本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种高性能木塑复合材料的制备方法。
背景技术：
木塑复合材料是一种以木质纤维和塑料为主要原料复合制备而成，兼具木材和塑料的双重的特性，具有优良的耐水、耐腐蚀性能，耐虫蛀、尺寸稳定性好、易加工、耐磨，还可以用回收的农林作物和废旧塑料为原料制得，并且可循环使用，可以为治理石油基塑料的“白色污染”提供很好的解决方案，倍受人们的关注。木塑复合材料的最主要用途之一是替代实体木材在各领域中的应用。
我国烟草的种植面积和产量均居世界首位，但是在完成采摘和收购烟叶的任务后，大量的烟秆或被丢弃于田间或被晒干焚烧。烟草废弃物未得到有效的处理和利用，不仅造成烟草秸秆资源的浪费，而且对我国的生态环境也造成了严重影响。因此，回收利用成本低的废弃烟秆意义重大。
目前，木塑复合材料主要存在以下两方面的问题：一是未经处理的木质纤维与塑料的相容性差，导致两者的结合强度低，使得木塑复合材料的品质难以提高；
二是木塑复合材料中的木质纤维添加量低，塑料的添加量仍然较高，现有的木塑复合材料的木质纤维填充量一般都在30%左右，材料的力学性能及韧性普遍差，且木塑复合材料的成本、价格仍然偏高，当木质纤维含量提高时，产品的密度大，力学性能下降。因此，在保证木质纤维含量高的前提下，如何确保塑料与木质纤维之间具有良好的相容性、使制备的木塑复合材料具有良好的力学性能、同时降低成本这一问题急需得以解决。
技术实现要素：
本发明以废弃的烟杆和回收的塑料为主要原料，烟杆纤维作为木质纤维，提供一种高性能木塑复合材料的制备方法，该方法不仅可大大提高木塑复合材料中木质纤维的含量，增强生物质纤维与塑料的结合紧密性，增强木塑复合材料的木质感，降低生产成本，而且生产的木塑复合材料具有强度高、韧性好、稳定性好等良好的力学性能。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种高性能木塑复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）烟杆预处理：将烟杆粉碎，粒度为80-100目，得到烟杆纤维粉，然后依次采用微波烘干、蒸汽爆破、生物酶处理，得到预处理后的烟杆纤维粉；
（2）塑料改性：将回收的废弃塑料粉碎，进行熔融接枝改性，得到改性塑料；
（3）高速共混成型：称取预处理后的烟杆纤维粉和改性塑料，加入助剂，在转速为3000-4500r/min下混合搅拌10-15min，混合均匀，微发泡后，进行挤出成型，冷却脱模后即可。
优选地，所述步骤（1）烟杆预处理中，微波烘干至烟杆纤维粉的水分含量≤5%。
优选地，所述步骤（1）烟杆预处理中，蒸汽爆破时，水蒸汽相对压力为2.5-4MPa，汽蒸处理的相对压力为1.5-3.5MPa，汽蒸时间为15-30min。
优选地，所述步骤（1）烟杆预处理中，生物酶处理的具体步骤为：
（A）以冰醋酸和醋酸钠为原料，配制pH=4.9的醋酸-醋酸钠缓冲溶液；
（B）按重量比为1:1称取烟杆纤维粉和醋酸-醋酸钠缓冲溶液，搅拌均匀，然后加入生物酶，生物酶的用量为：烟杆纤维粉重量的1.5-2%，搅拌均匀后，在温度为50℃的条件下静置反应2h；
（C）干燥：将步骤（B）的溶液过滤，将得到的滤饼干燥，备用。
优选地，所述步骤（1）烟杆预处理中，采用的生物酶为纤维素精酶。
优选地，上述步骤（2）塑料改性的具体步骤为：先将回收的废弃塑料进行分捡去杂、清洗烘干、粉碎，然后加入塑料质量0.5%的顺丁烯二酸酐进行10-15min的充分混合，进行熔融挤出，挤出温度220℃，物料停留时间2-3min。
优选地，上述步骤（3）中，预处理后的烟杆纤维粉、改性塑料和助剂的重量比为：13:6:1。
优选地，上述步骤（3）中，采用的助剂为：硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、润滑剂、抗老化剂和阻燃剂，其中，各助剂之间的重量比为硅烷偶联剂：钛酸酯偶联剂：润滑剂：抗老化剂：阻燃剂=9:5:6:1:4。
优选地，上述步骤（3）中，挤出成型的工艺参数为：温度220℃、螺杆转速7r/min、挤出压力8MPa、牵引速度1.55-1.65m/min，加料速度12r/min。
本发明具有以下优点：
本发明提供的方法生产的木塑复合材料，木质纤维含量高，烟杆纤维的含量达65%，而产品的发泡密度仍然可以控制在0.85-1.25 g/cm3，克服了木质纤维含量高时，木塑复合材料难于发泡、密度大的缺点。此外，从外观上看，产品表面光洁、木质感突出。充分利用了废弃的烟杆资源，烟杆纤维用量的提高，也进一步降低了产品的生产成本。
本发明利用微波烘干、蒸汽爆破处理和生物酶技术对烟杆纤维进行预处理，环保经济，降低烟杆纤维的极性，增强了烟杆纤维与塑料的相容性，使得二者间界面相互作用力增强，经过与接枝改性的塑料高速共混成型后，生产的木塑复合材料耐磨性好、力学性能高、强度大。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种高性能木塑复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）烟杆预处理：将烟杆粉碎，粒度为80目，得到烟杆纤维粉，置于微波炉中，烘干至烟杆纤维粉的水分含量≤3%，然后进行蒸汽爆破，水蒸汽相对压力为2.5MPa ，汽蒸处理的相对压力为1.5MPa ，汽蒸时间为15min；然后用纤维素精酶对经过蒸汽爆破的烟杆纤维粉进行生物酶处理，具体步骤如下：
（A）以冰醋酸和醋酸钠为原料，配制pH=4.7的醋酸-醋酸钠缓冲溶液；
（B）按重量比为1:1称取烟杆纤维粉和醋酸-醋酸钠缓冲溶液，搅拌均匀，然后加入生物酶，生物酶的用量为：烟杆纤维粉质量的1.5%，搅拌均匀后，在温度为50℃的条件下静置反应2h；
（C）干燥：将步骤（B）的溶液过滤，将得到的滤饼干燥，备用；
（2）塑料改性：先将回收的废弃塑料进行分捡去杂、清洗烘干、粉碎，然后加入塑料质量0.5%的顺丁烯二酸酐(简称MAH)进行10min的充分混合，再将混合料加入螺杆挤出机中进行熔融挤出，挤出温度220℃，物料停留时间2min；
（3）高速共混成型：按照重量比13:6:1分别称取预处理后的烟杆纤维粉、改性塑料和助剂，其中，所采用的助剂为：硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、润滑剂、抗老化剂和阻燃剂，各助剂之间的重量比为硅烷偶联剂：钛酸酯偶联剂：润滑剂：抗老化剂：阻燃剂=9:5:6:1:4。混合均匀后置于挤出机中，在模具中进行微发泡后，进行挤出成型，挤出成型时挤出机的工艺参数为：温度：220℃、螺杆转速 7r/min、挤出压力8MPa、牵引速度 1.55m/min，加料速度12r/min，冷却脱模后即得到高性能木塑复合材料。
制备的木塑复合材料性能如下：
烟杆纤维含量：65%；密度：1.25g/cm3 ；抗弯强度：32MPa；弯曲模量 2520MPa；冲击强度16.3kJ/m2；拉升强度：17.2 MPa。
实施例2
一种高性能木塑复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）烟杆预处理：将烟杆粉碎，粒度为100目，得到烟杆纤维粉，置于微波炉中，烘干至烟杆纤维粉的水分含量≤5%，然后进行蒸汽爆破，水蒸汽相对压力为4MPa ，汽蒸处理的相对压力为3.5MPa ，汽蒸时间为30min；然后用纤维素精酶对经过蒸汽爆破的烟杆纤维粉进行生物酶处理，具体步骤如下：
（A）以冰醋酸和醋酸钠为原料，配制pH=4.9的醋酸-醋酸钠缓冲溶液；
（B）按重量比为1:1称取烟杆纤维粉和醋酸-醋酸钠缓冲溶液，搅拌均匀，然后加入生物酶，生物酶的用量为：烟杆纤维粉质量的2%，搅拌均匀后，在温度为50℃ 的条件下静置反应2h；
（C）干燥：将步骤b的溶液过滤，将得到的滤饼干燥，备用；
（2）塑料改性：将回收的废弃塑料进行粉碎、熔融接枝改性：先将回收的废弃塑料进行分捡去杂、清洗烘干、粉碎，然后加入塑料质量0.5%的顺丁烯二酸酐(MAH)进行15min的充分混合，再将混合料加入螺杆挤出机中进行熔融挤出，挤出温度220℃，物料停留时间3min；
（3）高速共混成型：按照重量比13:6:1分别称取预处理后的烟杆纤维粉、改性塑料和助剂，其中，所采用的助剂为：硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、润滑剂、抗老化剂和阻燃剂，各助剂之间的重量比为硅烷偶联剂：钛酸酯偶联剂：润滑剂：抗老化剂：阻燃剂=9:5:6:1:4。混合均匀后置于挤出机中，在模具中进行微发泡后，进行挤出成型，挤出成型时挤出机的工艺参数为：温度：220℃、螺杆转速 7r/min、挤出压力8MPa、牵引速度 1.65m/min，加料速度12r/min，冷却脱模后即得到高性能木塑复合材料。
制备的木塑复合材料性能如下：
烟杆纤维含量：65%；密度：0.85 g/cm3；抗弯强度：26MPa；弯曲模量： 2400MPa；冲击强度：12.5kJ/m2；拉升强度：11.67 MPa。
实施例3
一种高性能木塑复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）烟杆预处理：将烟杆粉碎，粒度为90目，得到烟杆纤维粉，置于微波炉中，烘干至烟杆纤维粉的水分含量≤4%，然后进行蒸汽爆破，水蒸汽相对压力为3MPa ，汽蒸处理的相对压力为2MPa ，汽蒸时间为23min；然后用纤维素精酶对经过蒸汽爆破的烟杆纤维粉进行生物酶处理，具体步骤如下：
（A）以冰醋酸和醋酸钠为原料，配制pH=4.9的醋酸-醋酸钠缓冲溶液；
（B）按重量比为1:1称取烟杆纤维粉和醋酸-醋酸钠缓冲溶液，搅拌均匀，然后加入生物酶，生物酶的用量为：烟杆纤维粉质量的2%，搅拌均匀后，在温度为50℃ 的条件下静置反应2h；
（C）干燥：将步骤b的溶液过滤，将得到的滤饼干燥，备用；
（2）塑料改性：将回收的废弃塑料进行粉碎、熔融接枝改性：先将回收的废弃塑料进行分捡去杂、清洗烘干、粉碎，然后加入塑料质量0.5%的顺丁烯二酸酐(MAH)进行12min的充分混合，再将混合料加入螺杆挤出机中进行熔融挤出，挤出温度220℃，物料停留时间2.8min；
（3）高速共混成型：按照重量比13:6:1分别称取预处理后的烟杆纤维粉、改性塑料和助剂，其中，所采用的助剂为：硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、润滑剂、抗老化剂和阻燃剂，各助剂之间的重量比为硅烷偶联剂：钛酸酯偶联剂：润滑剂：抗老化剂：阻燃剂=9:5:6:1:4。混合均匀后置于挤出机中，在模具中进行微发泡后，进行挤出成型，挤出成型时挤出机的工艺参数为：温度：220℃、螺杆转速 7r/min、挤出压力8MPa、牵引速度 1.60m/min，加料速度12r/min，冷却脱模后即得到高性能木塑复合材料。
制备的木塑复合材料性能如下：
烟杆纤维含量：65%；密度：1.02 g/cm3 ；抗弯强度：35MPa；弯曲模量：2520MPa；冲击强度：14.3kJ/m2；拉升强度：15.23MPa。