本發(fā)明屬于農(nóng)林廢棄物利用領(lǐng)域，具體屬于油茶果殼利用領(lǐng)域，尤其涉及一種以油茶果殼為原料制備得到的生物質(zhì)復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
截止至2013年11月，我國(guó)油茶林總面積達(dá)5750萬畝，茶油年產(chǎn)量約45萬噸，產(chǎn)值高達(dá)390億元。油茶果殼作為油茶加工茶油的副產(chǎn)品之一，約占茶果鮮重的50％～60％。過去，油茶果殼常被當(dāng)作廢棄物直接采用焚燒等粗放式處理方式，既造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)又在一定程度上污染環(huán)境。面對(duì)豐富可觀的生物質(zhì)資源，國(guó)家陸續(xù)頒布一系列政策與文件，明確提出發(fā)展農(nóng)林剩余物資源化利用的重要性，著力于推進(jìn)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，大力開發(fā)新技術(shù)、新產(chǎn)品，打造促進(jìn)生物質(zhì)資源高效利用的朝陽產(chǎn)業(yè)。因此，開展油茶果殼高品位資源化利用，既有益于促進(jìn)我國(guó)油茶產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，又可提高經(jīng)濟(jì)效益。
目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于油茶果殼的研究較少，油茶果殼主要被利用于提取茶皂素、木糖、糠醛以及制備活性炭等。利用天然植物纖維填充制備生物質(zhì)復(fù)合材料的研究已較為成熟，但以油茶果殼為原料制備生物質(zhì)復(fù)合材料是否可行目前仍未被提及。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服以上背景技術(shù)中提到的不足和缺陷，提供一種以油茶果殼為原料制備生物質(zhì)復(fù)合材料的方法，采用本發(fā)明所述方法制備得到的生物質(zhì)復(fù)合材料力學(xué)性能優(yōu)異，能達(dá)到木塑復(fù)合材料行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：
一種油茶果殼基的生物質(zhì)復(fù)合材料，所述生物質(zhì)復(fù)合材料包括改性油茶果殼粉和聚丙烯，所述改性油茶果殼粉占所述生物質(zhì)復(fù)合材料的質(zhì)量百分含量為30％-70％。所述改性油茶果殼粉是由油茶果殼粉先后經(jīng)氫氧化鈉溶液預(yù)處理、粉碎機(jī)粉碎、偶聯(lián)劑溶液改性得到。
一種以油茶果殼為原料制備生物質(zhì)復(fù)合材料的方法，包括如下步驟：
(1)利用堿性溶液預(yù)處理油茶果殼，預(yù)處理完成后，將油茶果殼反復(fù)清洗至成中性，于通風(fēng)處濾去水分后，在103±2℃條件下烘干備用；
(2)對(duì)經(jīng)預(yù)處理得到的油茶果殼，經(jīng)挑選除雜去處除油茶果殼外其他雜物，如油茶籽、樹枝、樹葉等后，用粉碎機(jī)粉碎，過40～100目篩，得到油茶果殼粉；
(3)將乙醇與偶聯(lián)劑混合得到偶聯(lián)劑溶液，將油茶果殼粉加入所述偶聯(lián)劑溶液中進(jìn)行改性處理，混合均勻后于陰涼環(huán)境下擱置12h～24h；
(4)將經(jīng)改性處理得到的油茶果殼粉在103±2℃條件下干燥8h以上；待混煉機(jī)升溫至148℃～176℃，將油茶果殼粉與聚丙烯于混煉機(jī)內(nèi)混合，至混料顏色均勻?yàn)橹?，制得混料A；
(5)待混料A冷卻后，將混料A加入造粒機(jī)逐塊造粒，制得混料B；
(6)將混料B均勻平鋪于模具內(nèi)，在熱壓溫度為150℃～190℃，熱壓壓力為3MPa～5MPa，熱壓成型15min后，冷卻脫模得到所述生物質(zhì)復(fù)合材料。
按固液質(zhì)量比為1:10～1:20，優(yōu)選的，固液質(zhì)量比為1：10，將堿性溶液與油茶果殼混合0.5h～3h，所述堿性溶液為NaOH溶液，所述堿性溶液的濃度為1％～2％。到設(shè)定時(shí)間后，將油茶果殼反復(fù)清洗至中性，于通風(fēng)處濾去水分后在103±2℃烘箱中烘干備用。
堿液首先去除了油茶果殼表面的蠟質(zhì)層與油脂，同時(shí)也使得果殼中的SiO2形成的非極性表層結(jié)構(gòu)遭到破壞，將纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)表露出來，三素中的羥基能很好地與液滴接觸，繼而提高了果殼的表面潤(rùn)濕性。制備人造板過程中，液體對(duì)原材料表面的接觸角大小可以在一定程度上反映出膠粘劑對(duì)原料的潤(rùn)濕性，油茶果殼非極性表層結(jié)構(gòu)的存在會(huì)影響膠粘劑的膠合效果，繼而使得用油茶果殼制備的板材強(qiáng)度不理想，而經(jīng)堿溶液處理后，油茶果殼的潤(rùn)濕性得到改善，有利于提高人造板材的力學(xué)強(qiáng)度，經(jīng)發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，堿性溶液的濃度為1％～2％，固液質(zhì)量比為1:10～1:20，優(yōu)選為1：10時(shí)，對(duì)于提高油茶果殼的表面潤(rùn)濕性效果最好。當(dāng)NaOH溶液濃度太低時(shí)，無法充分溶解油脂，但由于油茶果殼表面含油量較少，且經(jīng)干燥后表面蠟質(zhì)層發(fā)生龜裂，所以NaOH溶液濃度太高時(shí)，將溶解油茶果殼的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素。
進(jìn)一步的，所述步驟(3)中，偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑KH550、KH560、KH570中的一種，偶聯(lián)劑可以提高無機(jī)填料、無機(jī)纖維與基體樹脂之間的相容性，同時(shí)也可改善油茶果殼粉與聚丙烯之間的界面狀況。由于油茶果殼中主要成分是纖維素，纖維素中含大量的羥基，這些羥基形成分子間氫鍵或分子內(nèi)氫鍵，使油茶果殼粉具有吸水性，吸濕率可達(dá)8％～12％，且極性很強(qiáng)；而聚丙烯為非極性的，具有疏水性，所以兩者之間的相容性較差，界面的粘結(jié)力很小。使用適當(dāng)?shù)呐悸?lián)劑來改性聚丙烯與油茶果殼表面，可以提油茶果殼粉與聚丙烯之間的界面親和能力，且改性的油茶果殼粉填料具有增強(qiáng)的性質(zhì)，能夠很好地傳遞填料與聚丙烯之間的應(yīng)力，從而達(dá)到增強(qiáng)復(fù)合材料強(qiáng)度的作用。所述偶聯(lián)劑的添加量為油茶果殼粉及聚丙烯質(zhì)量總和的1％～5％，乙醇濃度為93％～96％。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
本發(fā)明采用的油茶果殼粉/PP復(fù)合材料，將目前常被丟棄或焚燒處理的油茶果殼充分利用起來，制得性能可與楊木粉/PP復(fù)合材料性能相當(dāng)?shù)膹?fù)合材料。通過本發(fā)明可以發(fā)揮油茶果殼價(jià)廉、可再生、產(chǎn)量豐富并且集中等優(yōu)點(diǎn)，改變過去資源浪費(fèi)、污染環(huán)境的利用途徑，對(duì)我國(guó)緩解木質(zhì)資源供求矛盾及環(huán)境污染日益嚴(yán)重問題將做出重要貢獻(xiàn)。
具體實(shí)施方式
為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合說明較佳的實(shí)施例對(duì)本文發(fā)明做更全面、細(xì)致地描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于以下具體實(shí)施例。
除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術(shù)語與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解含義相同。本文中所使用的專業(yè)術(shù)語只是為了描述具體實(shí)施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
除非另有特別說明，本發(fā)明中用到的各種原材料、試劑、儀器和設(shè)備等均可通過市場(chǎng)購(gòu)買得到或者可通過現(xiàn)有方法制備得到。
實(shí)施例：
參照GB/T 17657-2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》測(cè)試所有板材的靜曲強(qiáng)度、彈性模量和沖擊強(qiáng)度。
實(shí)施例1
本實(shí)施例的油茶果殼基的生物質(zhì)復(fù)合材料包括由改性油茶果殼粉和聚丙烯復(fù)合而成，其中，改性油茶果殼粉占生物質(zhì)復(fù)合材料的質(zhì)量百分含量為40％。
本實(shí)施例的以油茶果殼為原料制備生物質(zhì)復(fù)合材料的方法包括：
(1)按液固比為1:10，將濃度為1％的NaOH溶液與油茶果殼混合，在20℃條件，預(yù)處理時(shí)間為1h，將油茶果殼反復(fù)清洗至成中性，于通風(fēng)處濾去水分后，在103℃烘箱中烘干備用；
(2)將步驟(1)經(jīng)預(yù)處理得到的油茶果殼，經(jīng)挑選除雜后，用粉碎機(jī)粉碎后過60目～80目篩，得到油茶果殼粉；
(3)用95％乙醇配置偶聯(lián)劑溶液，對(duì)油茶果殼粉進(jìn)行改性處理，混合均勻后于陰涼環(huán)境下擱置24h，的偶聯(lián)劑為KH550，所述偶聯(lián)劑的添加量為油茶果殼粉及聚丙烯質(zhì)量總和的3％；
(4)將經(jīng)改性處理得到的油茶果殼粉在103℃條件下干燥8h以上；待混煉機(jī)升溫到150℃，按油茶果殼粉與PP質(zhì)量比為4：6，將油茶果殼粉與PP于混煉機(jī)內(nèi)混合，至混料顏色均勻?yàn)橹梗频没炝螦；
(5)待混料冷卻后，將混料加入造粒機(jī)逐塊造粒，制得混料B；
(6)將混料B均勻平鋪于模具內(nèi)，在熱壓溫度為180℃，熱壓壓力為4MPa，熱壓成型15min后，冷卻脫模得到油茶果殼基的生物質(zhì)復(fù)合材料。
采用本實(shí)施例的以油茶果殼為原料制備生物質(zhì)復(fù)合材料的方法制備的油茶果殼粉/PP復(fù)合材料的力學(xué)性能均能達(dá)到木塑復(fù)合材料行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，沖擊強(qiáng)度和靜曲強(qiáng)度與相同條件下制備的楊木粉/PP復(fù)合材料相當(dāng)，具體性能測(cè)試數(shù)據(jù)為：沖擊強(qiáng)度為10.08/KJ·m2，靜曲強(qiáng)度為37.81MPa，彈性模量1930MPa。
實(shí)施例2
本實(shí)施例的油茶果殼基的生物質(zhì)復(fù)合材料包括由改性油茶果殼粉和聚丙烯復(fù)合而成，其中，改性油茶果殼粉占生物質(zhì)復(fù)合材料的質(zhì)量百分含量為50％。
本實(shí)施例的以油茶果殼為原料制備生物質(zhì)復(fù)合材料的方法包括：
(1)按液固比為1:10，將濃度為1％的NaOH溶液與油茶果殼混合，在20℃條件下，預(yù)處理時(shí)間為1h，將油茶果殼反復(fù)清洗至成中性，于通風(fēng)處濾去水分后，在103℃烘箱中烘干備用；
(2)將步驟(1)經(jīng)預(yù)處理得到的油茶果殼，經(jīng)挑選除雜后，用粉碎機(jī)粉碎后過40目～60目篩，得到油茶果殼粉；
(3)用95％乙醇配置偶聯(lián)劑溶液，對(duì)油茶果殼粉進(jìn)行改性處理，混合均勻后于陰涼環(huán)境下擱置24h，的偶聯(lián)劑為KH560，所述偶聯(lián)劑的添加量為油茶果殼粉及聚丙烯質(zhì)量總和的3％；
(4)將經(jīng)改性處理得到的油茶果殼粉在103±2℃條件下干燥8h以上；待混煉機(jī)升溫到160℃，按油茶果殼粉與PP質(zhì)量比為5：5，將油茶果殼粉與聚丙烯(PP)于混煉機(jī)內(nèi)混合，至混料顏色均勻?yàn)橹?，制得混料A；
(5)待混料冷卻后，將混料加入造粒機(jī)逐塊造粒，制得混料B；
(6)將混料B均勻平鋪于模具內(nèi)，在熱壓溫度為180℃，熱壓壓力為4MPa，熱壓成型15min后，冷卻脫模得到油茶果殼基的生物質(zhì)復(fù)合材料。
采用本實(shí)施例的以油茶果殼為原料制備生物質(zhì)復(fù)合材料的方法制備的油茶果殼粉/PP復(fù)合材料的力學(xué)性能均能達(dá)到木塑復(fù)合材料行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具體性能測(cè)試數(shù)據(jù)為：沖擊強(qiáng)度為8.35/KJ·m2，靜曲強(qiáng)度為35.67MPa，彈性模量1990MPa。
實(shí)施例3
本實(shí)施例的油茶果殼基的生物質(zhì)復(fù)合材料包括由改性油茶果殼粉和聚丙烯復(fù)合而成，其中，改性油茶果殼粉占生物質(zhì)復(fù)合材料的質(zhì)量百分含量為70％。
本實(shí)施例的以油茶果殼為原料制備生物質(zhì)復(fù)合材料的方法包括：
(1)按液固比為1:10，將濃度為1％的NaOH溶液與油茶果殼混合，在20℃條件下，預(yù)處理時(shí)間為1h，將油茶果殼反復(fù)清洗至成中性，于通風(fēng)處濾去水分后，在103℃烘箱中烘干備用；
(2)將步驟(1)經(jīng)預(yù)處理得到的油茶果殼，經(jīng)挑選除雜后，用粉碎機(jī)粉碎后過80目～100目篩，得到油茶果殼粉；
(3)用95％乙醇配置偶聯(lián)劑溶液，對(duì)油茶果殼粉進(jìn)行改性處理，混合均勻后于陰涼環(huán)境下擱置24h，的偶聯(lián)劑為KH570，所述偶聯(lián)劑的添加量為油茶果殼粉及聚丙烯質(zhì)量總和的3％；
(4)將經(jīng)改性處理得到的油茶果殼粉在103±2℃條件下干燥8h以上；待混煉機(jī)升溫到160℃，按油茶果殼粉與PP質(zhì)量比為7：3，將油茶果殼粉與聚丙烯(PP)于混煉機(jī)內(nèi)混合，至混料顏色均勻?yàn)橹?，制得混料A；
(5)待混料冷卻后，將混料加入造粒機(jī)逐塊造粒，制得混料B；
(6)將混料B均勻平鋪于模具內(nèi)，在熱壓溫度為180℃，熱壓壓力為4MPa，熱壓成型15min后，冷卻脫模得到油茶果殼基的生物質(zhì)復(fù)合材料。
采用本實(shí)施例的以油茶果殼為原料制備生物質(zhì)復(fù)合材料的方法制備的油茶果殼粉/PP復(fù)合材料的力學(xué)性能均能達(dá)到木塑復(fù)合材料行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具體性能測(cè)試數(shù)據(jù)為：沖擊強(qiáng)度為8.05/KJ·m2，靜曲強(qiáng)度為26.02MPa，彈性模量2024MPa。