[发明专利]一种以甜高粱渣作为增强相的木塑复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术，具体是一种以甜高粱渣为增强相的木塑复合材料及其制备方法。 

背景技术

木塑复合材料（Wood-Plastic Composites，简称WPC）是利用废弃木材、农作物秸秆等经粉碎而制成粉体后，与塑料一并作为原料，再加入各种助剂，经热压复合或熔融挤出等加工工艺而制作的一种高性能、高附加值的新型复合材料。近年来，由于木塑复合材料的木质材料正在扩大向各种植物纤维材料发展，例如甜高粱渣、木薯渣、稻壳等。因此，从广泛意义上讲，木塑复合材料是以各种植物纤维为基体，与不同塑料形成的一类新型复合材料。

该材料具有植物纤维和高分子材料两者的优点，能替代木材，可有效地缓解我国森林资源贫乏、木材供应紧缺的矛盾，由于植物纤维的可再生性、可被环境消纳性，所以WPC 是一种极具发展前途的绿色环保材料，其生产技术也被认为是一项有生命力的创新技术。

甜高粱在我国是非常有前景的一种能源植物，从其中提取糖分进行发酵法生产燃料乙醇已经得到了广泛研究，但是其发酵完残渣还未被综合利用。利用甜高粱渣作为木塑复合材料的增强相是一条很好的利用途径。

甜高粱渣的纤维形态和化学组成与木材基本相似，但甜高粱渣次要成分较多，含糖量和各种低分子量的碳水化合物含量要高于木材，这都不利于原料的处理，对加工工艺和产品性能产生不利影响。植物纤维中起增强作用的组分主要是纤维素，所以纤维素在纤维中的含量对增强材料的性能起到很大的影响。

经过乙醇丁醇发酵后，里面的糖分和半纤维素等成分被大量消耗，再通过对甜高粱渣进行碱氧法与蒸汽爆破法联合预处理。其中碱氧法处理能有效除去甜高粱渣内大量木质素，而且使得纤维表面变得粗糙；经过蒸汽爆破处理能有效去除甜高粱渣内部分半纤维素，纤维的长径比最大。除去大部分木质素和半纤维素，剩下大量的纤维素，对提高木塑复合材料的力学性能有很大帮助。

甜高粱渣经过碱氧法与蒸汽爆破法联合处理后的纤维素、半纤维素、木质素成分含量如表1：

可以看出经过预处理的甜高粱渣中纤维素成分含量最高。

随着塑料的广泛应用，废弃塑料的处理日益引起人们的重视。一般废弃塑料的处理主要有以下3种方式：填埋、焚烧、回收再生利用。废旧塑料的回收再利用不仅减少环境污染问题，而且节约资源，是处理废弃塑料的首选方案。通过将植物纤维与回收塑料复合，形成新的复合材料——木塑复合材料，不但可有效的解决单一材料的某些性能缺陷，而且这些木塑复合材料在建筑、工程领域的广泛应用对于解决废弃塑料的回收利用、长期利用问题也是一条十分有效的途径。

甜高粱渣木塑复合材料使用回收塑料，在节省成本的同时保护了环境。该种甜高粱渣木塑复合材料在减少环境污染，保护森林资源，促进经济发展方面都有很好的经济效益、社会效益和生态效益。

公开号为CN1257890A的中国专利申请提供了类似的一种由木粉增强的塑料复合材料。该发明使用聚丙烯的接枝物作为木粉和聚丙烯的偶联剂。但是该专利并不使用回收塑料，成本较高且不环保。

公开号为CN101245189A的中国专利申请提供了稻草、稻壳纤维基木塑复合材料及其制备方法。该发明使用稻草、稻壳或两者混合物作为增强相。润滑剂选用二甲基硅油、聚酯蜡中的一种或两种。该专利也使用热混法除湿，但是该专利利用锥形双螺杆进行热混，温度185-200℃。而甜高粱渣则采用高速热混机直接进行热混，温度为100-180℃，能很好的节约能效。

公开号为CN101708614B的中国专利申请提供了一种高强度木塑复合材料板材及其制备方法。该发明并未对木粉进行预处理而直接造粒。

公开号为CN101747641A的中国专利申请提供了一种聚乙烯基木塑复合材料及其制备方法。该发明的聚乙烯基木塑复合材料的弯曲强度为27.2MPa，弯曲模量为3450MPa，吸水膨胀率为0.12%。而甜高粱渣/聚乙烯基复合材料的弯曲强度31.7 MPa，弯曲弹性模量为3774MPa，吸水膨胀率为0.1%。性能均优于该发明。

发明内容

本发明的第一个目的是提高甜高粱渣中纤维素的相对含量，从而提高甜高粱渣木塑复合材料的力学性能，替代现有的木粉。第二个目的是提供以甜高粱渣作为增强相的一种木塑复合材料及其制备方法。