阅读说明：本技术 以稻壳为原料生产塑料增强剂的方法 (Method for producing plastic reinforcing agent by using rice husk as raw material ) 是由 白伟锋 何青 于 2019-10-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种以稻壳为原料生产塑料增强剂的方法,以甲基丙烯酸甲酯、稻壳粉和引发剂、阻燃剂为原料发生聚合反应,得到聚甲基丙烯酸甲酯包覆于稻壳粉的内外表面,得到聚甲基丙烯酸甲酯改性稻壳粉,干燥后即为塑料增强剂。本发明的塑料增强剂无毒、无臭、无污染,原料价格便宜,具有与聚合物较优的黏合性和亲和性以及较低的密度；具备良好的尺寸稳定性、耐磨、耐热性以及优异的防水性能。(The invention discloses a method for producing a plastic reinforcing agent by using rice hulls as raw materials, which comprises the steps of carrying out polymerization reaction by using methyl methacrylate, rice hull powder, an initiator and a flame retardant as raw materials to obtain polymethyl methacrylate coated on the inner surface and the outer surface of the rice hull powder to obtain polymethyl methacrylate modified rice hull powder, and drying to obtain the plastic reinforcing agent. The plastic reinforcing agent is nontoxic, odorless and pollution-free, has cheap raw materials, and has better adhesiveness and affinity with polymers and lower density; has good dimensional stability, wear resistance, heat resistance and excellent waterproof performance.)

以稻壳为原料生产塑料增强剂的方法

技术领域

本发明涉及塑料增强剂技术领域，具体是以稻壳为原料生产塑料增强剂的方法。

背景技术

稻壳又名稻子壳，稻谷外面的一层壳。稻壳长5～10mm、2.5～5mm、厚23～30um，其色泽呈盗黄色、金黄色、黄褐色及棕红色等。稻壳堆积密度为96—160kg.m^-3，稻壳被粉碎后，堆积密度可达384～400kg.m^-3。稻壳富含纤维素、木质素、二氧化硅，脂肪和蛋白质含量极低。稻壳具有良好的韧性、多孔性、低密以及质地粗糙等，决定了它在工业上的一些特殊用途与应用范围。稻壳中约含40%的粗纤维和20%左右的五碳糖聚合物。

据统计，中国目前的大米年产量已经超过了一亿八千万吨，约占全球年总产量的三分之一，居世界首位。 在稻米加工的过程中会有大量的稻壳产生，每吨稻谷能产生约200kg 的稻壳。 这些稻壳由于其自然堆积密度小，给运输带来了极大的不便。 而另一方面，大部分的稻米加工企业并没有一个合理有效的工艺对稻壳进行利用，于是很多稻壳被当做农业废弃物遭到了丢弃。

长期以来，国内外对稻壳的综合利用进行了广泛的研究，获得了许多可供利用的途径。但真正能够形成规模生产的，能大量消耗稻壳的利用途径并不多，或是经济效益不显著增值不大，或是在工艺上、技术、质量、环境污染等方面还存在一些问题。因此，许多地方把稻壳作为废弃物。这不但是对资源的极大浪费，在经济上造成巨大损失，同时对环境也造成了很大的污染。研究解决稻壳的合理利用，变废为宝，是摆在我们面前的一项意义重大的任务。

塑料增强剂是指添加到树脂中能与树脂紧密地结合，并使制品的机械力学性能显著提高的物质。塑料增强剂要求具有以下特性 ：(1) 化学上呈惰性 ；(2) 对耐水性、耐化学药品性、耐候性、耐热性等无妨碍 ；(3) 不降低物理性能 ；(4) 可以大量填充 ；(5) 相对密度小 ；(6) 价廉。填充剂种类繁多，其特性也极复杂，用于塑料中不易区别。

发明内容

本发明的目的是提供一种以稻壳为原料生产塑料增强剂的方法，该塑料增强剂，能够提高塑料的整体性能，延长塑料的使用寿命。该塑料增强剂，无毒、无臭、无污染，具有与聚合物较优的黏合性和亲和性以及较低的密度；具备良好的尺寸稳定性、耐磨、耐热性以及优异的防水性能。

本发明通过以下技术方案实现：

以稻壳为原料生产塑料增强剂的方法，包括以下步骤：

（1）将稻壳除杂后置于600～700℃的密闭烘箱内，进行高温烧结炭化处理1～2h，得到稻壳炭；

（2）将稻壳炭放入170～200℃的蒸汽环境中，进行活化处理3～5h；

（3）将活化后的稻壳炭用粉碎设备进行研磨，至粒径为20～50微米，得到稻壳炭粉末；

（4）将稻壳炭粉放入硫酸水溶液中浸泡30～60min，再放入盐酸水溶液中浸泡30～60min，滤干后取滤渣，于70～80℃条件下烘干，得到浸泡后的稻壳炭粉，备用；

（5）将浸泡后的稻壳炭粉加入引发剂、阻燃剂和甲基丙烯酸甲酯，混合均匀，进行微波聚合，得到聚甲基丙烯酸甲酯改性稻壳粉；干燥后即为塑料增强剂。

具体地，步骤（4）所述的硫酸水溶液的质量浓度为20～28％。

步骤（4）所述的盐酸水溶液的质量浓度为22～30％。

优选地，步骤（5）所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过硫酸钠、过硫酸铵、过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种。所述引发剂的加入量为浸泡后的稻壳炭粉重量的0.5～2%。

步骤（5）所述的阻燃剂为氢氧化镁粉末或钛白粉中的一种或两种。所述阻燃剂的加入量为浸泡后的稻壳炭粉重量的0.2～1.2%。

步骤（5）所述的甲基丙烯酸甲酯的加入量为浸泡后的稻壳炭粉重量的2～10%。

优选地，步骤（5）所述微波聚合的参数为：频率50～250GHz，温度75～85℃，时间10～20min。

步骤（5）所述的干燥条件为：温度80～100℃，时间20～50min。

本发明以甲基丙烯酸甲酯、稻壳粉和引发剂、阻燃剂为原料，混合后，发生聚合反应，混合过程中单体甲基丙烯酸甲酯分布于稻壳粉的微孔内和稻壳粉的外表面，然后通过聚合反应，得到聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸甲酯包覆于稻壳粉的内外表面，即将稻壳粉包裹于内部，改性后的稻壳粉吸水性减小，具有优异的防水性能。此外，由于聚甲基丙烯酸甲酯与高密度聚乙烯具有较好的相容性，经过甲基丙烯酸甲酯改性后的稻壳粉也能与高密度聚乙烯均匀混合，具有与聚合物较优的黏合性和亲和性。

本发明所述的钛白粉即为二氧化钛粉末，二氧化钛具有较高的熔点，有良好的耐热性，能增强塑料的机械强度和附着力，防止裂纹，防止紫外线和水分透过，延长漆膜寿命，还能使塑料的颜色变浅，具有较优的反射和隔热性能。

所述的氢氧化镁是一种新型填充型阻燃剂，通过受热分解时释放出结合水，吸收大量的潜热，来降低它所填充的合成材料在火焰中的表面温度，具有抑制聚合物分解和对所产生的可燃气体进行冷却的作用。分解生成的氧化镁又是良好的耐火材料，也能帮助提高合成材料的抗火性能，同时它放出的水蒸气也可作为一种抑烟剂。氢氧化镁是公认的橡塑行业中具有阻燃、抑烟、填充三重功能的优秀阻燃剂。

本发明的有益效果：

1、本发明的塑料增强剂能提高塑料加工性能，改进物化性质，增加容积，降低塑料生产成本。

2、本发明的塑料增强剂以甲基丙烯酸甲酯、稻壳粉和引发剂、阻燃剂为原料，发生聚合反应制备成聚甲基丙烯酸甲酯改性稻壳粉，具有与聚合物较优的黏合性和亲和性，以及较低的密度。

3、本发明的塑料增强剂加入氢氧化镁粉末或钛白粉作为阻燃剂，钛白粉能够增强塑料的机械强度和附着力，防止裂纹，防止紫外线和水分透过，延长漆膜寿命，具有较优的反射和隔热性能。氢氧化镁通过受热分解时释放出结合水，吸收大量的潜热，来降低它所填充的合成材料在火焰中的表面温度，具有抑制聚合物分解和对所产生的可燃气体进行冷却的作用。本发明的塑料增强剂加入塑料制品中，可以使其具备良好的尺寸稳定性、耐磨、耐热性，可提高热变形温度，使线膨胀系数下降。

4、本发明的塑料增强剂无毒、无臭、无污染，原料价格便宜。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

以稻壳为原料生产塑料增强剂的方法，包括以下步骤：

（1）将稻壳除杂后置于600℃的密闭烘箱内，进行高温烧结炭化处理2h，得到稻壳炭；

（2）将稻壳炭放入170℃的蒸汽环境中，进行活化处理5h；

（3）将活化后的稻壳炭用粉碎设备进行研磨，至粒径为40微米，得到稻壳炭粉末；

（4）将稻壳炭粉放入硫酸水溶液中浸泡30min，再放入盐酸水溶液中浸泡30min，滤干后取滤渣，于70℃条件下烘干，得到浸泡后的稻壳炭粉，备用；

（5）将浸泡后的稻壳炭粉加入引发剂、阻燃剂和甲基丙烯酸甲酯，混合均匀，进行微波聚合，得到聚甲基丙烯酸甲酯改性稻壳粉；干燥后即为塑料增强剂。

步骤（4）所述的硫酸水溶液的质量浓度为28％。

步骤（4）所述的盐酸水溶液的质量浓度为28％。

步骤（5）所述引发剂为偶氮二异丁腈。所述引发剂的加入量为浸泡后的稻壳炭粉重量的0.5%。

步骤（5）所述的阻燃剂为钛白粉。所述阻燃剂的加入量为浸泡后的稻壳炭粉重量的0.3%。

步骤（5）所述的甲基丙烯酸甲酯的加入量为浸泡后的稻壳炭粉重量的2%。

步骤（5）所述微波聚合的参数为：频率70GHz，温度75℃，时间20min。

步骤（5）所述的干燥条件为：温度80℃，时间50min。

实施例2

以稻壳为原料生产塑料增强剂的方法，包括以下步骤：

（1）将稻壳除杂后置于650℃的密闭烘箱内，进行高温烧结炭化处理1.5h，得到稻壳炭；

（2）将稻壳炭放入180℃的蒸汽环境中，进行活化处理4h；

（3）将活化后的稻壳炭用粉碎设备进行研磨，至粒径为20微米，得到稻壳炭粉末；

（4）将稻壳炭粉放入硫酸水溶液中浸泡45min，再放入盐酸水溶液中浸泡45min，滤干后取滤渣，于75℃条件下烘干，得到浸泡后的稻壳炭粉，备用；

（5）将浸泡后的稻壳炭粉加入引发剂、阻燃剂和甲基丙烯酸甲酯，混合均匀，进行微波聚合，得到聚甲基丙烯酸甲酯改性稻壳粉；干燥后即为塑料增强剂。

步骤（4）所述的硫酸水溶液的质量浓度为25％。

步骤（4）所述的盐酸水溶液的质量浓度为25％。

步骤（5）所述引发剂为偶氮二异庚腈。所述引发剂的加入量为浸泡后的稻壳炭粉重量的1%。

步骤（5）所述的阻燃剂为氢氧化镁粉末和钛白粉按照重量比1:1组成。所述阻燃剂的加入量为浸泡后的稻壳炭粉重量的0.5%。

步骤（5）所述的甲基丙烯酸甲酯的加入量为浸泡后的稻壳炭粉重量的5%。

步骤（5）所述微波聚合的参数为：频率100GHz，温度780℃，时间15min。

步骤（5）所述的干燥条件为：温度90℃，时间40min。

实施例3

以稻壳为原料生产塑料增强剂的方法，包括以下步骤：

（1）将稻壳除杂后置于700℃的密闭烘箱内，进行高温烧结炭化处理1h，得到稻壳炭；

（2）将稻壳炭放入200℃的蒸汽环境中，进行活化处理3h；

（3）将活化后的稻壳炭用粉碎设备进行研磨，至粒径为50微米，得到稻壳炭粉末；

（4）将稻壳炭粉放入硫酸水溶液中浸泡60min，再放入盐酸水溶液中浸泡60min，滤干后取滤渣，于80℃条件下烘干，得到浸泡后的稻壳炭粉，备用；

（5）将浸泡后的稻壳炭粉加入引发剂、阻燃剂和甲基丙烯酸甲酯，混合均匀，进行微波聚合，得到聚甲基丙烯酸甲酯改性稻壳粉；干燥后即为塑料增强剂。

步骤（4）所述的硫酸水溶液的质量浓度为20％。

步骤（4）所述的盐酸水溶液的质量浓度为22％。

步骤（5）所述引发剂为过硫酸铵。所述引发剂的加入量为浸泡后的稻壳炭粉重量的2%。

步骤（5）所述的阻燃剂为氢氧化镁粉末。所述阻燃剂的加入量为浸泡后的稻壳炭粉重量的1.2%。

步骤（5）所述的甲基丙烯酸甲酯的加入量为浸泡后的稻壳炭粉重量的10%。

步骤（5）所述微波聚合的参数为：频率250GHz，温度85℃，时间10min。

步骤（5）所述的干燥条件为：温度100℃，时间20min。