秸秆纤维滑石粉改性聚乙烯吹膜级复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子改性材料技术领域，具体是秸秆纤维滑石粉改性聚乙烯吹膜级复合材料及其制备方法。

背景技术

由于秸秆焚烧会产生大量的空气污染，这种秸秆再处理方法已经被国家所禁止，但是由于秸秆焚烧方式成本低廉，在很多农村地区还是屡禁不止。另一方面秸秆粉碎还田时由于秸秆很难快速腐烂成肥料，反而影响土壤肥力增加农民耕作难度，因此合理处理和利用秸秆资源是农业发展中的难题。为了解决这一问题，如何高价值利用秸秆资源，并增加农民的收入从而进一步提高农民处理秸秆的积极性是解决这一难题的有效手段。背景技术增加秸秆利用的重要作用。包括减少焚烧秸秆保护环境，提高农民收入提高秸秆再利用的积极性等。

国家正大力倡导绿色生活，农民田地里的庄稼早已不允许焚烧，而在田地里自然腐烂所需时间较长，难免会影响农民连续耕作，而且没有完全腐烂的秸秆还会降低土壤的肥力，影响庄稼的生长，所以合理利用秸秆能够解决农民耕种过程中对于处理秸秆的难题。而且使用秸秆成本较低，并且秸秆纤维能够达到产品的使用要求，对于节约产品成本也有较大意义。

秸秆再处理后粉碎成粉末可以作为高分子薄膜的添加剂。由于秸秆纤维表面具有丰富的官能基团，纤维之间结合力强，纤维本身的机械强度高，因此可以有效添加进入聚乙烯吹膜材料中，有效改进聚乙烯薄膜的拉伸强度、断裂伸长率、屈服强度和弹性模量等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种秸秆纤维滑石粉改性聚乙烯吹膜级复合材料及其制备方法，以解决现有技术中白滑石改性的吹膜材料成本较高、拉伸强度、断裂伸长率、弹性模量和屈服强度均较低的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种秸秆纤维滑石粉改性聚乙烯吹膜级复合材料，包括以下原料：聚乙烯主料、聚烯烃辅料、滑石粉、秸秆纤维、偶联剂、表面改性剂以及助剂；其中

所述助剂至少包括相容剂；

所述秸秆纤维经过高温热熔解，实现纤维化与高可分散性；

所述滑石粉至少经过所述偶联剂与表面改性剂的表面改性处理。

在上述技术方案的基础上，本发明还提供以下可选技术方案：

在一种可选方案中：所述秸秆纤维滑石粉改性聚乙烯吹膜级复合材料具体包括按照重量份数计的如下组分：聚乙烯主料55-95份、聚烯烃辅料1-20份、秸秆纤维5-50份、滑石粉3-40份、偶联剂0.05-2.5份、表面改性剂0.05-2.5份以及相容剂0.5-10份。

在一种可选方案中：秸秆纤维滑石粉改性聚乙烯吹膜级复合材料还包括以重量份数计的如下组分：润湿助剂0.1-3份、润滑剂0.01-0.5份、分散剂0.1-2份以及抗氧剂0.1-1份。

在一种可选方案中：所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂626、抗氧剂1178以及抗氧剂168中的一种或两种以上的组合；优选为抗氧剂1010、抗氧剂168。

在一种可选方案中：所述聚乙烯主料包括吹膜级的低密度聚乙烯、线形低密度聚乙烯和高密度聚乙烯中的一种或两种以上的组合；

优选的，所述秸秆纤维滑石粉改性聚乙烯吹膜级复合材料中的聚乙烯主料的含量为60-90份，进一步优选为65-85份。

在一种可选方案中：所述滑石粉的颗粒尺寸为1000-5000目，优选为1500-3500目，进一步地优选为2000-2500目；秸秆纤维素纳米晶具有纳米尺寸，粒径在30-1000纳米。

在一种可选方案中：所述偶联剂包括钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂以及硬脂酸钙中的一种或两种以上的组合。

在一种可选方案中：所述表面改性剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基苯磺酸三乙醇胺盐、十二烷基苯磺酸钠、α-烯烃磺酸盐的一种或两种以上的组合；和/或，所述秸秆纤维滑石粉改性聚乙烯吹膜级复合材料中表面改性剂的含量为0.1-1.5份，进一步地优选为0.2-1.2份。

在一种可选方案中：所述相容剂包括分子结构为星型或线性的SBS、SEBS以及SIS中的一种或两种以上的组合，所述相容剂可选地进行充油或非充油。

在一种可选方案中：所述润滑剂包括硬脂酸钙、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸单甘油酯、硬脂酸三甘油酯、石蜡、芥酸酰胺、油酸酰胺、高级脂肪醇类润滑剂、皂类润滑剂、聚乙烯蜡以及乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或两种以上的组合。

本发明还提供上述秸秆纤维滑石粉改性聚乙烯吹膜级复合材料的制备方法，包括以下步骤：

农作物秸秆首先经过高温热熔解，转变成亚微米尺度纤维；

利用偶联剂与表面改性剂的组合对滑石粉末进行表面改性处理，制得表面改性后的滑石粉末；

使所制备的秸秆纤维与表面改性后的所述滑石粉末、聚乙烯主料、助剂以及聚烯烃辅料均匀混合得到混合物；

于140-230℃下将所述混合物挤出成型并冷却后，得到黑滑石和秸秆纤维改性聚乙烯吹膜级复合材料。

相较于现有技术，本发明的有益效果如下：

本发明所提供的秸秆纤维滑石粉改性聚乙烯吹膜级复合材料利用秸秆纤维亲有机特性以及滑石中共存的有机共轭分子的特性，降低了滑石表面极性，提高了滑石与有机高分子材料之间的相容性，使得所述秸秆纤维滑石粉改性聚乙烯吹膜级复合材料同时兼具低成本、高强度、抗菌以及高遮光度的特性。

实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。对本发明所作的任何显而易知的修饰或变更都不脱离本发明的精神与范围。

本发明实施例提供一种秸秆纤维滑石粉改性聚乙烯吹膜级复合材料，其中，秸秆纤维滑石粉改性聚乙烯吹膜级复合材料包括聚乙烯主料、聚烯烃辅料、滑石粉、秸秆纤维、偶联剂、表面改性剂以及助剂；

所述助剂至少包括相容剂；

所述滑石粉至少经过所述偶联剂与所述表面改性剂的表面改性处理。

在一个实施例中，所述秸秆纤维滑石粉改性聚乙烯吹膜级复合材料具体包括按照重量份数计的如下组分：聚乙烯主料55份、聚烯烃辅料1份、秸秆纤维5份、滑石粉3份、偶联剂0.05份、表面改性剂0.05份以及相容剂0.5份。

在一个实施例中，所述秸秆纤维滑石粉改性聚乙烯吹膜级复合材料具体包括按照重量份数计的如下组分：聚乙烯主料75份、聚烯烃辅料10份、秸秆纤维30份、滑石粉20份、偶联剂1.5份、表面改性剂1.5份以及相容剂5份

在一个实施例中，所述秸秆纤维滑石粉改性聚乙烯吹膜级复合材料具体包括按照重量份数计的如下组分：聚乙烯主料95份、聚烯烃辅料20份、秸秆纤维50份、滑石粉40份、偶联剂2.5份、表面改性剂2.5份以及相容剂10份。

在一个实施例中，所述秸秆纤维滑石粉改性聚乙烯吹膜级复合材料还包括以重量份数计的如下组分：润湿助剂0.1-3份、润滑剂0.01-0.5份、分散剂0.1-2份以及抗氧剂0.1-1份。

在一个实施例中，所述聚乙烯主料包括吹膜级的低密度聚乙烯、吹膜级的线形低密度聚乙烯和吹膜级的高密度聚乙烯中的一种或两种以上的组合。

在一个实施例中，所述秸秆纤维滑石粉改性聚乙烯吹膜级复合材料中的聚乙烯主料的含量为60-90份，进一步优选为65-85份。

在一个实施例中，所述聚烯烃辅料包括低密度聚乙烯、线形低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚丁烯、POE、茂金属聚乙烯、OBC中的一种或两种以上的组合。聚烯烃辅料不仅限于吹塑级，还可以是挤出级、注塑级以及吸塑级等。

在一个实施例中，所述秸秆纤维滑石粉改性聚乙烯吹膜级复合材料中的聚烯烃辅料的含量为2-15份，进一步优选为3-10份。

在一个实施例中，所述秸秆纤维，其制备方法如下：

将秸秆先切成一定长度的小段（10-100mm），取4-7g的秸秆样品，将其放入100ml碱性水溶液中浸泡（5%-30%NaOH溶液），然后回流条件下100-200摄氏度下保温10-50小时，当能够较明显看到秸秆样品纤维化，将其取出置于烧杯中用去离子水冲洗并浸泡（浸泡时置于可磁力搅拌机上进行搅拌，搅拌速度为400-800r/min，加快秸秆纤维相互分离），重复多次此操作步骤，直至浸泡液PH=7后取出。在室温下，进一步用水分散所得到的秸秆物料，在强烈搅拌下将秸秆物料进一步纤维化分散，然后60-80摄氏度下干燥得到秸秆纤维，进一步通过球磨形成均匀的秸秆纤维填料。

在一个实施例中，所述秸秆纤维，其制备方法如下：将秸秆使用粉碎机粉碎成粉末状，取4-7g秸秆样品，放入100ml碱性水溶液中（5%-30%NaOH溶液），再将其倒入合适容量的聚四氟乙烯衬套内，（加入物体总体积需小于内胆容量的80%），安装好水热反应釜，将其置于干燥箱内，按照每分钟4-7摄氏度的升温速度将温度升至100-200摄氏度，反应约5-20小时，待反应结束后，自然冷却至室温，取出反应釜，过滤出秸秆样品，用去离子水冲洗并浸泡（浸泡时置于磁力搅拌机上，设置搅拌速度为400-800r/min），重复此操作直至浸泡液PH=7。然后将样品倒入适宜的冷却容器中，冷却至2-6摄氏度，再置于约-30至-50摄氏度的冻干箱内，待样品完全冻结，降低箱内压力，待压力将至约1-10Pa，温度为-60摄氏度以下时，冰开始升华（在升华阶段，保持系统隔板温度在-10到10摄氏度之间，加快升华速度）。待样品完全干燥，取出样品，经进一步球磨或粉碎机形成均匀的秸秆纤维填料。

在一个实施例中，所述秸秆纤维，其制备方法如下：

将秸秆通过粉碎机粉碎成粉体，取4-7g秸秆样品，将其放入100ml碱性水溶液中浸泡（5%-30%NaOH溶液），然后在100-200摄氏度的条件下保持蒸汽回流再导入溶液中，保温10-50小时后取出，用去离子水冲洗秸秆样品并浸泡（浸泡时置于磁力搅拌机上，设置搅拌速度为400-800r/min），重复此操作直至浸泡液PH=7。然后将样品倒入适宜的冷却容器中，冷却至2-6摄氏度，再置于约-30至-50摄氏度的冻干箱内，待样品完全冻结，降低箱内压力，待压力将至约1-10Pa，温度为-60摄氏度以下时，冰开始升华（在升华阶段，保持系统隔板温度在-10到10摄氏度之间，加快升华速度）。待样品完全干燥，取出样品，经进一步粉碎形成均匀的秸秆纤维填料。在一个实施例中，所述秸秆纤维滑石粉改性聚乙烯吹膜级复合材料中，偶联剂含量为0.1-1.5份，进一步地优选为0.2-1.2份。

在一个实施例中，所述秸秆纤维滑石粉改性聚乙烯吹膜级复合材料中，表面改性剂为0.1-1.5份，进一步地优选为0.2-1.2份。

在一个实施例中，所述相容剂包括分子结构为星型或线性的SBS、SEBS以及SIS中的一种或两种以上的组合，所述相容剂可选地进行充油或非充油。

其中，所述的润滑剂常用的有硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酰胺、乙撑双硬脂酰胺等；很多石蜡类物质可作为润滑剂，如天然石蜡，液体石蜡（白油），纳米晶石蜡等；低分子量的聚合物也广泛地用作润滑剂，如聚乙烯蜡、低分子量聚丙烯。

本发明实施例还提供一种上述秸秆纤维滑石粉改性聚乙烯吹膜级复合材料的制备方法，包括如下步骤：

将秸秆在高温下进行热熔解，制得亚微米尺度的纤维粉体、

利用偶联剂与表面改性剂的组合对滑石粉末进行表面改性处理，制得表面改性后的滑石粉末。

使表面改性后的所述滑石粉末与聚乙烯主料、助剂以及聚烯烃辅料均匀混合得到混合物。

于140-230℃下将所述混合物挤出成型并冷却后，得到秸秆纤维滑石粉改性聚乙烯吹膜级复合材料。

在一个实施例中，所述制备方法具体可以包括如下步骤：

先将所述聚乙烯主料、聚烯烃辅料、相容剂以及润湿助剂均匀混合后，再加入秸秆纤维和表面改性后的所述滑石粉末、润滑剂以及抗氧剂继续均匀混合得到所述混合物。

在一些典型的实施案例中，上述秸秆纤维滑石粉改性聚乙烯吹膜级复合材料的制备方法可以采用如下实施方案进行实施：

将高速混合机升温至70-100℃，加入事先经80-130℃，1-5小时干燥的滑石粉末，加入偶联剂和表面改性剂，经100-600r/min均匀混合处理5-30分钟后，得到表面改性的滑石粉末，密封贮存。

另在常温下，将聚乙烯主料、聚烯烃辅料以及相容剂加入高速混合机后并加入润湿助剂，在高速混合机内室温条件下，50-300转/min混合1-10分钟后，加入秸秆纤维和上述表面改性的滑石粉、润滑剂和抗氧剂，并于200-600r/min下经过5-30分钟混合均匀，得到的混合物。

上述混合物经螺旋上料器加入双螺杆下料漏斗中，于140-230℃，经5-20A螺杆主机电流，用双螺杆机挤出，经过水冷或者风冷，得到秸秆纤维滑石粉改性聚乙烯复合材料，该材料可用于吹塑机进行吹塑成型，得到秸秆纤维滑石粉改性的聚乙烯薄膜。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。