[发明专利]一种棉杆与塑料复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于天然植物纤维复合材料及木塑复合材料技术领域，具体是指一种棉杆与塑料复合材料的制备方法。

背景技术

我国是世界上产棉大国，据统计，2007年我国棉花种植面积达8265万亩，皮棉产量达710万吨。产地分布广阔，从新疆到南方共14个省市区都有种植，新疆是我国的产棉大区，产量占全国的1/4。

棉花应用价值巨大，棉纤维是纺织工业的重要原料；棉籽仁是油脂工业、食品工业重要的油料来源，同时也是食品和饲料的丰富的蛋白质库；棉籽壳是食用菌培养和其它农作物重要的能量来源。

棉花植株中茎杆和枝条在整株棉花中占了绝大部分，棉花是一年生草本植物，棉花采摘后，茎杆和枝条便成为废弃物。虽然目前已有部分用于造纸和制作纤维板，但还有大量的找不到出路，成为棉农的一大负担。

棉杆的成分主要是纤维素、半纤维素和木质素，其主要成分与麻秆、芒杆、竹木相似，而我国的森林资源贫乏，木材紧缺。“以草代木”，全面发展“塑木”产品代替木材是我国的国策之一。“塑木”产品兼有木材和塑料的性能，又可重复再生使用，是一种很好的环保材料。

由于棉杆纤维是极性材料，而塑料是一种树脂，两者很难直接相容，要解决其难容问题，还必须把棉杆纤维改性，有一定的技术难度。

发明内容

为了解决上述棉杆与塑料复合过程中的技术问题，本发明的目的在于提供一种棉杆与塑料复合材料的制备方法。该方法以棉杆和塑料树脂(如PVC、PP、PE等)为原料，解决了棉杆纤维与塑料的相容性问题，生产得到的复合材料在很多场合下可以替代现有的木材。

本发明的目的通过以下技术方案来实现，一种棉杆与塑料复合材料的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：

第一步，将棉杆粉碎成40～160目的棉杆粉后，干燥至含水量≤3％，得到干燥的棉杆粉；同时将塑料树脂和相容剂分别干燥；

第二步，本发明中，采用偶联剂法对棉杆粉进行改性处理，具体做法是：在80～110℃温度下，向混合机中干燥的棉杆粉边混合边喷洒偶联剂溶液，混合时间为5～20分钟；制得改性棉杆粉；所述偶联剂溶液的用量为棉杆粉重量的1～2％，所述偶联剂溶液是按照偶联剂∶无水乙醇＝1∶2～3的重量比进行稀释配制而成的；

第三步，按重量份数计，将30～70份改性棉杆粉与30～70份塑料树脂，0～10份相容剂，2～8份润滑剂，4～10份稳定剂，0～1.0份抗氧化剂，0～10份填料，0～20份阻燃剂，混合均匀，制得混合物料；

第四步，将上述混合物料加入挤出机中挤出，得到棉杆与塑料复合材料。这种材料可以是粒状的半成品(粒料)，也可以直接挤出成板材或型材；还可以用粒料在注塑机上注塑成品。

为了更好地实现本发明，第一步中，所述棉杆粉的干燥温度为80～90℃，干燥时间为6～10小时；所述塑料树脂和相容剂分别在70～100℃下干燥1～3小时。所述塑料树脂包括聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)或线性低密度聚乙烯(LLDPE)中的一种或一种以上混合物；所述相容剂包括马来酸酐接枝聚丙烯(PP-G-MAH)，马来酸酐接枝聚乙烯(PE-G-MAH)、马来酸酐接枝高密度聚乙烯(HDPE-G-MAH)或EAA(乙烯-丙烯腈-丙烯酸酯共聚物)中的一种或一种以上混合物。

第二步中，所述偶联剂包括硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-560、钛酸酯偶联剂NDZ-311、钛酸酯偶联剂NDZ-101或铝锆酸酯偶联剂等。

第三步中，所述润滑剂包括聚乙烯蜡(PE蜡)、EBS(乙撑双硬脂酰胺)、HST(硬脂酸)、复合润滑剂CaST(硬脂酸钙)或复合润滑剂ZnST(硬脂酸锌)中的一种或一种以上混合物；所述稳定剂为稀土稳定剂；所述抗氧化剂为抗氧化剂168和抗氧化剂1010；所述填料包括碳酸钙(CaCO₃)或滑石粉；所述阻燃剂包括三氧化二锑或十溴二苯醚。

第四步中，所述混合物料通过同向平行双螺杆挤出机造粒或直接通过锥形双螺杆挤出机挤出成板、型材，所述同向平行双螺杆的加热温度为120～180℃，转速为60～100rpm；所述锥形双螺杆挤出机的加热温度为120～180℃，转速为60～100rpm。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明很好的解决了棉杆与塑料的相容性及原料表面处理技术等问题，实现了棉杆废弃物的综合利用，可代替资源短缺的木材使用，也增加了棉农种植棉花的附加值，解决了棉杆废弃物的利用问题。