一种改性蔗渣/塑料复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于复合材料领域，公开了一种改性蔗渣/塑料复合材料及其制备方法与应用。该复合材料的制备方法包括以下步骤：配制浓度为0.25％～3％氯化钙溶液，在25℃～50℃下通过氯化钙溶液对蔗渣纤维处理5～30min；将树脂基体与去离子水、增塑剂、增塑增强剂、交联剂、助剂按一定比例在高速混合机中预混至物料温度为50℃，再加入改性后的蔗渣纤维充分混合，得到预混物；将预混物熔融挤出，制成改性蔗渣/塑料复合材料。该方法采用氯化钙溶液对蔗渣进行改性，对环境无污染，且改性后的蔗渣纤维活性大，与树脂基体的粘合力强，得到的改性蔗渣/塑料复合材料具有良好的拉伸性能，可应用在托盘、食品包装、育种、栽培等领域。

A modified bagasse / plastic composite and its preparation and Application

The invention belongs to the field of composite materials, and discloses a modified bagasse / plastic composite material and a preparation method and application of the composite material. A method for preparing the composite material comprises the following steps: preparing a concentration of 0.25% to 3% calcium chloride solution, the calcium chloride solution of bagasse fiber treated for 5 ~ 30min at 25 to 50 DEG C; the resin matrix and the deionized water, plasticizer, plasticizer reinforcing agent, crosslinking agent, additives according to a certain proportion in a high-speed mixer premixed material to the temperature is 50 DEG C, then adding modified bagasse fiber after fully mixing, get premix premix; will melt extrusion, modified bagasse / plastic composite material. This method uses calcium chloride solution of bagasse was modified, no pollution to the environment, and the activity of modified bagasse fiber after high adhesion with resin matrix, the modified bagasse / plastic composite material has good tensile properties, can be applied in the field of tray, food packaging, breeding and cultivation.

【技术实现步骤摘要】
一种改性蔗渣/塑料复合材料及其制备方法与应用
本专利技术属于复合材料领域，特别涉及一种改性蔗渣/塑料复合材料及其制备方法与应用。
技术介绍
农业废弃植物纤维是一种广泛存在的最廉价的可再生资源。随着石油基塑料造成的白色污染日益加剧，利用可生物降解天然高分子材料替代合成高分子材料的呼声日益高涨。甘蔗渣是甘蔗制糖后的纤维素性残渣副产物，约占压榨量的24％～27％，我国是甘蔗种植的第三大国家，仅次于巴西、印度，目前我国甘蔗制糖业每年产生700万吨蔗渣，但是除少量用作造纸工业原料和饲料外，大部分作焚烧处理，既污染了环境，又造成了资源的极大浪费。甘蔗渣中纤维素约占40％～50％，蔗渣纤维分子链刚性和极性都很大且高度结晶并取向，能赋予复合材料较高的模量拉伸强度和弯曲强度，利用它来制备高分子复合材料将是其高值化利用的新途径。蔗渣结构复杂，主要由纤维素、半纤维素和木质素三部分构成。纤维素是由葡萄糖通过Β～1,4糖苷键联接而成的高分子聚合物，以聚集态存在，含有大量的结晶区，并且分子间和分子内存在大量的氢键。半纤维素结构变化随原材料的种类不同而不同，主要组成成分含有木糖、甘露糖、葡萄糖、阿拉伯糖和半乳糖等，围绕在纤维素周围，并通过纤维素的孔位深入到纤维素内部。木质素是由类苯丙烷结构组成的复杂化合物，通过化学键和半纤维素链接，包围并加固纤维素和半纤维素骨架。如此复杂的结构使蔗渣纤维活性极差，较难与其他原子或基团发生作用，直接影响了蔗渣纤维同树脂基体的粘合。因此，蔗渣纤维与树脂塑化复合前，需对蔗渣纤维进行表面改性处理。蔗渣纤维表面改性方法主要有两种：化学改性和物理改性。化学改性的方法改变了植物纤维表而的化学结构，可以改善纤维与树脂基体的界面粘结情况，有利于纤维在基体树脂中的均匀分散，从而提高复合材料的力学性能。目前化学处理的方法主要有碱处理、酸处理、接枝处理、偶联剂处理等化学改性和物理改性。化学改性主要是利用各种酸碱及氧化还原反应试剂，通过酸碱、氧化/还原等化学反应，在纤维表面引入羧基、胺基等活性或极性基团以提高纤维与树脂基体之间的粘合强度；但化学改性操作产生大量黑液，且使木质素、半纤维素大量降解，一方面是资源的浪费；另一方面对环境造成污染。物理改性如蒸汽爆破，超临界流体等不改变纤维的化学组成，但改变纤维的结构和表面性能，但这些物理改性方法较为复杂，工业化生产有一定的难度。本专利技术提供的改性方法采用较低浓度的无机盐氯化钙溶液在较低温度下对蔗渣进行表面改性，降低了改性成本，提高了蔗渣/塑料树脂基体的粘结强度，有利于实现工业化生产。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种改性蔗渣/塑料复合材料的制备方法。该方法采用低浓度的CaCl2溶液在低温条件下对干燥粉碎后的甘蔗渣进行处理，利用Ca2+3d层的空轨道与蔗渣纤维素羟基上的孤对电子络合，降低蔗渣纤维羟基、酚羟基之间存在较强的氢键，打破纤维素的结晶结构以及半纤维素和木质素对纤维素的包裹，促进纤维素与塑料树脂的有效接触，改善甘蔗渣与树脂基体的粘结，提高蔗渣增强复合材料的性能，实现农业废弃物甘蔗渣到复合材料等产品的高附加值转化。本专利技术另一目的在于提供上述方法制备的改性蔗渣/塑料复合材料。本专利技术再一目的在于提供上述改性蔗渣/塑料复合材料在托盘、食品包装、育种、栽培领域中的应用。本专利技术的目的通过下述方案实现：一种改性蔗渣/塑料复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：(1)将甘蔗渣经干燥、粉碎、筛分制得粒径在40～100目间的原料；(2)将氯化钙溶于水中，加热至完全溶于水中形成氯化钙溶液，然后保温并加入步骤(1)中得到的甘蔗渣原料，搅拌分散后进行抽滤，将所得固体进行干燥即得改性蔗渣；(3)将树脂基体、去离子水、增塑剂、增塑增强剂、交联剂、助剂加入到高速混合机中以650～1300转/min的转速预混至物料温度为50℃然后加入步骤(2)中所得的改性蔗渣，再以650～1300转/min的转速充分混合，得到预混物；(4)将步骤(3)所得预混物熔融挤出，制成改性蔗渣/塑料复合材料。步骤(2)中所述的氯化钙为无水氯化钙、二水氯化钙中的至少一种；所述的氯化钙溶液的浓度(wt％)为0.25～3％，CaCl2溶液浓度太低、处理时间太短、温度太低达不到改性效果，浓度太高、时间太长、温度太高会损坏蔗渣纤维，降低复合材料的性能。优选的，步骤(1)中所述的氯化钙溶液的浓度为1％。步骤(2)中所述的加热是指加热至20～50℃。步骤(2)中所述的搅拌分散的速度为1000～1500转/min，搅拌分散的时间为5～60min。优选的，所述的搅拌分散的时间优选为30min。步骤(2)中所述的干燥是指在70℃鼓风干燥箱中干燥12h。步骤(3)中所述的树脂基体为PVA(聚乙烯醇)和淀粉中的至少一种；所述PVA为PVA1788、PVA1799或PVA0588中的至少一种；所述淀粉为玉米淀粉或番薯淀粉。步骤(3)中所述的增塑剂为多羟基类增塑剂，其中优选的，多羟基类增塑剂可为乙二醇、丙三醇、聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇800、聚乙二醇1500、聚乙二醇4000、聚乙二醇6000、三羟甲基丙烷中的至少一种。所述增塑增强剂为己内酰胺、羟烷基酰胺和二酰胺类中的至少一种，所述的二酰胺类为丁二酰胺或邻苯二酰胺；该增塑增强剂可增加复合材料的耐气候性，任何环境下都可以正常使用，较低温下长时间使用不硬化和脆化，而且添加后不挥发不迁移而保持长时间有效。所述的交联剂为硼砂、柠檬酸中的至少一种，可封闭PVA、淀粉分子链末端羟基，避免复合材料氧化，复合材料长时间使用不发黄不老化。优选的，所述的交联剂为硼砂。所述助剂包括分散剂、抗氧剂、脱模剂，用以改进蔗渣在树脂基体中的浸渍性、分散性，防止加工氧化，提高制品光亮度。优选的，所述的分散剂为TPW709或TPW113，所述的抗氧剂为抗氧剂1010，所述的脱模剂为硬脂酸类化合物，所述的硬脂酸类化合物可为硬脂酸单甘脂、硬脂酸钙或硬脂酸锌。更优选的，所述的助剂为TPW113、抗氧剂1010和硬脂酸单甘脂。步骤(3)中所述去离子水的质量为树脂基体质量的10～15％；所述增塑剂的质量为树脂基体质量的20～30％；所述增塑增强剂的质量为树脂基体质量的5～8％；所述交联剂的质量为树脂基体质量的0.5～1％；所述加工助剂的质量为树脂基体质量的0.5％～2％；所述的改性蔗渣的质量为树脂基体质量的5～50％；步骤(4)中所述的熔融基础是指在单螺杆挤出机中造粒后将粒料用注塑成型机注塑成型。所述的造粒的温度区间分别为115℃、120℃、120℃和115℃；所述的注塑成型的各区间温度分别为120℃、115℃和110℃，锁模压力140kgf/cm2，注射压力55kgf/cm2。一种由上述方法制备得到的改性蔗渣/塑料复合材料。上述的改性蔗渣/塑料复合材料采用低浓度的CaCl2溶液处理蔗渣，无需任何酸、碱、有机溶剂，后处理简单，应用在食品包装中不会污染食品，使食品更为安全卫生，其还具有良好的拉伸性能，且使用后可在自然环境中完全降解，不会对自然环境中的水质和土质造成不利影响，因此可应用在托盘、食品包装、育种、栽培等领域。本专利技术的机理为：当CaCl2溶液作用于蔗渣纤维时，蔗渣表面性质发生了变化，Ca2+本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性蔗渣/塑料复合材料的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：(1)将甘蔗渣经干燥、粉碎、筛分制得粒径在40～100目间的原料；(2)将氯化钙溶于水中，加热至完全溶于水中形成氯化钙溶液，然后保温并加入步骤(1)中得到的甘蔗渣原料，搅拌分散后进行抽滤，将所得固体进行干燥即得改性蔗渣；(3)将树脂基体、去离子水、增塑剂、增塑增强剂、交联剂、助剂加入到高速混合机中以650～1300转/min的转速预混至物料温度为50℃然后加入步骤(2)中所得改性蔗渣，再以650～1300转/min的转速充分混合，得到预混物；(4)将步骤(3)所得预混物熔融挤出，制成改性蔗渣～塑料复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种改性蔗渣/塑料复合材料的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：(1)将甘蔗渣经干燥、粉碎、筛分制得粒径在40～100目间的原料；(2)将氯化钙溶于水中，加热至完全溶于水中形成氯化钙溶液，然后保温并加入步骤(1)中得到的甘蔗渣原料，搅拌分散后进行抽滤，将所得固体进行干燥即得改性蔗渣；(3)将树脂基体、去离子水、增塑剂、增塑增强剂、交联剂、助剂加入到高速混合机中以650～1300转/min的转速预混至物料温度为50℃然后加入步骤(2)中所得改性蔗渣，再以650～1300转/min的转速充分混合，得到预混物；(4)将步骤(3)所得预混物熔融挤出，制成改性蔗渣～塑料复合材料。2.根据权利要求1所述的改性蔗渣/塑料复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的氯化钙为无水氯化钙、二水氯化钙中的至少一种，所形成的氯化钙溶液的浓度为0.25～3％，所述的加热是指加热至20～50℃；步骤(2)中所述的搅拌分散的速度为1000～1500转/min，搅拌分散的时间为5～60min；步骤(2)中所述的干燥是指在70℃鼓风干燥箱中干燥12h。3.根据权利要求1所述的改性蔗渣/塑料复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所形成的氯化钙溶液的浓度为1％；步骤(2)中所述的搅拌分散的时间为30min。4.根据权利要求1所述的改性蔗渣/塑料复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的树脂基体为PVA和淀粉中的至少一种；所述的PVA为PVA1788、PVA1799或PVA0588中的至少一种；所述淀粉为玉米淀粉或番薯淀粉；所述的增塑剂为多羟基增塑剂；...

【专利技术属性】
技术研发人员：周向阳，陈颖，
申请(专利权)人：仲恺农业工程学院，
类型：发明
国别省市：广东,44