[发明专利]一种改性蔗渣/塑料复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于复合材料领域，公开了一种改性蔗渣/塑料复合材料及其制备方法与应用。该复合材料的制备方法包括以下步骤：配制浓度为0.25％～3％氯化钙溶液，在25℃～50℃下通过氯化钙溶液对蔗渣纤维处理5～30min；将树脂基体与去离子水、增塑剂、增塑增强剂、交联剂、助剂按一定比例在高速混合机中预混至物料温度为50℃，再加入改性后的蔗渣纤维充分混合，得到预混物；将预混物熔融挤出，制成改性蔗渣/塑料复合材料。该方法采用氯化钙溶液对蔗渣进行改性，对环境无污染，且改性后的蔗渣纤维活性大，与树脂基体的粘合力强，得到的改性蔗渣/塑料复合材料具有良好的拉伸性能，可应用在托盘、食品包装、育种、栽培等领域。

技术领域

本发明属于复合材料领域，特别涉及一种改性蔗渣/塑料复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

农业废弃植物纤维是一种广泛存在的最廉价的可再生资源。随着石油基塑料造成的白色污染日益加剧，利用可生物降解天然高分子材料替代合成高分子材料的呼声日益高涨。甘蔗渣是甘蔗制糖后的纤维素性残渣副产物，约占压榨量的24％～27％，我国是甘蔗种植的第三大国家，仅次于巴西、印度，目前我国甘蔗制糖业每年产生700万吨蔗渣，但是除少量用作造纸工业原料和饲料外，大部分作焚烧处理，既污染了环境，又造成了资源的极大浪费。甘蔗渣中纤维素约占40％～50％，蔗渣纤维分子链刚性和极性都很大且高度结晶并取向，能赋予复合材料较高的模量拉伸强度和弯曲强度，利用它来制备高分子复合材料将是其高值化利用的新途径。蔗渣结构复杂，主要由纤维素、半纤维素和木质素三部分构成。纤维素是由葡萄糖通过Β～1,4糖苷键联接而成的高分子聚合物，以聚集态存在，含有大量的结晶区，并且分子间和分子内存在大量的氢键。半纤维素结构变化随原材料的种类不同而不同，主要组成成分含有木糖、甘露糖、葡萄糖、阿拉伯糖和半乳糖等，围绕在纤维素周围，并通过纤维素的孔位深入到纤维素内部。木质素是由类苯丙烷结构组成的复杂化合物，通过化学键和半纤维素链接，包围并加固纤维素和半纤维素骨架。如此复杂的结构使蔗渣纤维活性极差，较难与其他原子或基团发生作用，直接影响了蔗渣纤维同树脂基体的粘合。因此，蔗渣纤维与树脂塑化复合前，需对蔗渣纤维进行表面改性处理。蔗渣纤维表面改性方法主要有两种：化学改性和物理改性。化学改性的方法改变了植物纤维表而的化学结构，可以改善纤维与树脂基体的界面粘结情况，有利于纤维在基体树脂中的均匀分散，从而提高复合材料的力学性能。目前化学处理的方法主要有碱处理、酸处理、接枝处理、偶联剂处理等化学改性和物理改性。化学改性主要是利用各种酸碱及氧化还原反应试剂，通过酸碱、氧化/还原等化学反应，在纤维表面引入羧基、胺基等活性或极性基团以提高纤维与树脂基体之间的粘合强度；但化学改性操作产生大量黑液，且使木质素、半纤维素大量降解，一方面是资源的浪费；另一方面对环境造成污染。物理改性如蒸汽爆破，超临界流体等不改变纤维的化学组成，但改变纤维的结构和表面性能，但这些物理改性方法较为复杂，工业化生产有一定的难度。本发明提供的改性方法采用较低浓度的无机盐氯化钙溶液在较低温度下对蔗渣进行表面改性，降低了改性成本，提高了蔗渣/塑料树脂基体的粘结强度，有利于实现工业化生产。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种改性蔗渣/塑料复合材料的制备方法。该方法采用低浓度的CaCl₂溶液在低温条件下对干燥粉碎后的甘蔗渣进行处理，利用Ca²⁺3d层的空轨道与蔗渣纤维素羟基上的孤对电子络合，降低蔗渣纤维羟基、酚羟基之间存在较强的氢键，打破纤维素的结晶结构以及半纤维素和木质素对纤维素的包裹，促进纤维素与塑料树脂的有效接触，改善甘蔗渣与树脂基体的粘结，提高蔗渣增强复合材料的性能，实现农业废弃物甘蔗渣到复合材料等产品的高附加值转化。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的改性蔗渣/塑料复合材料。

本发明再一目的在于提供上述改性蔗渣/塑料复合材料在托盘、食品包装、育种、栽培领域中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种改性蔗渣/塑料复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：