一種秸稈基材料的制備及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于新材料領域，具體來說涉及一種改性秸桿基材料，利用這種改性秸桿基材料制備的復合塑料材料、這種秸桿源基材和塑料復合以及秸塑產(chǎn)品的制備和使用方法。
【背景技術】
[0002]全球每年通過生物合成的纖維素超過了現(xiàn)有石油貯量，其主要存在形式為草本生物質(zhì)和農(nóng)作物秸桿，但是其90%以上通過微生物降解又很快變成C02，回到了大自然循環(huán)，這部分纖維的利用的研究是目前行業(yè)的一個方向。
[0003]秸桿利用的方向之一是開發(fā)秸塑產(chǎn)品，以減少森林砍伐量，在充分利用秸桿資源的同時，獲得環(huán)境保護效益。但是要建立秸塑產(chǎn)業(yè)，其中需要解決秸桿與塑料復合的一個關鍵問題，即需要對秸桿進行改性。眾所周知，秸桿的密度較低，如油菜秸桿的整體容重為0.31左右，水稻秸桿的整體容重為0.4左右，而塑料的為1.0左右。因此秸桿改性的關鍵是增加秸桿生物質(zhì)的質(zhì)量，使之與塑料的整體容重處于接近水平，從而實現(xiàn)秸桿材料與塑料的順利復合。
[0004]秸桿的主要成分是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和灰分。自然界中存在大量的秸桿生物質(zhì)，這些生物質(zhì)轉化為生物基新材料，尤其是與塑料復合后的的新材料可能替代木塑材料，不僅為秸桿的工業(yè)化利用提供重要途徑，也將減少木塑產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展對森林的威脅。將植物纖維材料與塑料復合由于其環(huán)境友好性質(zhì)而已經(jīng)開始得到應用。例如中國專利申請200610030671.8公開了一種再生木質(zhì)復合材料，其中的塑料可以采用回收再生材料，超細纖維材料由木屑、樹枝、農(nóng)作物秸桿、堅果殼或竹子中的一種或多種磨制而成。201010186314.7也公開了一種秸桿纖維增強聚酯模塑料及其制備方法，其采用秸桿纖維增強聚酯型塑料的強度，組成包括聚酯反應組分、填料、增稠劑及脫模劑，以及最后加入的秸桿纖維。
[0005]但是植物纖維種類不一，也具有不同的特性。正如申請201010186314.7中所提出，與由喬木材料獲得的纖維相比，農(nóng)作物秸桿纖維密度較低，粉碎后堆積密度只有0.06-0.10g/cm3，遠遠低于塑料或廢塑料的堆積密度，而礦石粉粉碎后的堆積密度則高于塑料。植物纖維與塑料成分之間本身即存在著難以相容的問題，就農(nóng)作物秸桿而言，更由于密度輕和界面相容性不好，造成秸桿容易上浮團聚，不能混合均勻，從而難以替代木粉的作用。因此，在農(nóng)作物秸桿與塑料復合前需要進行秸桿粉的改性，而不是直接添加，是非常關鍵的環(huán)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明通過對秸桿粉進行改性，使其能夠容易與塑料復合，從而替代木粉，節(jié)省木材，更為環(huán)境友好。
[0007]具體來說，本發(fā)明采用的是以下技術方案: 一種秸桿基材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:
a)秸桿粉:將秸桿粉碎至50-350目；
b)礦物原料:將礦物原料粉碎至60-1000目；
c)混合步驟:秸桿粉中加入礦物原料，進行預混合，加熱烘干，升溫至70-17(TC，并保持10分鐘以上，隨后進行高速混合，充分混合后，在90-130°C下保持10分鐘以上，獲得改性秸桿粉；其中以秸桿粉為100份計，礦物原料粉的用量為20-500份。
[0008]優(yōu)選地，在混合的過程中，還加入己內(nèi)酰胺、酯化劑和偶聯(lián)劑，其中以秸桿粉為100份計，己內(nèi)酰胺的用量為0-25份，酯化劑的用量為0.2-15份，偶聯(lián)劑的用量為0-15份。
[0009]優(yōu)選地，步驟a)中秸桿被粉碎至55-110目；步驟b)中礦物原料被粉碎至80-600目；步驟c)中秸桿和礦物原料被加熱至90-120°C ;混合溫度為95-115°C。
[0010]優(yōu)選地，所述秸桿粉是指通過粉碎加工包括農(nóng)田秸桿、入侵植物秸桿和食品加工過程中的含纖維廢棄物在內(nèi)的秸桿獲得的全價秸桿粉或在秸桿加工過程中形成的灰分和其它生物基礦物質(zhì)；礦物原料是指石英粉、云母粉碳酸鈣、滑石粉、碳酸鈣、硅灰石、硅酸鈣、玻璃微珠、硫酸鋁、粉煤灰等二價或三價礦物原料或多種礦石的混合物。
[0011]更優(yōu)選地，酯化劑是指馬來酸酐、乙酸、鄰苯二甲酸酐、琥珀酸酐、丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚異丁烯、乙丙三元橡膠或者上述一或多種酯化劑的復合；偶聯(lián)劑是指商業(yè)的硅烷偶聯(lián)劑、異氰酸酯偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑或者上述一或多種偶聯(lián)劑的復合。
[0012]本發(fā)明還公開了一種改性秸桿粉制備復合塑料的方法，其特征在于，所述方法包括將通過上述權利要求中任一項所述的秸桿基材料的制備方法獲得的改性秸桿粉與塑料母料塑化復合形成秸塑母料，其中以改性秸桿粉為100份計，塑料母料的用量為20-550份。
[0013]優(yōu)選地，在改性秸桿粉與塑料母料塑化復合過程中還加入了接枝劑、增塑劑和潤滑劑，其中以改性秸桿粉為100份計，接枝劑和增塑劑的用量分別為0.1-10.5份和0-7.5份，潤滑劑的用量為1.0-8.8份。
[0014]優(yōu)選地，塑料母料包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚乳酸(PLA)、聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚苯乙烯(PS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯硫醚(PPS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯醚(ΡΡ0)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)或丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)中的1種或至少2種的組合，或者是回收的廢舊塑料。
[0015]更優(yōu)選地，接枝劑是指二乙胺-二甲基亞砜、多聚甲醛、聚酰胺或具備類似功能的原料，或者是一或多種接枝劑的復合；增塑劑是指鄰苯二甲酸二辛酯、二丁酯或具備類似功能的原料，或者是一或多種增塑劑的復合；潤滑劑是指乙撐雙硬脂酰胺(EBS)、季戊四醇(PER)、硬脂酸或者是一或多種前述潤滑劑的復合或具有類似功能的商品潤滑劑。
[0016]本發(fā)明進一步公開了一種制造秸塑制品的方法，其特征在于，所述方法包括利用所述的改性秸桿基材料制備復合塑料的方法獲得的秸塑母料與塑料原料在加入抗老化劑的情況下復合，用于制造秸塑制品，其中以秸塑母料為100份計，抗老化劑的用量為0.2-2.5 份。
[0017]優(yōu)選地，抗老化劑是選自2-巰基苯并咪唑(防老劑MB)、丙酮與二苯胺的高溫縮合物(防老劑BLE)、N-苯基-2-萘胺(防老劑丁)、N，N’ - 二( β -萘基)對苯二胺(防老劑DNP)、6-乙氧基-2，2，4-三甲基-1，2- 二氫化喹啉(防老劑AW)、苯乙烯化苯酚(防老劑SP)、2，6_ 二叔丁基-4-甲基苯酚(防老劑264)、對甲酚與雙壞戊二烯丁基化反應產(chǎn)物(防老劑616)、聚羥基對苯基甲酸鋅(防老劑D-50 )、N，N- 二丁基二硫代氨基甲酸鎳(防老劑NBC)、2，2，4-三甲基-1，2- 二氫化喹啉聚合體(防老劑RD)、N-異丙基-N’ -苯基對苯二胺(防老劑4010NA)、N-(1，3- 二甲基)丁基-N’ -苯基對苯二胺(防老劑4020)、N_苯基-1-萘胺(防老劑甲)中的一種或多種的復合。
[0018]同時，本發(fā)明進一步公開了改性秸桿粉和秸塑母料制備秸塑產(chǎn)品的使用方法，所述秸塑產(chǎn)品包括秸塑地板、秸塑模板、秸塑家具、秸塑建筑材料和整體房屋、秸塑景觀材料；所述使用方法包括將通過前述秸桿基材料的制備方法獲得的改性秸桿粉或通過前述改性秸桿基材料制備復合塑料的方法獲得的秸塑母料與塑料母料直接復合形成秸塑產(chǎn)品，其中按改性秸桿粉為100份計，塑料母料的用量為20-550份。
[0019]另外，本發(fā)明還公開了一種制備秸塑藤條的方法，其特征在于，所述方法包括將上述的秸桿基材料的制備方法獲得的改性秸桿粉或利用改性秸桿基材料制備復合塑料的方法獲得的秸塑母料與塑料母料復合并直接加工成秸塑藤條，用于替代全塑料藤條，其中所述秸塑藤條為扁形或圓形。
[0020]優(yōu)選地，所述秸塑藤條為單股或多股編織而成。
[0021]更優(yōu)選地，所述秸塑藤條的股數(shù)為1至3股。
[0022]有益效果:本發(fā)明的方法制造的改性秸桿粉可以替代木粉在木塑行業(yè)中應用，形成秸塑新材料；不僅為農(nóng)田秸桿找到新的用途，同時減少了木材的使用，更為環(huán)境友好。
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明公開一種對秸桿改性的方法，通過對秸桿改性，增加秸桿粉的容重，以實現(xiàn)秸桿粉與塑料材料的復合，從而獲得秸桿來源的復合材料，也就是秸桿與礦石粉復合新材料，本發(fā)明還公開通過將上述改性秸桿粉與塑料復合來制造秸桿改性復合塑料的方法，即通過將上述改性秸桿粉與塑料進一步復合來形成秸桿-