一种秸秆微纳米纤维改性塑料母粒及其制备方法与流程

本发明涉及复合材料，尤其涉及一种秸秆微纳米纤维改性塑料母粒及其制备方法。

背景技术：

1、秸秆是农作物收获后的剩余物质，它具有丰富的资源性和可再生性。通过将秸秆进行预处理、纤维化和纳米化处理，可以得到秸秆微纳米纤维。秸秆微纳米纤维具有高比表面积、低密度、高强度、优良的力学性能和生物降解性等特点。这些特性使得秸秆微纳米纤维在复合材料中具有广泛的应用前景，例如增强材料、吸附剂、纳米复合材料等领域。

2、聚丙烯是一种常用的塑料，具有良好的机械性能、耐热性和耐腐蚀性。然而，聚丙烯的刚性和脆性限制了其应用范围。为了改善聚丙烯的可加工性和柔韧性，可以通过添加塑化剂来降低聚丙烯的玻璃化转变温度和增加其韧性，从而得到塑料聚丙烯。塑料聚丙烯广泛应用于塑料制品、电线电缆、汽车零部件等领域。

3、秸秆微纳米纤维可以作为一种有效的增强剂添加到塑料聚丙烯中，以提高其力学性能、耐热性和韧性。添加秸秆微纳米纤维可以增加复合材料的界面相容性，改善其力学性能、导热性能和阻燃性能。譬如专利技术文献cn108976603b公开了一种植物纤维填充改性复合塑料制备方法，包括以下步骤：首先将秸秆进行碱处理和疏解液处理，得到秸秆纤维，然后将秸秆纤维使用马来酸酐氯仿溶液改性，得到改性秸秆纤维，最后，将改性秸秆纤维和通用塑料共混，挤出制成复合塑料。该发明中植物纤维分子结构含有大量羟基，能够改变通常塑料分子间的氢键结合，破坏高分子螺旋结晶结构，使得其熔融温度降低，但是大量羟基的引入会导致吸水率提高，它可能影响着薄膜在实际应用中的力学性能和尺寸稳定性。

4、专利技术文献cn115746434a公开了一种具有玉米秸秆纤维的聚乙烯复合材料及其制备方法，该发明将玉米秸秆粉复合纤维引入到聚乙烯树脂中，其中玉米秸秆复合纤维是由玉米秸秆粉经发酵和盐酸处理后与石墨烯，n,n-二甲基甲酰胺经过静电纺丝得到。相对于玉米秸秆粉，玉米秸秆复合纤维的引入降低了聚乙烯复合材料的吸水率，但是玉米秸秆复合纤维表面依旧存在大量的亲水性基团，还是会导致聚乙烯复合材料具有较高的吸水率。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提出一种秸秆微纳米纤维改性塑料母粒及其制备方法，以解决秸秆纤维改性的聚丙烯存在的吸水率较高的问题。

2、基于上述目的，本发明提供了一种秸秆微纳米纤维改性塑料母粒，包括以下重量份数原料：聚丙烯50-70份、秸秆微纳米纤维10-15份、增塑剂2-4份、抗氧剂0.5-1份和乙撑双硬酯酰胺0.5-1份。

3、其中，所述秸秆微纳米纤维的具体制备方法如下：

4、s1：将秸秆破碎，过100目筛，于85-100℃下干燥24-30h，得到秸秆粉末；

5、s2：将秸秆粉末加入有机酸处理液中，处理5-10h，然后分离，洗涤，得到表面处理化秸秆粉末；

6、s3：将表面处理化秸秆粉末、可溶性聚酰亚胺粉末和马来酸酐接枝聚丙烯加入到n,n-二甲基甲酰胺溶液中，于85-90℃下搅拌8 h，得到静电纺丝溶液；

7、s4：将静电纺丝溶液进行静电纺丝，得到秸秆微纳米纤维。

8、其中，所述可溶性聚酰亚胺粉末为可溶解于n,n-二甲基甲酰胺的聚酰亚胺粉末。

9、优选的，所述有机酸处理液中有机酸为柠檬酸、酒石酸、草酸、苹果酸和枸椽酸中的一种。

10、优选的，所述有机酸处理液的制备方法为：将有机酸加入去离子水中，搅拌均匀，即得有机酸处理液。

11、优选的，所述有机酸和去离子水的重量比为10-15:150-200。

12、优选的，所述秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆和甘蔗秸秆中的一种。

13、优选的，所述增塑剂为邻苯二甲酸酯和脂肪酸酯中的一种。

14、优选的，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076和抗氧剂168中的一种。

15、优选的，所述步骤s2中秸秆粉末和有机酸处理液的重量比为10-15:100-200。

16、优选的，所述步骤s3中表面处理化秸秆粉末、可溶性聚酰亚胺粉末、马来酸酐接枝聚丙烯和n,n-二甲基甲酰胺的重量比为10-15:1.5-2:0.1-0.5:80-120。

17、优选的，所述可溶性聚酰亚胺粉末的型号为kf-1。

18、优选的，所述步骤s4中静电纺丝的具体工艺参数如下：纺丝电压为15-18kv，纺丝速度为0.5-0.8ml/h，接收距离为20-25cm，接收器转速为100-120rpm，纺丝针头的规格为15-21 g，温度为30-35℃，湿度为35-40%。

19、本发明还提供了一种秸秆微纳米纤维改性塑料母粒的制备方法，具体制备步骤如下：

20、（1）将聚丙烯、秸秆微纳米纤维、增塑剂、抗氧剂和乙撑双硬酯酰胺混合搅拌均匀，得到混合料；

21、（2）将混合料添加到双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，得到秸秆微纳米纤维改性塑料母粒。

22、优选的，所述步骤（2）中双螺杆挤出机的各区温度为：一区温度150℃，二区温度160℃，三区温度170℃，四区温度180℃，五区温度185℃，六区温度180℃。

23、优选的，所述步骤（2）中双螺杆挤出机的机头温度为180℃，螺杆压力为0.06-0.1mpa，螺杆转速为220-350rpm。

24、本发明的有益效果：

25、（1）本发明通过将秸秆粉末表面化处理，再和可溶性聚酰亚胺粉末、马来酸酐接枝聚丙烯进行静电纺丝，得到一种全新的秸秆微纳米纤维，采用本方明制备的秸秆微纳米纤维作为增强材料的聚丙烯具有极低的吸水率。

26、（2）本发明通过在聚丙烯中添加秸秆微纳米纤维，使得制备的改性塑料母粒具有较高的拉伸强度和弯曲强度。

27、（3）本发明通过将秸秆转化为微纳米纤维，并应用于改性塑料母粒的制备中，有助于推动可持续发展和循环经济，减少对传统原材料的依赖，并且摒弃了传统的酸化、碱化处理，大大提高了秸秆的利用率。

技术特征：

1.一种秸秆微纳米纤维改性塑料母粒，其特征在于，包括以下重量份数原料：聚丙烯50-70份、秸秆微纳米纤维10-15份、增塑剂2-4份、抗氧剂0.5-1份和乙撑双硬酯酰胺0.5-1份；

2.根据权利要求1所述的秸秆微纳米纤维改性塑料母粒，其特征在于，所述秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆和甘蔗秸秆中的一种。

3.根据权利要求1所述的秸秆微纳米纤维改性塑料母粒，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸酯和脂肪酸酯中的一种；所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076和抗氧剂168中的一种。

4.根据权利要求1所述的秸秆微纳米纤维改性塑料母粒，其特征在于，所述步骤s2中秸秆粉末和有机酸处理液的重量比为10-15:100-200。

5.根据权利要求1所述的秸秆微纳米纤维改性塑料母粒，其特征在于，所述步骤s3中表面处理化秸秆粉末、可溶性聚酰亚胺粉末、马来酸酐接枝聚丙烯和n,n-二甲基甲酰胺的重量比为10-15:1.5-2:0.1-0.5:80-120。

6.根据权利要求1所述的秸秆微纳米纤维改性塑料母粒，其特征在于，所述可溶性聚酰亚胺粉末的型号为kf-1。

7.根据权利要求1所述的秸秆微纳米纤维改性塑料母粒，其特征在于，所述步骤s4中静电纺丝的具体工艺参数如下：纺丝电压为15-18kv，纺丝速度为0.5-0.8ml/h，接收距离为20-25cm，接收器转速为100-120rpm，纺丝针头的规格为15-21 g，温度为30-35℃，湿度为35-40%。

8.一种根据权利要求1-7任一项所述的秸秆微纳米纤维改性塑料母粒的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：

9.根据权利要求8所述的秸秆微纳米纤维改性塑料母粒的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的各区温度为：一区温度150℃，二区温度160℃，三区温度170℃，四区温度180℃，五区温度185℃，六区温度180℃。

10.根据权利要求8所述的秸秆微纳米纤维改性塑料母粒的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的机头温度为180℃，螺杆压力为0.06-0.1mpa，螺杆转速为220-350rpm。

技术总结
本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种秸秆微纳米纤维改性塑料母粒及其制备方法。该秸秆微纳米纤维改性塑料母粒由聚丙烯、秸秆微纳米纤维、增塑剂、抗氧剂和乙撑双硬酯酰胺组成。其中，秸秆微纳米纤维的制备步骤包括秸秆破碎、干燥、表面处理化、与可溶性聚酰亚胺粉末和马来酸酐接枝聚丙烯混合，静电纺丝。本方明制备的秸秆微纳米纤维改性塑料母粒具有极低的吸水率和优异的力学性能，可用于塑料制品的生产。

技术研发人员：陈丙山,王栋
受保护的技术使用者：山东华诚高科胶粘剂有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15