一种以烟秆粉为原料的木塑材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种以烟秆粉为原料的木塑材料及其制备方法 (Wood-plastic material taking tobacco stalk powder as raw material and preparation method thereof ) 是由 袁清华 吕永华 黄振瑞 路征 马柱文 林志丹 余军辉 曹琳 于 2021-07-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及木塑材料制备技术领域,具体公开了一种以烟秆粉为原料的木塑材料及其制备方法。所述的以烟秆粉为原料的木塑材料,其包含如下重量份的组分：聚丙烯35～75份；烟秆粉5～40份；碱式硫酸镁晶须15～25份；相容剂1～3份。该木塑材料以聚丙烯、烟秆粉以及碱式硫酸镁晶须为原料制备得到,其具有较好的力学强度同时还具有一定的抗菌性能。(The invention relates to the technical field of wood-plastic material preparation, and particularly discloses a wood-plastic material taking tobacco stalk powder as a raw material and a preparation method thereof. The wood-plastic material taking the straw powder as the raw material comprises the following components in parts by weight: 35-75 parts of polypropylene; 5-40 parts of tobacco stalk powder; 15-25 parts of basic magnesium sulfate whisker; 1-3 parts of a compatilizer. The wood-plastic material is prepared from polypropylene, tobacco stem powder and basic magnesium sulfate whisker serving as raw materials, and has good mechanical strength and certain antibacterial property.)
技术领域
本发明涉及木塑材料制备技术领域，具体涉及一种以烟秆粉为原料的木塑材料及其制备方法。
背景技术
烟秆粉是将烟草秸秆粉碎后得到的粉末。我国是烟草种植大国，烟草生产后产生了大量的烟草秸秆；对于烟草秸秆目前主要的处理方法是丢弃和焚烧。然而丢弃和焚烧会对环境污染产生一定的影响。因此，如何将烟草秸秆进行资源化利用是一大难题。
木塑材料是指利用聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯等树脂材料代替通常的胶粘剂，与木粉、稻壳、秸秆等废植物纤维混合后作为原料制备而成的材料；目前广泛应用于建材、家具、物流包装等行业。然而，目前鲜有以烟秆粉为原料制备木塑材料的报道。
发明内容
为了克服现有技术中存在的至少之一的技术问题，本发明提供了一种以烟秆粉为原料的木塑材料。
一种以烟秆粉为原料的木塑材料，其包含如下重量份的组分：
聚丙烯35～75份；烟秆粉5～40份；碱式硫酸镁晶须15～25份；相容剂1～3份。
发明人经研究表明，单纯以聚丙烯和烟秆粉为原料制备得到的木塑材料，由于烟秆粉的加入，导致聚丙烯的强度降低；为了解决该问题，发明人将碱式硫酸镁晶须加入其中，解决了以聚丙烯和烟秆粉为原料制备得到的木塑材料强度不高的问题。
此外，发明人进一步研究表明，以聚丙烯、烟秆粉以及碱式硫酸镁晶须为原料制备得到的木塑材料还具有一定的抗菌能力。
优选地，所述的以烟秆粉为原料的木塑材料，其包含如下重量份的组分：
聚丙烯40～50份；烟秆粉20～40份；碱式硫酸镁晶须20～25份；相容剂2～3份。
优选地，所述的以烟秆粉为原料的木塑材料，其包含如下重量份的组分：
聚丙烯48份；烟秆粉30份；碱式硫酸镁晶须20份；相容剂2份。
优选地，所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
优选地，所述的以烟秆粉为原料的木塑材料，还包括分散剂3～6份。
优选地，所述的分散剂通过如下方法制备得到：
(1)将3,4-二羟基苯甲酸加入到乙醚中，然后加入月桂酰氯和肉桂酰氯，在28～35℃下搅拌反应1～3h，浓缩去除乙醚得产物1；
(2)将产物1分散于水中，然后加入氢氧化钠，在20～25℃下反应1～2h即得所述的分散剂。
进一步优选地，步骤(1)中3,4-二羟基苯甲酸、月桂酰氯、肉桂酰氯以及乙醚的用量比为15～20g:20～25g:15～20g:400～600mL。
最优选地，步骤(1)中3,4-二羟基苯甲酸、月桂酰氯、肉桂酰氯以及乙醚的用量比为16g:22g:17g:500mL。
进一步优选地，步骤(2)中产物1与氢氧化钠以及水的用量比为40～60g:4～5g:500～800mL。
最优选地，步骤(2)中产物1与氢氧化钠以及水的用量比为50g:4g:600mL。
发明人进一步研究表明：加入碱式硫酸镁晶须虽然可以在一定程度上提高木塑材料的强度，但是提高程度有限；发明人经大量研究发现，这可能是和碱式硫酸镁晶须不能很好的分散在聚丙烯和烟秆粉中的缘故；为了进一步提高木塑材料的强度，发明人尝试着加入常规的分散剂，但是效果不明显；这可能是因为常规的分散剂很难将碱式硫酸镁晶须均匀的分散在聚丙烯和烟秆粉中。基于此，发明人采用了以3,4-二羟基苯甲酸、月桂酰氯和肉桂酰氯为原料制备全新的分散剂；研究表明，加入该全新分散剂相对于加入常规的分散剂可以进一步大幅提高木塑材料的强度。
本发明还提供一种上述以烟秆粉为原料的木塑材料的制备方法，其包含如下步骤：
将聚丙烯、烟秆粉、碱式硫酸镁晶须以及相容剂放入混合机中混合均匀后，再经双螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒，即得所述的以烟秆粉为原料的木塑材料；
或，将聚丙烯、烟秆粉、碱式硫酸镁晶须、相容剂以及分散剂放入混合机中混合均匀后，再经双螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒，即得所述的以烟秆粉为原料的木塑材料。
有益效果：本发明提供了一种全新组成的木塑材料；该木塑材料以聚丙烯、烟秆粉以及碱式硫酸镁晶须为原料制备得到，其具有较好的力学强度同时还具有一定的抗菌性能。进一步研究表明，在木塑材料中加入以3,4-二羟基苯甲酸、月桂酰氯和肉桂酰氯为原料制备得到的全新的分散剂后，可以进一步大幅提高木塑材料的力学强度。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步解释本发明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。
以下实施例中的聚丙烯采用燕山石化生产的牌号为K8003的聚丙烯；其它未注明来源的材料均为本领域技术人员可以购买得到的常规原料。
实施例1以烟秆粉为原料的木塑材料的制备
原料重量份组成：聚丙烯48份；烟秆粉30份；碱式硫酸镁晶须20份；马来酸酐接枝聚丙烯2份。
制备方法：将聚丙烯、烟秆粉、碱式硫酸镁晶须以及马来酸酐接枝聚丙烯放入混合机中混合均匀后，再经双螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒，即得所述的以烟秆粉为原料的木塑材料。
实施例2以烟秆粉为原料的木塑材料的制备
原料重量份组成：聚丙烯48份；烟秆粉30份；碱式硫酸镁晶须20份；马来酸酐接枝聚丙烯2份；分散剂5份；
所述的分散剂通过如下方法制备得到：
(1)将3,4-二羟基苯甲酸加入到乙醚中，然后加入月桂酰氯和肉桂酰氯，在30℃下搅拌反应2h，浓缩去除乙醚得产物1；其中，3,4-二羟基苯甲酸、月桂酰氯、肉桂酰氯以及乙醚的用量比为16g:22g:17g:500mL；
(2)将产物1分散于水中，然后加入氢氧化钠，在23℃下反应1.5h即得所述的分散剂；其中，产物1与氢氧化钠以及水的用量比为50g:4g:600mL。
制备方法：将聚丙烯、烟秆粉、碱式硫酸镁晶须、马来酸酐接枝聚丙烯以及分散剂放入混合机中混合均匀后，再经双螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒，即得所述的以烟秆粉为原料的木塑材料。
实施例2与实施例1的区别在于，实施例2加入了以3,4-二羟基苯甲酸、月桂酰氯和肉桂酰氯为原料制备得到的全新的分散剂。
实施例3以烟秆粉为原料的木塑材料的制备
原料重量份组成：聚丙烯40份；烟秆粉40份；碱式硫酸镁晶须25份；马来酸酐接枝聚丙烯3份；分散剂6份；
所述的分散剂通过如下方法制备得到：
(1)将3,4-二羟基苯甲酸加入到乙醚中，然后加入月桂酰氯和肉桂酰氯，在35℃下搅拌反应1h，浓缩去除乙醚得产物1；其中，3,4-二羟基苯甲酸、月桂酰氯、肉桂酰氯以及乙醚的用量比为15g:20g:20g:600mL；
(2)将产物1分散于水中，然后加入氢氧化钠，在20℃下反应2h即得所述的分散剂；其中，产物1与氢氧化钠以及水的用量比为40g:5g:500mL。
制备方法：将聚丙烯、烟秆粉、碱式硫酸镁晶须、马来酸酐接枝聚丙烯以及分散剂放入混合机中混合均匀后，再经双螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒，即得所述的以烟秆粉为原料的木塑材料。
实施例4以烟秆粉为原料的木塑材料的制备
原料重量份组成：聚丙烯50份；烟秆粉20份；碱式硫酸镁晶须20份；马来酸酐接枝聚丙烯2份；分散剂3份；
所述的分散剂通过如下方法制备得到：
(1)将3,4-二羟基苯甲酸加入到乙醚中，然后加入月桂酰氯和肉桂酰氯，在28℃下搅拌反应3h，浓缩去除乙醚得产物1；其中，3,4-二羟基苯甲酸、月桂酰氯、肉桂酰氯以及乙醚的用量比为20g:20g:15g:400mL；
(2)将产物1分散于水中，然后加入氢氧化钠，在25℃下反应1h即得所述的分散剂；其中，产物1与氢氧化钠以及水的用量比为60g:5g:800mL。
制备方法：将聚丙烯、烟秆粉、碱式硫酸镁晶须、马来酸酐接枝聚丙烯以及分散剂放入混合机中混合均匀后，再经双螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒，即得所述的以烟秆粉为原料的木塑材料。
对比例1以烟秆粉为原料的木塑材料的制备
原料重量份组成：聚丙烯48份；烟秆粉30份；碱式硫酸镁晶须20份；马来酸酐接枝聚丙烯2份；分散剂5份；
所述的分散剂为二甘醇单月桂酸酯。
制备方法：将聚丙烯、烟秆粉、碱式硫酸镁晶须、马来酸酐接枝聚丙烯以及分散剂放入混合机中混合均匀后，再经双螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒，即得所述的以烟秆粉为原料的木塑材料。
实施例2与对比例1的区别在于，分散剂不同，对比例1加入的是常规的分散剂二甘醇单月桂酸酯。而实施例2加入的是以3,4-二羟基苯甲酸、月桂酰氯和肉桂酰氯为原料制备得到的全新的分散剂。
对比例2以烟秆粉为原料的木塑材料的制备
原料重量份组成：聚丙烯48份；烟秆粉30份；碱式硫酸镁晶须20份；马来酸酐接枝聚丙烯2份；分散剂5份；
所述的分散剂为硬脂酸钙。
制备方法：将聚丙烯、烟秆粉、碱式硫酸镁晶须、马来酸酐接枝聚丙烯以及分散剂放入混合机中混合均匀后，再经双螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒，即得所述的以烟秆粉为原料的木塑材料。
实施例2与对比例2的区别在于，分散剂不同，对比例1加入的是常规的分散剂硬脂酸钙。而实施例2加入的是以3,4-二羟基苯甲酸、月桂酰氯和肉桂酰氯为原料制备得到的全新的分散剂。
对比例3以烟秆粉为原料的木塑材料的制备
原料重量份组成：聚丙烯48份；烟秆粉30份；碱式硫酸镁晶须20份；马来酸酐接枝聚丙烯2份；分散剂5份；
所述的分散剂通过如下方法制备得到：
(1)将3,4-二羟基苯甲酸加入到乙醚中，然后加入月桂酰氯，在30℃下搅拌反应2h，浓缩去除乙醚得产物1；其中，3,4-二羟基苯甲酸、月桂酰氯以及乙醚的用量比为16g:39g:500mL；
(2)将产物1分散于水中，然后加入氢氧化钠，在23℃下反应1.5h即得所述的分散剂；其中，产物1与氢氧化钠以及水的用量比为50g:4g:600mL。
制备方法：将聚丙烯、烟秆粉、碱式硫酸镁晶须、马来酸酐接枝聚丙烯以及分散剂放入混合机中混合均匀后，再经双螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒，即得所述的以烟秆粉为原料的木塑材料。
实施例2与对比例3的区别在于，分散剂的制备原料不同；对比例3加入了仅仅是以3,4-二羟基苯甲酸和月桂酰氯为原料制备得到的分散剂。而实施例2加入了是以3,4-二羟基苯甲酸、月桂酰氯和肉桂酰氯为原料制备得到的全新的分散剂。
对比例4以烟秆粉为原料的木塑材料的制备
原料重量份组成：聚丙烯48份；烟秆粉30份；碱式硫酸镁晶须20份；马来酸酐接枝聚丙烯2份；分散剂5份；
所述的分散剂通过如下方法制备得到：
(1)将3,4-二羟基苯甲酸加入到乙醚中，然后加入肉桂酰氯，在30℃下搅拌反应2h，浓缩去除乙醚得产物1；其中，3,4-二羟基苯甲酸、肉桂酰氯以及乙醚的用量比为16g:39g:500mL；
(2)将产物1分散于水中，然后加入氢氧化钠，在23℃下反应1.5h即得所述的分散剂；其中，产物1与氢氧化钠以及水的用量比为50g:4g:600mL。
制备方法：将聚丙烯、烟秆粉、碱式硫酸镁晶须、马来酸酐接枝聚丙烯以及分散剂放入混合机中混合均匀后，再经双螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒，即得所述的以烟秆粉为原料的木塑材料。
实施例2与对比例4的区别在于，分散剂的制备原料不同；对比例4加入了仅仅是以3,4-二羟基苯甲酸和肉桂酰氯为原料制备得到的分散剂。而实施例2加入了是以3,4-二羟基苯甲酸、月桂酰氯和肉桂酰氯为原料制备得到的全新的分散剂。
实验例
将实施例1～4以及对比例1～4制备得到的以烟秆粉为原料的木塑材料参照ISO180标准中的方法测试其悬臂梁缺口冲击强度，测试结果见表1。
表1.木塑材料悬臂梁冲击强度测试结果
悬臂梁缺口冲击(KJ/m<sup>2</sup>、23℃)
实施例1以烟秆粉为原料的木塑材料
46
实施例2以烟秆粉为原料的木塑材料
77
实施例3以烟秆粉为原料的木塑材料
71
实施例4以烟秆粉为原料的木塑材料
68
对比例1以烟秆粉为原料的木塑材料
50
对比例2以烟秆粉为原料的木塑材料
52
对比例3以烟秆粉为原料的木塑材料
55
对比例4以烟秆粉为原料的木塑材料
54
从表1实验数据可以看出，实施例2～4制备得到的以烟秆粉为原料的木塑材料其悬臂梁缺口冲击强度要远远高于实施例1；这说明在本发明木塑材料中加入以3,4-二羟基苯甲酸、月桂酰氯和肉桂酰氯为原料制备得到的全新的分散剂后可以大幅提高其悬臂梁缺口冲击强度。
从表1实验数据可以看出，对比例1、2制备得到的木塑材料与实施例1相比，其悬臂梁缺口冲击强度并未得到显著的提升，且远远小于实施例2；这说明在本发明木塑材料中加入常规的分散剂后并不能大幅提高木塑材料的悬臂梁缺口冲击强度；只有加入以3,4-二羟基苯甲酸、月桂酰氯和肉桂酰氯为原料制备得到的全新的分散剂后才能大幅提高木塑材料的悬臂梁缺口冲击强度。
从表1实验数据可以看出，对比例3和4制备得到的木塑材料，其悬臂梁缺口冲击强度远远小于实施例2；这说明，分散剂的制备原料对于木塑材料的悬臂梁缺口冲击强度起着决定性的作用；只有加入以3,4-二羟基苯甲酸、月桂酰氯和肉桂酰氯为原料制备得到的全新的分散剂后才能大幅提高木塑材料的悬臂梁缺口冲击强度；而仅仅以3,4-二羟基苯甲酸和肉桂酰氯为原料制备得到的分散剂或仅仅以3,4-二羟基苯甲酸和月桂酰氯为原料制备得到的分散剂并不能大幅提高木塑材料的悬臂梁缺口冲击强度。
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