一种香蕉茎叶秸秆纤维复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种香蕉茎叶秸秆纤维复合材料，按质量份数计，包括以下组分：香蕉茎叶秸秆纤维5

【技术实现步骤摘要】
一种香蕉茎叶秸秆纤维复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于纤维复合材料领域，具体涉及一种香蕉茎叶秸秆纤维复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]农业是世界三大产业之一，地球上每年因农业种植而产生大量的秸秆废弃物，包括粮食作物秸秆和经济作物秸秆，大部分农业废弃秸秆的处理方式都是就地焚烧还田，这样不但会造成农作物秸秆再生资源的大量浪费，而且还会因燃烧秸秆而引起生态环境受到严重污染。如果能将秸秆变废为宝，产生经济效益，形成产业链条，必然会带来极大的影响，对缓解我国资源匮乏的情况、发展经济、保护环境等都有极其重要的意义。
[0003]目前，秸秆高值化利用技术主要是提取高附加值物质，也有少量将秸秆用于制备复合材料的应用，但是多为利用小麦、玉米等农作物秸秆制备复合板材，将秸秆纤维用于制备包装材料的技术非常少见，包装材料是指用于制造包装容器、包装装潢、包装印刷、包装运输等满足产品包装要求所使用的材料，在人们的日常生活中应用范围非常广阔，需求量十分巨大，但是目前大量使用的包装材料仍是以不能降解的塑料包装材料为主，形成了严重的“白色污染”，且力学性能不是很好。若将容易获得的秸秆纤维与包装材料的制备相结合，制备出秸秆纤维复合包装材料，既能达到对秸秆材料的再利用，又能减少秸秆焚烧和塑料难以降解带来的环境污染，具有很大的经济效益和环境效益，应用前景广阔。
[0004]目前虽然也有一些将秸秆用于制备复合材料的技术，但是这些技术仍然存在很多问题。如基本上只是对小麦秸秆、玉米秸秆等常见农作物秸秆的应用，无论是对秸秆种类还是秸秆数量上的再利用程度都比较小；提取纤维素加工工艺繁琐、加工成本高、秸秆处理量小；化学处理产生二次污染；复合材料的力学性能较低，难以满足应用要求；这些问题限制了这类技术的大规模应用，因此，调整配方和工艺，制备一种可生物降解、耐水性好、力学性能优异，且成本低、生产过程污染小的可规模化生产的秸秆纤维复合材料依然具有非常重大的研究意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术为提高农业废弃物作物秸秆的综合利用，解决传统塑料包装材料难降解、易污染等问题，提供一种可生物降解秸秆纤维复合包装材料及制备方法，采用热带作物秸秆(香蕉茎叶)作为增强材料，经预处理、改性处理、混炼、热压成型制备复合材料，不仅能够提高材料的耐水性及力学性能，还可生物降解，是一种低成本绿色环保材料，能用在包装材料领域，替代传统塑料包装材料。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0007]本专利技术的技术方案之一，一种香蕉茎叶秸秆纤维复合材料，按质量份数计，包括以下组分：香蕉茎叶秸秆纤维5
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40份、胶黏剂10
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30份、稳定剂5
‑
10份、填料10
‑
30份。
[0008]进一步地，所述胶黏剂为马铃薯淀粉、PVA或桃胶，所述稳定剂为硬脂酸钙或月桂
酸钙，所述填料为碳酸钙或高岭土。
[0009]进一步地，所述香蕉茎叶秸秆纤维由香蕉茎叶秸秆经机械处理、预处理和表面改性制得。
[0010]本专利技术的技术方案之二，一种上述的香蕉茎叶秸秆纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]步骤一：将香蕉茎叶秸秆进行机械处理，得到香蕉茎叶秸秆小段；
[0012]步骤二：将香蕉茎叶秸秆小段进行预处理，得到预处理香蕉茎叶秸秆；
[0013]步骤三：将预处理香蕉茎叶秸秆进行表面改性，得到香蕉茎叶秸秆纤维；
[0014]步骤四：将香蕉茎叶秸秆纤维、胶黏剂、稳定剂、填料混合均匀，热压成型，自然冷却得到所述香蕉茎叶秸秆纤维复合材料。
[0015]进一步地，所述步骤一具体操作为：将香蕉茎叶秸秆切成长1
‑
5cm、宽1
‑
10mm的香蕉茎叶秸秆小段。
[0016]进一步地，所述步骤二具体操作为：将所述香蕉茎叶秸秆小段浸泡在氢氧化钠溶液中，加热处理，加热处理后用酸中和，水洗至中性，烘干，得到预处理香蕉茎叶秸秆。
[0017]进一步地，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为2
‑
5％，香蕉茎叶秸秆小段与氢氧化钠溶液的质液比为1g:20ml
‑
50ml，所述加热处理的温度为60
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80℃，时间为30
‑
60min，所述烘干的温度为80
‑
100℃，时间为5
‑
8h。
[0018]进一步地，所述用酸中和是指用醋酸溶液中和，所述醋酸的浓度为2
‑
10％。
[0019]进一步地，所述步骤三具体操作为：向高速搅拌状态下的预处理香蕉茎叶秸秆中加入偶联剂溶液，加入完毕后继续搅拌20
‑
30min混匀，得到混合物，将所述混合物在70
‑
110℃的温度条件干燥4
‑
10h，得到改性处理好的香蕉茎叶秸秆纤维，所述高速搅拌的转速为1000
‑
2000r/min。
[0020]进一步地，所述混匀是指使偶联剂溶液将预处理香蕉茎叶秸秆充分均匀浸润，得到混合均匀的混合物。
[0021]进一步地，所述偶联剂溶液的溶质为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂，溶剂为乙醇，所述溶质和溶剂的体积比为1∶5，预处理香蕉茎叶秸秆和偶联剂的质量比为100∶1
‑
6。
[0022]进一步地，步骤四中所述热压成型的温度为160
‑
180℃，压力为3
‑
6MPa，时间为2
‑
6min。
[0023]秸秆纤维是自然界中最丰富的天然高分子材料，其价格低廉、密度小，具有较高的弹性模量和拉伸强度，还具有其他材料无法比拟的生物降解性和可再生性。秸秆中的天然植物纤维是制备绿色可降解复合材料的理想增强材料，秸秆纤维的加入不仅能够提供一定的机械强度，同时有利于提高材料的生物降解性能。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0025](1)本专利技术以香蕉茎叶秸秆纤维作为主要材料，与其他常见的小麦秸秆纤维、玉米秸秆纤维、水稻秸秆纤维等农作物秸秆纤维相比，香蕉茎叶秸秆纤维具有大的长径比，小麦秸秆纤维的长径比仅为3.7，而香蕉茎叶秸秆单纤维的长径比则高达58.8，大的长径比可以高达120，高长径比的秸秆纤维易发生相互交织呈网状缠结结构，有利于提升复合材料缠结交织网络的连接性和结合度，从而增强复合材料的力学性能；本专利技术使用硅烷偶联剂溶液或者钛酸酯偶联剂溶液对香蕉茎叶秸秆进行了表面改性处理，硅烷偶联或钛酸酯偶联剂含
有多官能团结构，一方面可以与香蕉茎叶秸秆纤维发生交联产生氢键，另一方面与复合材料基体中的胶黏剂大分子发生物理缠结作用，改善香蕉茎叶秸秆纤维的界面相容性、分散性及润湿性，可以使香蕉茎叶秸秆纤维的润湿性增大，从而提高秸秆纤维与复合材料的其他组分之间的化学反应能力，形成氢键或物理缠结的有效结构，进而改善复合材料的力学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种香蕉茎叶秸秆纤维复合材料，其特征在于，按质量份数计，包括以下组分：香蕉茎叶秸秆纤维5
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40份、胶黏剂10
‑
30份、稳定剂5
‑
10份、填料10
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30份。2.根据权利要求1所述的香蕉茎叶秸秆纤维复合材料，其特征在于，所述胶黏剂为马铃薯淀粉、PVA或桃胶，所述稳定剂为硬脂酸钙或月桂酸钙，所述填料为碳酸钙或高岭土。3.根据权利要求1所述的香蕉茎叶秸秆纤维复合材料，其特征在于，所述香蕉茎叶秸秆纤维由香蕉茎叶秸秆经机械处理、预处理和表面改性制得。4.一种权利要求1
‑
3任一项所述的香蕉茎叶秸秆纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将香蕉茎叶秸秆进行机械处理，得到香蕉茎叶秸秆小段；步骤二：将香蕉茎叶秸秆小段进行预处理，得到预处理香蕉茎叶秸秆；步骤三：将预处理香蕉茎叶秸秆进行表面改性，得到香蕉茎叶秸秆纤维；步骤四：将香蕉茎叶秸秆纤维、胶黏剂、稳定剂、填料混合均匀，热压成型，自然冷却得到所述香蕉茎叶秸秆纤维复合材料。5.根据权利要求4所述的香蕉茎叶秸秆纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一具体操作为：将香蕉茎叶秸秆切成长1
‑
5cm、宽1
‑
10mm的香蕉茎叶秸秆小段。6.根据权利要求4所述的香蕉茎叶秸秆纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二具体操作为：将所述香蕉茎叶秸秆小段浸泡在氢氧化钠溶液中，加热处理，然后用酸中和，水洗至中性，烘干，得到预处理香蕉茎叶秸秆...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘运浩，李普旺，杨子明，刘雅奇，王超，宋书会，何祖宇，周闯，
申请(专利权)人：中国热带农业科学院南亚热带作物研究所，
类型：发明
国别省市：