利用植物秸秆和废旧塑料制造木塑复合材料的方法及其材料

摘要

本发明涉及一种利用植物秸秆和废旧塑料制造木塑复合材料的方法及其材料，将聚酯和植物木质纤维材料如木屑、竹粉、稻壳、秸梗等材料按一定比例混合，并添加特制的助剂，经高温、挤压、成型等工艺制成复合建筑型材，该木塑材料可代替木材、塑料等，主要用于包装、建材、家具、物流等行业。本发明加工工艺简单，所生产的产品具有良好的加工性能和强度性能、优良的耐水、耐腐性能以及可调整性能，原料来源和用途都十分广泛，尤其是可以利用北方地膜种植模式下所回收的含有残旧地膜的植物秸秆和废旧塑料进行生产，既废旧利用，又能有效地抑制目前地膜种植对土地的污染。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种利用植物秸秆制造木塑复合材料的方法及该方法所得到的材料，尤其是一种主要利用北方地膜种植模式下所回收的含有残旧地膜的植物秸秆及废旧塑料残膜制造的木塑复合材料的方法及该方法所得到的材料。

背景技术：

目前农业生产所产生的大量秸秆，一是粉碎还田作为肥料，但是该种处理方法的长期使用，会增加作物病害发生的可能，其利用的价值也较低；二是作为燃料，其利用的价值大为降低，还有的则是作为废弃物处理，如焚烧处理，既造成资源的浪费，又污染环境。

有人利用来制造压缩纤维板，而由于工艺上的原因，如必须添加大量的粘合剂，尤其是其中含有一定量的甲醛，而用于民用建筑材料就会对人体形成危害，再则由于制造工艺原因其强度一般较低，用途受到了限制。

还有人利用植物秸秆作为造纸原料，但目前很多农业产区，尤其是北方干旱地区大量使用地膜种植模式，在回收秸秆时残旧地膜也大量混于其中，对于造纸来说是致命的问题，将其分离非常困难，根据目前的工艺方法来说几乎是不可能的，因而使其无法用于造纸。

同时在地膜种植过程中还产生大量的残膜，目前回收后一是塑料加工企业作为回收料再利用，但由于混迹其中的大量杂物的分离困难而难以利用。

与此同时，我们日常生活中也会产生大量的废旧塑料，其再生利用

因此一种能够有效利用利用植物秸秆，尤其是利用北方地膜种植模式下所回收的含有残旧地膜的植物秸秆的利用方法及利用该方法所制造的高强度的环保型材料，尤其是能够应用于民用建筑的环保型材料就应运而生。

发明内容：

本发明的目的是提供一种能够有效利用植物秸秆，尤其是利用北方地膜种植模式下所回收的含有残旧地膜的植物秸秆制造建筑材料的方法以及利用该方法所生产的复合建筑材料。

本发明是将聚酯和植物木质纤维材料如木屑、竹粉、稻壳、秸梗等材料按一定比例混合，并添加特制的助剂，经高温、挤压、成型等工艺制成复合建筑型材，该木塑材料可代替木材、塑料等，主要用于包装、建材、家具、物流等行业。

木塑挤出成型的基本工艺原理是：将树脂颗粒与植物纤维粉末混合在一起干燥和改性后，送入挤出机，使混合物料在一定的温度和压力下，对其进行剪切和混炼，加之特殊的改性剂的作用，使树脂的高分子与植物纤维粉末形成特有的分子网状结构，使得挤出型材具备良好的加工性和优异的物理化学性能。

本发明所述利用植物秸秆和废旧塑料制造木塑复合材料的方法主要包含以下工艺过程：

(1)、将回收的干燥的植物秸秆粉碎并过250～850μm孔径筛，烘干至水分含量≤3％，得植物纤维粉末备用；

(2)、将废旧塑料，如废旧薄膜、滴灌带等废旧塑料粉碎至≤3cm的碎片，清洗至泥沙含量≤1％，脱水烘干至含水量≤5％，送入造粒机造粒，粒径≤3mm(或1～3mm)得树脂颗粒备用；

(3)、复合助剂配制：复合助剂按如下重量比分配制：相容剂DBP：15～25份；偶联剂马来酸酐节脂：25～35份；润滑剂：25～35份，润滑剂为聚酯蜡、聚乙烯蜡、石蜡中的至少一种；上述的复合助剂中还可加入≤25份的下列助剂中的一种或几种：阻燃剂：磷酸三苯酯、六溴苯、氯化联苯的一种或几种；光稳定剂：TBS、UV-531、UV-24的一种或几种；着色剂：铁红、炭黑、铁蓝、钛白粉中的一种。

(4)成型：按重量将上述的植物纤维粉末40～60％、树脂颗粒35～55％、复合助剂5～10％充分拌和均匀，在140～160℃温度、15～20MPa压力下挤压成型；

(5)烘干：在温度50～70℃下烘干至含水量≤2％，即得到本发明的利用植物秸秆和废旧塑料制造的木塑复合材料。

上述的成型工艺最好采用双螺杆挤出机挤出，其挤出转速为：8～15转/分。

料筒温度控制在170～200℃之间，合流芯温度控制在140～160℃之间。

熔体压力：控制在15～20MPa。

本发明加工工艺简单，所生产的产品具有以下优点：

(1)、良好的加工性能：如可锯、可钉、可刨，使用木工器具即可完成，且握钉力明显优于其它合成材料；

(2)、良好的强度性能：

木塑复合材料内含聚酯，因而具有较好的弹性模量。此外，由于内含木质纤维并经树脂固化，因而具有与硬木相当的抗压、抗冲击等物理机械性能，并且其耐用性明显优于普通木质材料；

(3)、优良的耐水、耐腐性能：

木塑材料及其产品，可抗强酸碱，耐水、耐腐蚀，并且不繁殖细菌，不易被虫蛀和真菌感染；

(4)、优良的可调整性能：

通过助剂，树脂可以发生聚合、发泡、固化、改性等变化，从而改变木塑材料的密度、强度等特性，还可以达到抗老化、防静电、阻燃等特殊要求；

(5)、原料来源广泛：

木塑材料除了使用助剂以外，主要原料为聚酯和木质纤维，其来源非常广泛，供货渠道也相对比较稳定，尤其是可以利用北方地膜种植模式下所回收的含有残旧地膜的植物秸秆和废旧塑料进行生产，既废旧利用，又能有效地抑制目前地膜种植对土地的污染；

(6)、用途广泛：

该种材料具备木材和塑料的双重特点，具备防腐、防潮、防虫蛀、防变形、不开裂、不翘曲、可钉、可刨、可切割等特点，用途十分广泛，比如在护墙板、集装箱底板、壁板、装饰板、建筑模板、铁路轨枕、高速公路隔音板、江河湖海装饰实用性路边板、包装和物流用的包装板、货运托盘、仓储货架、船舶和火车及房屋隔板、城市园林装饰建筑、露天桌椅、垃圾箱、花架、大型超市货架及公路下水道盖、汽车内饰板等等领域均可使用。

具体具体方式：

实施例1：

(1)、将回收并干燥至水分含量低于15％的棉花秸秆粉碎至并过250μm筛，烘干至水分含量≤3％，得粒径250μm以下的植物纤维粉末备用；

(2)、将废旧薄膜粉碎至≤3cm的碎片，清洗至泥沙含量≤1％，脱水烘干至含水量≤5％，先在80℃温度下团粒后送入造粒机造粒，过筛子取粒径≤3mm树脂颗粒备用；

(3)、按重量取DBP、马来酸酐节脂、聚酯蜡按25：25：25比例混合备用；

(4)按重量取上述的植物纤维粉末60％、树脂颗粒35％、复合助剂5％充分拌和均匀，采用双螺杆挤出机挤压成型，料筒温度控制在175℃，合流芯温度控制在150℃，挤出压力15Mpa、转速为10转/分；

(5)烘干：在温度55℃下烘干至含水量≤2％，即得到本发明的木塑复合材料。

实施例2：

(1)、将回收并干燥至水分含量低于20％的棉花秸秆粉碎至并过500μm筛，得粒径500μm以下的植物纤维粉末，烘干至水分含量≤2％备用；

(2)、将废旧薄膜粉碎至≤5cm的碎片，清洗至泥沙含量≤1％，脱水烘干至含水量≤2％，先在88℃温度下团粒备用，将废旧滴灌带粉碎至≤1cm的碎片，清洗至泥沙含量≤1％，脱水烘干至含水量≤2％，与上述团粒后的废旧薄膜料一同送入造粒机造粒，过筛取粒径≤3mm的树脂颗粒备用；

(3)、按重量取DBP、马来酸酐节脂、聚乙烯蜡按15：25：35比例混合，混合的同时加入磷酸三苯酯和TBS各5份备用；

(4)按重量取上述的植物纤维粉末50％、树脂颗粒40％、复合助剂10％充分拌和均匀，采用双螺杆挤出机挤压成型，挤出机的料筒温度控制在190℃，合流芯温度控制在160℃，挤出压力20Mpa、转速为13转/分；

(5)烘干：在温度70℃下烘干至含水量≤2％，即得到本发明的木塑复合材料。

实施例3：

(1)、将回收并干燥至水分含量低于20％的棉花秸秆粉碎至并过840μm筛，烘干至水分含量≤3％，得粒径800μm以下的植物纤维粉末备用；

(2)、将混合的废旧塑料如矿泉水瓶、废旧滴灌带等的混合物，粉碎至≤2cm的碎片，清洗至泥沙含量≤1％，脱水烘干至含水量≤5％，送入造粒机造粒，过筛子取粒径≤2mm的树脂颗粒备用；

(3)、按重量取DBP、马来酸酐节脂、石蜡按20：35：25比例混合，同时加入UV-531、六溴苯5份和10份备用；

(4)按重量取上述的植物纤维粉末55％、树脂颗粒45％、复合助剂5％充分拌和均匀，采用双螺杆挤出机挤压成型，挤出机的料筒温度控制在185℃，合流芯温度控制在140℃，挤出压力25Mpa、转速为15转/分；

(5)在温度65℃下烘干至含水量≤2％，即得到本发明的木塑复合材料。

实施例4：

(1)、将回收并干燥至水分含量低于12％的棉花秸秆粉碎至并过710μm筛，烘干至水分含量≤3％，得粒径710μm以下的植物纤维粉末备用；

(2)、将废旧薄膜粉碎至≤5cm的碎片，清洗至泥沙含量≤2％，脱水烘干至含水量≤2％，先在95℃温度下团粒后备用，将废旧滴灌带粉碎至≤1cm的碎片，清洗至泥沙含量≤2％，脱水烘干至含水量≤2％，与上述团粒后的废旧薄膜料一同送入造粒机造粒，过筛取粒径≤5mm的树脂颗粒备用；

(3)、按重量取DBP、马来酸酐节脂、聚酯蜡按勤工作18：25：35比例混合，混合的同时加入UV-24、氯化联苯、磷酸三苯酯各3份，得复合助剂备用；

(4)按重量取上述的植物纤维粉末55％、树脂颗粒38％、复合助剂7％，采用双螺杆挤出机挤压成型，挤出机的料筒温度控制在195℃，合流芯温度控制在155℃，挤出压力20Mpa；

(5)烘干：在温度65℃下烘干至含水量≤2％，即得到本发明的木塑复合材料。

实施例5：

(1)、将回收并干燥至水分含量低于18％的棉花秸秆粉碎至并过350μm筛，烘干至水分含量≤3％，得粒径350μm以下的植物纤维粉末备用；

(2)、将混合的废旧塑料如矿泉水瓶、废旧滴灌带等的混合物，粉碎至≤2cm的碎片，清洗至泥沙含量≤1％，脱水烘干至含水量≤3％备用；将废旧薄膜粉碎至≤8cm的碎片，清洗至泥沙含量≤1％，脱水烘干至含水量≤3％，在80℃温度下团粒备用；将上述团粒后的废旧薄膜料与所述混合备用料一同送入造粒机造粒，过筛取粒径≤4mm的树脂颗粒备用；

(3)、按重量取DBP、马来酸酐节脂、聚酯蜡按20：35：25比例混合，混合的同时加入磷酸三苯酯、六溴苯各3份，得复合助剂备用；

(4)按重量取上述的植物纤维粉末47％、树脂颗粒43％、复合助剂10％充分拌和均匀，采用双螺杆挤出机挤压成型，挤出机的料筒温度控制在200℃，合流芯温度控制在160℃，挤出压力15Mpa；

(5)烘干：在温度65℃下烘干至含水量≤2％，即得到本发明的木塑复合材料。

实施例6：

(1)、将回收并干燥至水分含量低于12％的棉花秸秆粉碎至并过300μm筛，烘干至水分含量≤3％，得粒径300μm以下的植物纤维粉末备用；

(2)、将废旧滴灌带粉碎至≤3cm的碎片，清洗至泥沙含量≤1％，脱水烘干至含水量≤3％，送入造粒机造粒，过筛子取粒径≤2mm树脂颗粒备用；

(3)、按重量取DBP、马来酸酐节脂、聚酯蜡按22：25：35比例混合，混合的同时加入炭黑5、UV-247份、六溴苯4份、磷酸三苯酯4份，得复合助剂备用

(4)按重量取上述的植物纤维粉末40％、树脂颗粒55％、复合助剂5％充分拌和均匀，采用双螺杆挤出机挤压成型，挤出机的料筒温度控制在190℃，合流芯温度控制在155℃，挤出压力20Mpa；

(5)在温度70℃下烘干至含水量≤2％，即得到本发明的木塑复合材料。

实施例7：

(1)、将回收并干燥至水分含量低于10％的棉花秸秆粉碎至并过420μm筛，烘干至水分含量≤3％，得粒径420μm以下的植物纤维粉末备用；

(2)、将混合的废旧塑料如矿泉水瓶、废旧滴灌带等的混合物，粉碎至≤2cm的碎片，清洗至泥沙含量≤1.5％，脱水烘干至含水量≤3％，送入造粒机造粒，过筛子取粒径≤5mm树脂颗粒备用；

(3)、按重量取DBP、马来酸酐节脂、聚乙烯蜡按15：25：30比例混合，混合的同时加入TBS 5份，氯化联苯、磷酸三苯酯各3份，铁红3份，得复合助剂备用

(4)按重量取上述的植物纤维粉末60％、树脂颗粒35％、复合助剂5％充分拌和均匀，采用双螺杆挤出机挤压成型，料筒温度控制在180℃，合流芯温度控制在145℃，挤出压力15Mpa；

(5)在温度65℃下烘干至含水量≤2％，即得到本发明的木塑复合材料。

实施例8：

(1)、将回收并干燥至水分含量低于10％的稻杆和麦杆粉碎至并过590μm筛，烘干至水分含量≤3％，得粒径590μm以下的植物纤维粉末备用；

(2)、将混合的废旧塑料如矿泉水瓶及其它混合塑料等，粉碎至≤1cm的碎片，清洗至泥沙含量≤1％，脱水烘干至含水量≤3％，送入造粒机造粒，过筛子取粒径≤2mm树脂颗粒备用；

(3)、按重量取DBP、马来酸酐节脂、聚乙烯蜡按22：35：25比例混合，混合的同时加入TBS 10份，磷酸三苯酯10份，得复合助剂备用；

(4)按重量取上述的植物纤维粉末43％、树脂颗粒51％、复合助剂6％充分拌和均匀，采用双螺杆挤出机挤压成型，料筒温度控制在180℃，合流芯温度控制在155℃，挤出压力18Mpa；

(5)烘干：在温度50℃下烘干至含水量≤2％，即得到本发明的木塑复合材料。

实施例9：

(1)、将回收并自然干燥至水分含量低于13％的棉花秸秆粉碎至并过710μm筛，烘干至水分含量≤3％，得粒径710μm以下的植物纤维粉末备用；

(2)、将废旧薄膜粉碎至≤10cm的碎片，清洗至泥沙含量≤3％，脱水烘干至含水量≤3％，在90℃温度下团粒备用；将废旧滴灌带等的混合物，粉碎至≤2cm的碎片，清洗至泥沙含量≤3％，脱水烘干至含水量≤3％，将上述团粒后的废旧薄膜料与所述混合备用料一同送入造粒机造粒，过筛取粒径≤3mm的树脂颗粒备用；

(3)、按重量取DBP、马来酸酐节脂、石蜡与聚酯蜡的混合物按15：35：30比例混合，混合的同时加入UV-24、氯化联苯、磷酸三苯酯、炭黑各5份，得复合助剂备用

(4)按重量取上述的植物纤维粉末55％、树脂颗粒36％、复合助剂9％充分拌和均匀，在150℃挤压力15Mpa下挤压成型为下水道阴井盖；

(5)在温度55℃下烘干至含水量≤2％，即得到本发明的木塑复合材料。

实施例10：

(1)、将回收并干燥至水分含量低于12％的棉花秸秆粉碎至并过300μm筛，烘干至水分含量≤3％，得粒径300μm以下的植物纤维粉末备用；

(2)、将废旧薄膜粉碎至≤6cm的碎片，清洗至泥沙含量≤2％，脱水烘干至含水量≤3％，在85℃温度下团粒，将上述团粒后的废旧薄膜料送入造粒机造粒，过筛取粒径≤5mm的树脂颗粒备用；

(3)、按重量取DBP、马来酸酐节脂、聚酯蜡按18：30：28比例混合备用，混合的同时加入TBS、UV-24、氯化联苯、磷酸三苯酯各3份，得复合助剂备用；

(4)按重量取上述的植物纤维粉末40％、树脂颗粒52％、复合助剂8％充分拌和均匀，在140℃温度、20MPa压力下挤压成型为模压门；

(5)烘干：在温度5℃下烘干至含水量≤2％，即得到本发明的木塑复合材料。

实施例11：

(1)、将回收并干燥至水分含量低于11％的棉花秸秆粉碎至并过297μm筛，烘干至水分含量≤2％，得粒径297μm以下的植物纤维粉末备用；

(2)、将混合的废旧塑料如矿泉水瓶、废旧滴灌带等的混合物，粉碎至≤2cm的碎片，清洗至泥沙含量≤1％，脱水烘干至含水量≤3％，送入造粒机造粒，过筛子取粒径≤3mm树脂颗粒备用；

(3)、按重量取DBP、马来酸酐节脂、聚乙烯蜡按18：28：32比例混合备用，混合的同时加入UV-245份，氯化联苯4、磷酸三苯酯2份，钛白粉3份，得复合助剂备用

(4)按重量取上述的植物纤维粉末55％、树脂颗粒38％、复合助剂7％充分拌和均匀，在155℃温度置入模具中以18MPa压力挤压成型；

(5)烘干：在温度65℃下烘干至含水量≤2％，即得到本发明的木塑复合材料。

实施例12：

(1)、将回收并干燥至水分含量低于16％的棉花秸秆粉碎至并过700μm筛，烘干至水分含量≤2％，得粒径700μm以下的植物纤维粉末备用；

(2)、将废旧滴灌带粉碎至≤2cm的碎片，清洗至泥沙含量≤1％，脱水烘干至含水量≤4％，送入造粒机造粒，过筛子取粒径≤3mm树脂颗粒备用；

(3)、按重量取DBP、马来酸酐节脂、石蜡按23：26：33比例混合备用，混合的同时加入UV-531、UV-24、氯化联苯、磷酸三苯酯各5份，得复合助剂备用

(4)按重量取上述的植物纤维粉末58％、树脂颗粒35％、复合助剂7％充分拌和均匀，在160℃温度置入模具中以20MPa压力挤压成型；

(5)烘干：在温度55℃下烘干至含水量≤2％，即得到本发明的木塑复合材料。

实施例13：

(1)、将回收并干燥至水分含量低于13％的棉花秸秆粉碎至并过700μm筛，烘干至水分含量≤3％，得粒径700μm以下的植物纤维粉末备用；

(2)、将废旧薄膜粉碎至≤7cm的碎片，清洗至泥沙含量≤1％，脱水烘干至含水量≤3％，在95℃温度下团粒备用；将废旧滴灌带粉碎至≤2cm的碎片，清洗至泥沙含量≤1％，脱水烘干至含水量≤3％，将上述团粒后的废旧薄膜料与所述混合备用料一同送入造粒机造粒，过筛取粒径≤3mm的树脂颗粒备用；

(3)、按重量取DBP、马来酸酐节脂、聚酯蜡按27：25：34比例混合备用，混合的同时加入TBS、UV-24各3份，氯化联苯、六溴苯各5份，得复合助剂备用；

(4)按重量取上述的植物纤维粉末48％、树脂颗粒36％、复合助剂6％充分拌和均匀，在140～160℃温度、15～20MPa压力下挤压成型；

(5)烘干：在温度70℃下烘干至含水量≤2％，即得到本发明的木塑复合材料。