本发明属于竹塑复合材料技术领域，具体涉及一种可除甲醛的轻质竹塑材料制备工艺。
背景技术
竹塑复合材料的主要原料是竹质纤维、高密度聚乙烯（hdpe）和填料，集竹材和塑料的性能特点于一体，原料成本低又可以回收再利用，是一种绿色环保型材料，已被广泛用于家居、汽车、建筑、景观和包装等领域。已有研究表明纤维的形态、粒径对其复合材料性能有重要影响。由于竹粉表面的极性基团羟基表现为亲水性，而塑料表面的非极性表现为疏水性，如何改善竹粉纤维和塑料基体间的相容性是目前研究应用中的关键问题。然而在应用过程中，对竹塑复合材料的要求也越来越高，具有特殊功能化的竹塑复合材料亟待开发。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明旨在提供一种可除甲醛的轻质竹塑材料制备工艺。
本发明通过以下技术方案实现：
一种可除甲醛的轻质竹塑材料制备工艺，由以下步骤制成：
（1）将以重量份计的20-30份竹粉先放入真空干燥箱中，60-80℃干燥3-6h，然后取出，立即与3-5份硅酸钠粉末进行混合，混合均匀后利用1000-1200w的微波处理10-20s，随后加入其体积20-50倍的蒸馏水，搅拌至硅酸钠粉末溶解后，转入反应釜中，将反应釜温度设置为140-150℃，压力设置为0.5-0.6mpa，反应2-3h，冷却，过滤，并用蒸馏水洗涤所得物2-4次，随后放入真空干燥箱中40-50℃下，烘干至含水量小于5%；
（2）将4-8份纳米二氧化钛在真空干燥箱中，100-120℃干燥2-4h，然后加入到其体积20-50倍的蒸馏水中，在60-80℃下，以300-500rpm的转速搅拌10-20h，然后加入10-20份壳聚糖溶液、步骤（1）所得物，接着以500-1000rpm的转速搅拌20-40h，结束后利用离心机，在3000-5000rpm转速下离心10-15min，去沉淀，蒸馏水洗涤2-3次后，置于冷冻干燥箱中，冻干，得到负载纳米二氧化钛的竹粉混合物；
（3）向50-100份硅酸钠溶液中滴加饱和氨水，控制ph为4.8-5.2，然后加入步骤（2）所得物，400-800rpm下搅拌40-60min后，在42-48℃下凝胶，然后在42-48℃下老化30-40h，将所得物利用液氮冷冻3-10min后，进行球磨处理，球磨后过200-300目筛；
（4）将所得物进行利用正己烷和二甲基硅油混合液进行疏水处理，随后在100-110℃下干燥5-10h，与80-100份高密度聚乙烯充分混合，加入10-30份纳米碳酸钙、5-10份硬脂酸锌、2-5份石蜡在高混机中混合，通过双螺杆挤出造粒、单螺杆挤出成型，最后水冷定型即可。
进一步的，步骤（2）所述壳聚糖溶液浓度为30-40%。
进一步的，步骤（3）所述硅酸钠溶液浓度为10-30%。
进一步的，步骤（4）所述所述正己烷和二甲基硅油混合液中两者质量比为5：0.5-1；所述纳米碳酸钙经过硅烷偶联剂表面处理；所述挤出机1-4区温度分别为140-150℃、155-160℃、165-170℃和175-180℃。
本发明的有益效果：本发明先对竹粉进行高温干燥后，趁热与硅酸钠粉末混合，利用余热将硅酸钠小分子吸入竹粉空隙，接着再进行微波处理，进一步促进硅酸钠对竹粉的内部作用，配合水热处理，促木粉中木质素的重构，移除部分半纤维素，增加纤维素的可及度，从而木粉与竹塑基底的界面相容性；随后利用纳米二氧化钛、壳聚糖在竹粉表面进行负载，赋予目标材料降解甲醛的功能，适合应用于家具领域，绿色环保，可去除环境中的甲醛残留；利用溶胶-凝胶法在木粉混合物表面形成气凝胶，并将气凝胶疏水化，不仅可以保护纳米二氧化钛催化剂的催化功能，延长其除甲醛效果，同时，也赋予目标材料质轻、隔音的特点，并提高目标材料的综合力学性能。
具体实施方式
下面用具体实施例说明本发明，但并不是对本发明的限制。
实施例1
一种可除甲醛的轻质竹塑材料制备工艺，由以下步骤制成：
（1）将以重量份计的20份竹粉先放入真空干燥箱中，60℃干燥3h，然后取出，立即与3份硅酸钠粉末进行混合，混合均匀后利用1000w的微波处理10s，随后加入其体积20倍的蒸馏水，搅拌至硅酸钠粉末溶解后，转入反应釜中，将反应釜温度设置为140℃，压力设置为0.5mpa，反应2h，冷却，过滤，并用蒸馏水洗涤所得物2次，随后放入真空干燥箱中40℃下，烘干至含水量小于5%；
（2）将4份纳米二氧化钛在真空干燥箱中，100℃干燥2h，然后加入到其体积20倍的蒸馏水中，在60℃下，以300rpm的转速搅拌10h，然后加入10份壳聚糖溶液、步骤（1）所得物，接着以500rpm的转速搅拌20h，结束后利用离心机，在3000rpm转速下离心10min，去沉淀，蒸馏水洗涤2次后，置于冷冻干燥箱中，冻干，得到负载纳米二氧化钛的竹粉混合物；
（3）向50份硅酸钠溶液中滴加饱和氨水，控制ph为4.8，然后加入步骤（2）所得物，400rpm下搅拌40min后，在42℃下凝胶，然后在42℃下老化30h，将所得物利用液氮冷冻3min后，进行球磨处理，球磨后过200-300目筛；
（4）将所得物进行利用正己烷和二甲基硅油混合液进行疏水处理，随后在100℃下干燥5h，与80份高密度聚乙烯充分混合，加入10份纳米碳酸钙、5份硬脂酸锌、2份石蜡在高混机中混合，通过双螺杆挤出造粒、单螺杆挤出成型，最后水冷定型即可。
进一步的，步骤（2）所述壳聚糖溶液浓度为30%。
进一步的，步骤（3）所述硅酸钠溶液浓度为10%。
进一步的，步骤（4）所述所述正己烷和二甲基硅油混合液中两者质量比为5：0.5；所述纳米碳酸钙经过硅烷偶联剂表面处理；所述挤出机1-4区温度分别为140℃、155℃、165℃和175℃。
实施例2
一种可除甲醛的轻质竹塑材料制备工艺，由以下步骤制成：
（1）将以重量份计的25份竹粉先放入真空干燥箱中，70℃干燥4h，然后取出，立即与4份硅酸钠粉末进行混合，混合均匀后利用1100w的微波处理15s，随后加入其体积30倍的蒸馏水，搅拌至硅酸钠粉末溶解后，转入反应釜中，将反应釜温度设置为145℃，压力设置为0.5mpa，反应3h，冷却，过滤，并用蒸馏水洗涤所得物3次，随后放入真空干燥箱中45℃下，烘干至含水量小于5%；
（2）将6份纳米二氧化钛在真空干燥箱中，110℃干燥3h，然后加入到其体积40倍的蒸馏水中，在70℃下，以400rpm的转速搅拌15h，然后加入15份壳聚糖溶液、步骤（1）所得物，接着以600rpm的转速搅拌30h，结束后利用离心机，在4000rpm转速下离心12min，去沉淀，蒸馏水洗涤3次后，置于冷冻干燥箱中，冻干，得到负载纳米二氧化钛的竹粉混合物；
（3）向70份硅酸钠溶液中滴加饱和氨水，控制ph为5.0，然后加入步骤（2）所得物，600rpm下搅拌50min后，在45℃下凝胶，然后在45℃下老化35h，将所得物利用液氮冷冻8min后，进行球磨处理，球磨后过200目筛；
（4）将所得物进行利用正己烷和二甲基硅油混合液进行疏水处理，随后在105℃下干燥7h，与90份高密度聚乙烯充分混合，加入20份纳米碳酸钙、7份硬脂酸锌、3份石蜡在高混机中混合，通过双螺杆挤出造粒、单螺杆挤出成型，最后水冷定型即可。
进一步的，步骤（2）所述壳聚糖溶液浓度为35%。
进一步的，步骤（3）所述硅酸钠溶液浓度为20%。
进一步的，步骤（4）所述所述正己烷和二甲基硅油混合液中两者质量比为5：0.7；所述纳米碳酸钙经过硅烷偶联剂表面处理；所述挤出机1-4区温度分别为145℃、158℃、167℃和178℃。
实施例3
一种可除甲醛的轻质竹塑材料制备工艺，由以下步骤制成：
（1）将以重量份计的30份竹粉先放入真空干燥箱中，80℃干燥6h，然后取出，立即与5份硅酸钠粉末进行混合，混合均匀后利用1200w的微波处理20s，随后加入其体积50倍的蒸馏水，搅拌至硅酸钠粉末溶解后，转入反应釜中，将反应釜温度设置为150℃，压力设置为0.6mpa，反应3h，冷却，过滤，并用蒸馏水洗涤所得物4次，随后放入真空干燥箱中50℃下，烘干至含水量小于5%；
（2）将8份纳米二氧化钛在真空干燥箱中，120℃干燥4h，然后加入到其体积50倍的蒸馏水中，在80℃下，以500rpm的转速搅拌20h，然后加入20份壳聚糖溶液、步骤（1）所得物，接着以1000rpm的转速搅拌40h，结束后利用离心机，在5000rpm转速下离心15min，去沉淀，蒸馏水洗涤3次后，置于冷冻干燥箱中，冻干，得到负载纳米二氧化钛的竹粉混合物；
（3）向100份硅酸钠溶液中滴加饱和氨水，控制ph为5.2，然后加入步骤（2）所得物，800rpm下搅拌60min后，在48℃下凝胶，然后在48℃下老化40h，将所得物利用液氮冷冻10min后，进行球磨处理，球磨后过300目筛；
（4）将所得物进行利用正己烷和二甲基硅油混合液进行疏水处理，随后在110℃下干燥10h，与100份高密度聚乙烯充分混合，加入30份纳米碳酸钙、10份硬脂酸锌、5份石蜡在高混机中混合，通过双螺杆挤出造粒、单螺杆挤出成型，最后水冷定型即可。
进一步的，步骤（2）所述壳聚糖溶液浓度为40%。
进一步的，步骤（3）所述硅酸钠溶液浓度为30%。
进一步的，步骤（4）所述所述正己烷和二甲基硅油混合液中两者质量比为5：1；所述纳米碳酸钙经过硅烷偶联剂表面处理；所述挤出机1-4区温度分别为150℃、160℃、170℃和180℃。
对比实施例1
本对比实施例相对于实施例1，省略了步骤（1）的处理操作步骤，除此之外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例相对于实施例1，省略了纳米二氧化钛的加入，除此之外的方法步骤均相同。
对比实施例3
本对比实施例相对于实施例1，省略了步骤（3）的处理操作步骤，除此之外的方法步骤均相同。
实验：
力学性能测试：按照astmd638和astmd790标准制样，在万能材料试验机(cmt4503)上分别测试复合材料的拉伸和弯曲性能。
除甲醛效果测试：采用jc/t1074-2008室内空气净化功能涂覆材料净化性能中的标准和方法进行测试。
其测试结果如表1所示：
表1
由表1可以看出，本发明制备的竹塑材料，具有良好的甲醛净化效率，和甲醛净化效果持久性，同时，通过对竹粉的改性处理和凝胶的加入，有效提高了复合材料的静曲强度和弯曲弹性模量，力学性能得到显著增强。