油茶果壳基生物质复合材料及聚乙烯木塑装饰板材的制备方法与流程

1.本发明属于废物利用技术领域，具体涉及一种油茶果壳基生物质复合材料及聚乙烯木塑装饰板材的制备方法。


背景技术：

2.油茶果壳是油茶果除油茶籽外所有的部分，而油茶蒲作为一种生物质原料，其成分复杂，含有大量不能被微生物直接利用的木质素、纤维素和半纤维素，其中，木质素约占30％、纤维素占17％，半纤维素22％。
3.在工业中，它通常作为废物丢弃或用作燃料，这会造成大量的资源浪费和环境污染。目前，生物质复合材料主要使用锯末粉和混合木粉作为植物纤维原料，而混合木粉的使用一方面使复合材料的性能不稳定，一方面，木粉的市场价格上涨，木材需求增加，森林砍伐需求的增加不利于低碳经济的发展。用油茶果壳粉代替木粉，可以有效降低生物质复合材料的生产成本，稳定复合材料的性能；也能充分利用油茶果壳，变废为宝。
4.油茶果壳生物质复合材料相关研究在国内已经进行，但尚未进行有关油茶果壳生物质复合材料防腐抗菌等性能相关的研究。木塑产品早期因为塑料基体对植物纤维的包裹，在未添加防腐剂的时候也具有较好的防腐抗菌性能，然而在后期经过高温、日晒、雨淋等环境及气候因子的作用下，或者因为真菌、细菌、白蚁等生物因子的侵蚀，导致材料的防腐抗菌性能下降，严重时会缩短其使用寿命。因此，研究在油茶果壳生物质复合材料中添加抗菌剂能提高其防腐抗菌性能，具有相当的经济价值。


技术实现要素：

5.因此，本发明所要解决的是如何对油茶果壳废物再利用并提供一种力学性能、抗菌性的生物质复合材料的问题。
6.为了实现上述目的，本发明还提供一种油茶果壳基生物质复合材料，包括如下成分：改性油茶果壳粉和聚丙烯，其中，所述改性油茶果壳粉为油茶果壳经过碱液处理得到，且所占的质量百分比为45％-55％。
7.优选地，所述改性油茶果壳粉为油茶果壳经氢氧化钠溶液预处理后粉碎得到。
8.为了实现上述目的，本发明还提供一种包含上述油茶果壳基生物质复合材料的聚乙烯木塑装饰板材的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
9.按照第一预设质量份数取聚乙烯、偶联剂、稳定剂以及改性油茶果壳粉，在第一预设条件下搅拌，得到混合物；
10.在搅拌后的混合物中加入第二预设质量份数的抗菌剂、阻燃剂、以及填料，搅拌得到混合料；
11.将混合料加入挤出机中在预设条件下混合造粒，得到粒料；
12.将粒料烘干后注塑成型，得到聚乙烯木塑装饰板材。
13.优选地，所述按照第一预设质量份数取聚乙烯、偶联剂、稳定剂以及改性油茶果壳粉，在第一预设温度下搅拌，得到混合物的步骤之前，还包括：
14.对油茶果壳经碱液预处理；
15.对预处理后的油茶果壳粉碎得到改性油茶果壳粉。
16.优选地，所述对油茶果壳经碱液预处理的步骤，包括：
17.所述对油茶果壳经氢氧化钠溶液预处理，其中氢氧化钠溶液的浓度为1-2％，预处理时按照固液质量比为1:10g/ml，置于恒温水浴中65-75℃下搅绊2小时。
18.优选地，所述按照第一预设质量份数取聚乙烯、偶联剂、稳定剂以及改性油茶果壳粉，在第一预设条件下搅拌，得到混合物的步骤具体包括：
19.按照质量份数取45-55份聚乙烯、5-6份偶联剂、2-3份稳定剂以及45-55份改性油茶果壳粉，在第一预设条件下搅拌。
20.优选地，所述第一预设条件包括在95-105℃温度下，搅拌10-15分钟。
21.优选地，所述在搅拌后的混合物中加入第二预设质量份数的抗菌剂、阻燃剂、以及填料，搅拌得到混合料的步骤，具体包括：
22.在搅拌后的混合物中按照质量份数加入4-5份抗菌剂、2-3份阻燃剂、以及15-20份填料，搅拌得到混合料。
23.优选地，所述将混合料加入挤出机中在预设条件下混合造粒，得到粒料的步骤中所述挤出机为双螺杆挤出机，所述预设条件包括：挤出温度为170-180℃，螺杆转速为120-130rpm。
24.优选地，所述将粒料烘干后注塑成型，得到聚乙烯木塑装饰板材的步骤，具体包括:
25.将粒料烘干后放入注塑机中，在185-195℃、68-72mpa压力下注塑成型，得到聚乙烯木塑装饰板材。
26.优选地，所述偶联剂为马来酸酐接枝聚乙烯；和/或，稳定剂为硬脂酸镁；和/或，抗菌剂为载银磷酸锆；和/或，阻燃剂为磷系高分子阻燃剂；和/或，填料为活性碳酸钙。
27.本发明提供的技术方案，具有以下优点：
28.本发明提供的油茶果壳基生物质复合材料，通过利用碱液对油茶果壳进行处理，改改善了油茶果壳的亲水性，也溶解出了果壳孔隙中的油性物质，疏通了胶粘剂在果壳中渗透的通道；
29.进一步地，对该油茶果壳基生物质复合材料再采用偶联剂例如马来酸酐接枝聚乙烯，马来酸酐接枝聚乙烯具有优异的粘结性能,成膜及用作热粘结膜时与聚烯烃有很好的粘结力，保证了板材的强度。
30.进一步地，本发明相比现有油茶果壳生物质复合材料技术，添加了载银磷酸锆作为抗菌剂，使得板材具有较好的抗菌性能；同时添加磷系高分子阻燃剂作为阻燃剂，使得板材具有一定的阻燃能力。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附
图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明聚乙烯木塑装饰板材的制备方法一实施例的流程图。
33.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
34.本发明实施例中术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
35.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
36.本发明实施例中术语“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似。
37.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施例中，为了使读者更好地理解本发明而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本发明所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
38.本发明提供一种油茶果壳基生物质复合材料，该油茶果壳基生物质复合材料包括如下成分：改性油茶果壳粉和聚丙烯，其中，所述改性油茶果壳粉为油茶果壳经过碱液处理得到，且所占的质量百分比为45％-55％。
39.在其他实施例中，改性油茶果壳粉在油茶果壳基生物质复合材料中所占的比例可以是46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、或者54％。
40.在本实施例中，所述改性油茶果壳粉为油茶果壳经氢氧化钠溶液预处理后粉碎得到。
41.本发明还包括包含如权利要求1或2所述的油茶果壳基生物质复合材料的聚乙烯木塑装饰板材的制备方法，请参阅图1，该制备方法包括如下步骤：
42.步骤s200，按照第一预设质量份数取聚乙烯、偶联剂、稳定剂以及改性油茶果壳粉，在第一预设条件下搅拌，得到混合物；
43.具体地，所述步骤s200包括：
44.步骤s210，按照质量份数取45-55份聚乙烯、5-6份偶联剂、2-3份稳定剂以及45-55份改性油茶果壳粉，在第一预设条件下搅拌。
45.其中，所述第一预设条件包括在95-105℃温度下，搅拌10-15分钟。
46.优选地，第一预设条件中温度还可以为98℃、100℃、102℃、或104℃。搅拌的时间在此不错具体限制，可以是搅拌均匀即可。
47.在本实施例中，偶联剂可以但不限于是马来酸酐接枝聚乙烯。稳定剂可以但不限于为硬脂酸镁。
48.步骤s300，在搅拌后的混合物中加入第二预设质量份数的抗菌剂、阻燃剂、以及填料，搅拌得到混合料；
49.具体地，所述步骤s300具体包括：
50.步骤s310，在搅拌后的混合物中按照质量份数加入4-5份抗菌剂、2-3份阻燃剂、以及15-20份填料，搅拌得到混合料。
51.在本实施例中，抗菌剂可以但不限于为载银磷酸锆、阻燃剂可以但不限于为磷系高分子阻燃剂，填料可以但不限于为活性碳酸钙。
52.其中，载银磷酸锆，它具有安全性高和耐热性好，化学稳定性好，可添加到各类树脂中，起到抗菌作用，可对各类细菌进行高效广谱的杀灭和去除。所述的阻燃剂为磷系高分子阻燃剂，阻燃性能好。
53.步骤s400，将混合料加入挤出机中在预设条件下混合造粒，得到粒料；
54.具体地，所述步骤s400中所述挤出机为双螺杆挤出机，所述预设条件包括：挤出温度为170-180℃，螺杆转速为120-130rpm。
55.步骤s500，将粒料烘干后注塑成型，得到聚乙烯木塑装饰板材。
56.具体地，将粒料烘干后放入注塑机中，在185-195℃、68-72mpa压力下注塑成型，得到聚乙烯木塑装饰板材。
57.在所述步骤s200之前，该制备方法包括：
58.步骤s110，对油茶果壳经碱液预处理；
59.步骤s120，对预处理后的油茶果壳粉碎得到改性油茶果壳粉。
60.其中，所述步骤s110包括：
61.所述对油茶果壳经氢氧化钠溶液预处理，其中氢氧化钠溶液的浓度为1-2％，预处理时按照固液质量比为1:10g/ml，置于恒温水浴中65-75℃下搅绊2小时。
62.具体地，将油茶蒲用超纯水洗净并用浓度为1-2％的氢氧化钠处理，再用纯水将其洗涤至中性后晾干并在55-65℃烘干备用。
63.更具体地，所用的氢氧化钠溶液的浓度为1-2％，按固液质量比为1:10g/ml，置于恒温水浴中65-75℃下搅绊2小时，到设定时间后，将油茶果壳用纯水反复清洗至中性，于通风处滤去水分后在55-65℃烘箱中烘干备用；碱处理改善了油茶蒲的亲水性，也溶出了果壳空隙中的油性物质，疏通了胶粘剂在果壳中渗透的通道。
64.所述步骤s120具体包括：
65.对预处理后的油茶果壳，除杂后，用粉碎机(在本实施例中粉碎机的转速为2000-4000rpm/min)粉碎，得到改性油茶果壳粉。
66.本发明提供的油茶果壳基生物质复合材料，通过利用碱液对油茶果壳进行处理，改改善了油茶果壳的亲水性，也溶解出了果壳孔隙中的油性物质，疏通了胶粘剂在果壳中渗透的通道；
67.进一步地，对该油茶果壳基生物质复合材料再采用偶联剂例如马来酸酐接枝聚乙烯，马来酸酐接枝聚乙烯具有优异的粘结性能,成膜及用作热粘结膜时与聚烯烃有很好的粘结力，保证了板材的强度。
68.进一步地，本发明相比现有油茶果壳生物质复合材料技术，添加了载银磷酸锆作为抗菌剂，使得板材具有较好的抗菌性能；同时添加磷系高分子阻燃剂作为阻燃剂，使得板材具有一定的阻燃能力。
69.油茶果壳基生物质复合材料
70.该油茶果壳基生物质复合材料包括如下成分：改性油茶果壳粉和聚丙烯，其中，所述改性油茶果壳粉为油茶果壳经过碱液处理得到，且所占的质量百分比为45％-55％。
71.其中，改性油茶果壳粉在油茶果壳基生物质复合材料中所占的比例可以是46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、或者54％。
72.聚乙烯木塑装饰板材的制备方法
73.s1,将油茶果壳用超纯水洗净并用浓度为1-2％的氢氧化钠处理，再用纯水将其洗涤至中性后晾干并在55-65℃烘干备用,对预处理后的油茶果壳粉碎得到改性油茶果壳粉；
74.s2,按照质量份数取45-55份聚乙烯、5-6份偶联剂、2-3份稳定剂以及45-55份改性油茶果壳粉，在95-105℃温度下，搅拌10-15分钟；
75.s3,在搅拌后的混合物中按照质量份数加入4-5份抗菌剂、2-3份阻燃剂、以及15-20份填料，搅拌得到混合料；
76.其中抗菌剂可以但不限于为载银磷酸锆、阻燃剂可以但不限于为磷系高分子阻燃剂，填料可以但不限于为活性碳酸钙。
77.s4,将混合料加入挤出机中在预设条件下混合造粒，得到粒料；
78.将混合料加入双螺杆挤出机中在挤出温度为170-180℃，螺杆转速为120-130rpm下混合造粒，得到粒料；
79.s5,将粒料烘干后放入注塑机中，在185-195℃、68-72mpa压力下注塑成型，得到聚乙烯木塑装饰板材。
80.实施例1
81.该油茶果壳基生物质复合材料包括如下成分：改性油茶果壳粉和聚丙烯，其中，所述改性油茶果壳粉为油茶果壳经过碱液处理得到，且所占的质量百分比为46％。
82.实施例2
83.该油茶果壳基生物质复合材料包括如下成分：改性油茶果壳粉和聚丙烯，其中，所述改性油茶果壳粉为油茶果壳经过碱液处理得到，且所占的质量百分比为47％。
84.实施例3
85.该油茶果壳基生物质复合材料包括如下成分：改性油茶果壳粉和聚丙烯，其中，所述改性油茶果壳粉为油茶果壳经过碱液处理得到，且所占的质量百分比为48％。
86.实施例4
87.该油茶果壳基生物质复合材料包括如下成分：改性油茶果壳粉和聚丙烯，其中，所述改性油茶果壳粉为油茶果壳经过碱液处理得到，且所占的质量百分比为49％。
88.实施例5
89.该油茶果壳基生物质复合材料包括如下成分：改性油茶果壳粉和聚丙烯，其中，所述改性油茶果壳粉为油茶果壳经过碱液处理得到，且所占的质量百分比为50％。
90.实施例6
91.该油茶果壳基生物质复合材料包括如下成分：改性油茶果壳粉和聚丙烯，其中，所述改性油茶果壳粉为油茶果壳经过碱液处理得到，且所占的质量百分比为52％。
92.对比例1
93.该油茶果壳基生物质复合材料包括如下成分：改性油茶果壳粉和聚丙烯，其中，所述改性油茶果壳粉为油茶果壳经过碱液处理得到，且所占的质量百分比为40％。
94.对比例2
95.该油茶果壳基生物质复合材料包括如下成分：改性油茶果壳粉和聚丙烯，其中，所述改性油茶果壳粉为油茶果壳经过碱液处理得到，且所占的质量百分比为60％。
96.表1实施例和对比例
[0097][0098]
由表1可以看出本发明提供的油茶果壳基生物质复合材料冲击强度可达8.0kj
·
m2以上，静曲强度可达26mpa以上，弹性模量可达2000mpa以上。
[0099]
实施例7
[0100]
s1,将油茶果壳用超纯水洗净并用浓度为1-2％的氢氧化钠处理，再用纯水将其洗涤至中性后晾干并在60℃烘干备用,对预处理后的油茶果壳粉碎得到改性油茶果壳粉；油茶果壳粉的水分控制在3％；
[0101]
s2,按照质量份数取50份聚乙烯、5份马来酸酐接枝聚乙烯、2份硬脂酸镁以及50份改性油茶果壳粉，在100℃温度下，搅拌10分钟；
[0102]
s3,在搅拌后的混合物中按照质量份数加入4份载银磷酸锆、3份磷系高分子阻燃剂、以及15份活性碳酸钙，搅拌15分钟得到混合料；
[0103]
s4,将混合料加入挤出机中在预设条件下混合造粒，得到粒料；
[0104]
将混合料加入双螺杆挤出机中在挤出温度为175℃，螺杆转速为120rpm下混合造粒，得到粒料；
[0105]
s5,将粒料烘干后放入注塑机中，在190℃、70mpa压力下注塑成型，得到聚乙烯木塑装饰板材。
[0106]
实施例8
[0107]
s1,将油茶果壳用超纯水洗净并用浓度为1-2％的氢氧化钠处理，再用纯水将其洗涤至中性后晾干并在60℃烘干备用,对预处理后的油茶果壳粉碎得到改性油茶果壳粉；油茶果壳粉的水分控制在3％；
[0108]
s2,按照质量份数取45份聚乙烯、5份马来酸酐接枝聚乙烯、2份硬脂酸镁以及55份改性油茶果壳粉，在100℃温度下，搅拌10分钟；
[0109]
s3,在搅拌后的混合物中按照质量份数加入4份载银磷酸锆、3份磷系高分子阻燃剂、以及15份活性碳酸钙，搅拌15分钟得到混合料；
[0110]
s4,将混合料加入挤出机中在预设条件下混合造粒，得到粒料；
[0111]
将混合料加入双螺杆挤出机中在挤出温度为175℃，螺杆转速为120rpm下混合造粒，得到粒料；
[0112]
s5,将粒料烘干后放入注塑机中，在190℃、70mpa压力下注塑成型，得到聚乙烯木塑装饰板材。
[0113]
实施例9
[0114]
s1,将油茶果壳用超纯水洗净并用浓度为1-2％的氢氧化钠处理，再用纯水将其洗涤至中性后晾干并在60℃烘干备用,对预处理后的油茶果壳粉碎得到改性油茶果壳粉；油茶果壳粉的水分控制在3％；
[0115]
s2,按照质量份数取55份聚乙烯、5份马来酸酐接枝聚乙烯、2份硬脂酸镁以及45份改性油茶果壳粉，在100℃温度下，搅拌10分钟；
[0116]
s3,在搅拌后的混合物中按照质量份数加入4份载银磷酸锆、3份磷系高分子阻燃剂、以及15份活性碳酸钙，搅拌15分钟得到混合料；
[0117]
s4,将混合料加入挤出机中在预设条件下混合造粒，得到粒料；
[0118]
将混合料加入双螺杆挤出机中在挤出温度为175℃，螺杆转速为120rpm下混合造粒，得到粒料；
[0119]
s5,将粒料烘干后放入注塑机中，在190℃、70mpa压力下注塑成型，得到聚乙烯木塑装饰板材。
[0120]
对比例3
[0121]
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备油茶果壳生物质复合材料上缺少抗菌剂(载银磷酸锆)。
[0122]
s1,将油茶果壳用超纯水洗净并用浓度为1-2％的氢氧化钠处理，再用纯水将其洗涤至中性后晾干并在60℃烘干备用,对预处理后的油茶果壳粉碎得到改性油茶果壳粉；油茶果壳粉的水分控制在3％；
[0123]
s2,按照质量份数取50份聚乙烯、5份马来酸酐接枝聚乙烯、2份硬脂酸镁以及50份改性油茶果壳粉，在100℃温度下，搅拌10分钟；
[0124]
s3,在搅拌后的混合物中按照质量份数加入3份磷系高分子阻燃剂、以及15份活性碳酸钙，搅拌15分钟得到混合料；
[0125]
s4,将混合料加入挤出机中在预设条件下混合造粒，得到粒料；
[0126]
将混合料加入双螺杆挤出机中在挤出温度为175℃，螺杆转速为120rpm下混合造粒，得到粒料；
[0127]
s5,将粒料烘干后放入注塑机中，在190℃、70mpa压力下注塑成型，得到聚乙烯木塑装饰板材。
[0128]
对比例4
[0129]
与实施例2的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备油茶果壳生物质复合材料上缺少抗菌剂(载银磷酸锆)。
[0130]
s1,将油茶果壳用超纯水洗净并用浓度为1-2％的氢氧化钠处理，再用纯水将其洗涤至中性后晾干并在60℃烘干备用,对预处理后的油茶果壳粉碎得到改性油茶果壳粉；油茶果壳粉的水分控制在3％；
[0131]
s2,按照质量份数取45份聚乙烯、5份马来酸酐接枝聚乙烯、2份硬脂酸镁以及55份改性油茶果壳粉，在100℃温度下，搅拌10分钟；
[0132]
s3,在搅拌后的混合物中按照质量份数加入3份磷系高分子阻燃剂、以及15份活性碳酸钙，搅拌15分钟得到混合料；
[0133]
s4,将混合料加入挤出机中在预设条件下混合造粒，得到粒料；
[0134]
将混合料加入双螺杆挤出机中在挤出温度为175℃，螺杆转速为120rpm下混合造粒，得到粒料；
[0135]
s5,将粒料烘干后放入注塑机中，在190℃、70mpa压力下注塑成型，得到聚乙烯木塑装饰板材。
[0136]
力学性能检测：按照gb/t 9341-2008所示方法，经检测，实施例7～9所制得的油茶果壳生物质复合材料在弯曲强度和弯曲模量的保持率均在80％以上，即在正常使用条件下力学性能能够保持较高的水准；
[0137]
抗菌性能测试：对实施例7～9、对比例3和4进行抗菌性能测试，测试菌种选用金黄色葡萄球菌和大肠埃希氏杆菌，将菌种置于浓度95-105μmo l/l，ph为6.8-7.2的磷酸盐缓冲液中得到所需菌液，将菌液滴在实施例所制得的板材上，待实施例所制得的材料与菌液接触25-30min后，将接受抗菌性测试的材料放入浓度为0.02mo l/l的无菌硫代硫酸钠溶液的离心管中，并振荡2-3min，后用95-105μmo l/l，ph为6.8-7.2的磷酸盐缓冲液连续稀释上述溶液，将稀释后的溶液用接种针接种到琼脂培养基中，在37℃条件下恒温培养24h，最后统计存活细菌菌落数量，并计算抗菌率。
[0138]
表2抗菌率比较
[0139] 金黄色葡萄球菌(％)大肠埃希氏杆菌(％)实施例796.495.2实施例897.294.2实施例996.591.4对比例374.168.1对比例462.565.3
[0140]
测试得到结果如表2，表2可以看出以上实施例所制得的油茶果壳生物质复合材料相比未添加的对比例均具有非常优异的抗菌率，抗菌率能达到91％以上。
[0141]
显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，可以做出其它不同形式的变化或变动，都应当属于本发明保护的范围。