤维干燥并粉碎到20-80目，加入碱液润胀剂于-10℃浸泡45min，然后于2-6MPa压力下超声反应5-40min，再置于103±2℃烘干，即获得碱化植物纤维粉末；其中，植物纤维与碱液润胀剂的质量体积比为1：2-2.5；B）按质量比1：1-2.5向碱化植物纤维粉末中加入改性塑化剂，以4℃/min的速率升温至100-120℃，反应30-90min；待冷却至45℃后抽滤，取滤渣以清水和乙醇反复交替清洗至洗出液为中性，再置于真空环境中干燥，即获得塑化植物纤维粉末；C）将塑化植物纤维粉末、塑料基体和助剂置于混炼机中，50-100℃混炼8-30min；冷却至常温，投入挤出机，经挤出造粒后，即获得所述植物纤维基发泡热塑母料；所述塑化植物纤维粉末与塑料基体的质量比为3-4：1；所述挤出机为双螺杆挤出机，其加热温度参数：一区155~175℃、二区145~160℃、三区150~165℃、四区155~170℃、合流芯145~160℃、机头150~160℃；熔体压力：8-13MPa；熔体温度：152-166℃；主机转速：10-15rpm/min。2.根据权利要求1所述植物纤维基发泡热塑母料的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙恩惠，黄红英，孙丰文，常志州，武国峰，靳红梅，
申请(专利权)人：江苏省农业科学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32