[发明专利]一种秸秆与热固性树脂复合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种秸秆和热固性树脂复合物及其制备方法。 

背景技术

我国农民对作物秸秆的利用有悠久的历史，只是由于从前农业生产水平低、产量低，秸秆数量少，秸秆除少量用于垫圈、喂养牲畜，部分用于堆沤肥外，大部分都闲置在田地里。随着农业生产的发展，我国粮食产量大幅提高，秸秆数量也多，加之省柴节煤技术的推广，烧煤和使用液化气的普及，使农村中有大量富余秸秆。据统计，我国大部分农村地区秸秆利用效率低，仅为25%，其余大量秸秆仍被焚烧。秸秆焚烧不仅造成环境污染，而且秸秆焚烧带来的烟尘已经成为诱发交通事故、影响航运、影响人的身体健康的主要因素。将秸秆进行资源化利用，不但能缓解能源及资源短缺，还可以解决因秸秆焚烧带来的环境污染，减少温室气体排放。目前，利用秸秆制备树脂基复合物已经有一些报道，但是，目前利用秸秆的复合物一般需要粉碎、碱处理，工艺繁琐，而且力学性能偏低，同时秸秆在复合物中所占比例偏低，制造的秸秆复合物附加值偏低，环保性不足。 

热固性树脂基复合物具有比强度高、比模量大、性能可设计性强等诸多优点，广泛用于航空航天、体育器材、建筑、化学、交通运输、机械电器、电子工业及医疗、国防等领域。然而，热固性树脂本身脆性大、延伸率低、不易于成型，需要纤维等填充体进行增强、增韧。目前常用纤维包括碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、PBO纤维、石英纤维等价格昂贵，不利于热固性树脂基复合物的推广应用。 

发明内容

本发明的目的是要解决现有的热固性树脂基复合物的中增强体价格昂贵，不利于热固性树脂基复合物的推广应用的技术问题，而提供一种秸秆与热固性树脂复合物及其制备方法。 

本发明的一种秸秆与热固性树脂复合物的结构表示为：A-O-Si-R-B，其中A表示秸秆，B表示热固性树脂，R为氨基、巯基、乙烯基、环氧基、氰基、甲基丙烯酰氧基或烷氧基。 

上述的秸秆与热固性树脂复合物的制备方法按以下步骤进行： 

一、将秸秆烘干至秸秆中水分的质量百分比≤5%；然后将秸秆压扁；所述的秸秆为麦秸秆或水稻秸秆； 

二、将经步骤一处理的秸秆在浸润剂溶液中浸渍，然后烘干，使秸秆中浸润剂的质量含量为0.1wt%～1wt%； 

三、将经步骤二处理的秸秆与热固性树脂混合物混合后模压成型，得到秸秆与热固性树脂复合物；其中热固性树脂混合物包括热固性树脂和固化剂。 

其中步骤二中所述的浸润剂溶液按体积百分比由0.5%～3%的偶联剂、1%～5%的水和92%～98.5%的乙醇组成的混合溶液。其中的偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂； 

硅烷偶联剂的通式为RSiX₃，式中R为氨基、巯基、乙烯基、环氧基、氰基或甲基丙烯酰氧基，这些基团R与不同的基体树脂均具有较强的反应能力，式中X为能够水解的烷氧基，如甲氧基或乙氧基； 

钛酸酯偶联剂通式为RO_(4-n)Ti(OX-R’-Y)_n，n=2或3；其中RO-是可水解的短链烷氧基，能与无机物表面羟基起反应，从而达到化学偶联的目的；OX-是羧基、烷氧基、磺酸基或磷基。 

步骤三中所述的热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯树脂、聚酰亚胺、呋喃树脂或有机硅树脂； 

秸秆中含有纤维素、半纤维素和木质素，纤维中含有大量的羟基，浸润剂也是含有羟基的物质，同时秸秆外表面含有的酯、蜡，本发明中先将秸秆压扁，破坏秸秆表面，再用浸润剂处理，在秸秆的表面及内部形成反应官能团。通过选择合适的偶联剂官能团，增强秸秆表面的表面能，同时增强其与热固性树脂之间的浸润性，并且，经过处理的秸秆裸露的官能团还可以与树脂形成化学键，进一步增强秸秆与树脂之间的界面结合。本发明的采用环氧树脂体系的秸秆与热固性树脂复合物的拉伸强度为100～200MPa，弯曲强度为85～185MPa，层间剪切强度为75～145MPa，可在100℃的条件下长时间使用；本发明的采用酚醛树脂体系的秸秆与热固性树脂复合物的拉伸强度为80～140MPa，弯曲强度为73～105MPa，层间剪切强度为58～97MPa，150℃下长时间使用；本发明的采用不饱和聚酯树脂体系秸秆与热固性树脂复合物的拉伸强度为65～132MPa，弯曲强度为65～100MPa，层间剪切强度为70～120MPa，80℃下长时间使用。