一种生物碳/聚烯烃复合人造草丝及其制备方法

技术领域

本发明涉及人造草技术领域，具体涉及一种生物碳/聚烯烃复合人造草丝及其制备方法。

背景技术

人造草发展已有四十多年的历史，它具备抗老化、防晒、防水、防滑、耐磨、脚感舒适、色泽鲜艳、使用寿命长、无需大量投入维护保养费用、全天候使永等优点，毫无疑问将会被越来越普遍地采用。人造草的主要材料是高分子聚合物，随人造草的应用越来越广泛，其主要成分材料高分子聚合物的消耗量也会日益增大，这势必会给经济、社会和生态带来压力。

由植物形成的，以固定碳元素为目的的木炭被称为“生物碳”。很多科学家冠以生物碳“黑色黄金”的美誉。生物碳具有高含碳量和多孔的特性，不仅可提高土壤蓄水储养的能力，还可保护土壤中的微生物，所以常用于制备肥料。然而，到目前为止，尚未见到将生物碳为填充物应用到人造草坪领域的文章发表和专利报道。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种生物碳/聚烯烃复合人造草丝，旨在降低人造草坪原料成本、增强力学性能，赋予新功能，同时推动废弃资源利用以及生态环境保护；本发明的目的之二在于提供一种生物碳/聚烯烃复合人造草丝的制备方法。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种生物碳/聚烯烃复合人造草丝，包括以下按重量份计的原料：生物碳1～90wt％、聚烯烃热塑性树脂5～85wt％和添加剂1～5wt％，原料的重量加和为100wt％。生物炭由有机垃圾构成，由于生物碳的高含碳量以及多孔结构，所以生物碳可以吸附二氧化碳，从而起到洁净空气的作用。生物碳价廉易得，与聚烯烃搭配制成的人造草丝，具有韧性好的优点，还降低了人造草丝的成本。

进一步，所述生物碳由动物粪便、动物骨头、植物根茎、秸秆、竹材或木材中的一种或两种以上组合物在缺氧条件下碳化制备得到。若植物原料在一个可控的、低氧或无氧的环境中燃烧，就会生成木炭(即生物碳)。木炭是碳的一种稳定的固体形态。所以生物碳是面向未来的，低成本，可持续性的环保能源。

再进一步，所述生物碳的碳化温度为450～1800℃。

进一步，所述生物碳的粒径为100nm～100μm。

再进一步，所述聚烯烃热塑性树脂为聚乙烯和/或聚丙烯。

聚乙烯(PE)，分为高密度聚乙烯(低压聚合)、低密度聚乙烯(高压聚合)、线形低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯，熔点在120-140℃左右，分解温度在270℃以上。PE的耐腐蚀性，电绝缘性(尤其高频绝缘性)优良，并可以通过氯化、辐照和加入玻璃纤维等改性增强。高密度聚乙烯的熔点，刚性，硬度和强度较高，吸水性小，有良好的电性能和耐辐射性；低密度聚乙烯的柔软性，伸长率，冲击强度和渗透性较好。优选线性低密度聚乙烯(LLDPE)作为原料。

聚丙烯简称PP，是一种无色、无臭、无毒、半透明固体物质。聚丙烯是一种性能优良的热塑性合成树脂，为无色半透明的热塑性轻质通用塑料。具有耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和良好的高耐磨加工性能。

进一步，所述添加剂为光稳定剂、紫外吸收剂、抗氧化剂、哑光剂或爽滑剂中的一种或两种以上组合物。其中，所述抗氧化剂为2,6-二叔丁基对甲酚、4,4’-二叔辛基二苯胺、4-羟基十二烷酸酰替苯胺或硫代二丙酸二月桂酸酯中的一种或两种以上组合。所述爽滑剂为硬脂酸正丁酯、聚甲基苯基硅氧烷、聚氯乙烯或石蜡中的一种或两种以上组合物；所述紫外吸收剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2，4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮或邻羟基苯甲酸苯酯的一种或两种以上组合物。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

生物碳/聚烯烃复合人造草丝的制备方法，包括以下步骤：

1)将生物碳和聚烯烃混合搅拌，加入添加剂，搅拌均匀后得到混合物；

2)将步骤1)所得的混合物送入至拉丝机中，经过熔融、挤出、牵伸和定型后，得到生物碳/聚烯烃复合人造草丝。

进一步，步骤2)中，所述熔融的温度为160～260℃。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

(1)本发明的一种生物碳/聚烯烃复合人造草丝选用的生物碳具有来源广泛、价格低廉的特点，还具有丰富的多孔结构、热稳定性能、远红外效应、负离子效应、吸湿排湿性等优异特性，生物碳与聚乙烯有较好的相容性，能均匀分散在聚乙烯分子中，形成新的界面结构，聚乙烯分子与生物碳生成附着力，类似于价态力，这种力值虽不大，但是合力很大，它们能形成物理交联结构，而成为一个整体，受力时，通过交联点，分散到整体，以此增加材料的性能。将生物质碳作为新型填料应用于人造草坪行业，在废弃资源利用、生态环境保护等方面起到非常积极的作用，且具有广阔的市场前景；生物碳/聚烯烃复合人造草丝与常用的尼龙人造草相比，力学性能相近，但大大降低了成本；

(2)生物碳/聚烯烃复合人造草丝的制备方法简便，可用于工业大面积生产人造草丝。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例1

一种生物碳/聚烯烃复合人造草丝，包括以下按重量份计的原料：生物碳90wt％、聚乙烯5wt％和2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮5wt％。

生物碳/聚烯烃复合人造草丝的制备方法，包括以下步骤：

1)将秸秆、竹材或木材在无氧条件下在900℃下碳化1小时，经过研磨处理后得到生物碳；

2)将步骤1)所得的生物碳和聚乙烯混合搅拌，加入2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮，搅拌均匀后得到混合物；

3)将步骤2)所得的混合物送入至拉丝机中，经过加热到260℃至熔融状态后，在双螺杆挤出机挤出，再经过牵伸和定型后，得到生物碳/聚烯烃复合人造草丝。

实施例2

一种生物碳/聚烯烃复合人造草丝，包括以下按重量份计的原料：生物碳60wt％、聚乙烯35wt％、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮2wt％、硬脂酸正丁酯1wt％、2,6-二叔丁基对甲酚2wt％。

生物碳/聚烯烃复合人造草丝的制备方法，包括以下步骤：

1)将秸秆、竹材或木材在无氧条件下在1800℃下碳化20分钟，经过研磨处理后得到生物碳；

2)将步骤1)所得的生物碳和聚乙烯混合搅拌，加入2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、硬脂酸正丁酯和2,6-二叔丁基对甲酚，搅拌均匀后得到混合物；

3)将步骤2)所得的混合物送入至拉丝机中，经过加热到160℃至熔融状态后，在双螺杆挤出机挤出，再经过牵伸和定型后，得到生物碳/聚烯烃复合人造草丝。

实施例3

一种生物碳/聚烯烃复合人造草丝，包括以下按重量份计的原料：生物碳20wt％、聚丙烯79wt％和硬脂酸正丁酯1wt％。

生物碳/聚烯烃复合人造草丝的制备方法，包括以下步骤：

1)将秸秆、竹材或木材在无氧条件下在450℃下碳化2小时，经过研磨处理后得到生物碳；

2)将步骤1)所得的生物碳和聚丙烯混合搅拌，加入硬脂酸正丁酯，搅拌均匀后得到混合物；

3)将步骤2)所得的混合物送入至拉丝机中，经过加热到200℃至熔融状态后，在双螺杆挤出机挤出，再经过牵伸和定型后，得到生物碳/聚烯烃复合人造草丝。

对比例1

南京琅美地毯有限公司售卖的由尼龙、聚丙烯复合制成的人造草丝。

对比例2

对比例2与实施例1的不同之处在于：不添加生物碳。其余组分和制备方法均与实施例1相同。

对比例3

对比例3与实施例1的不同之处在于：不添加聚乙烯。其余组分和制备方法均与实施例1相同。

性能测试

将实施例1～3的人造草丝与对比例1～3的人造草丝进行人造草丝力学性能技术测试，根据GB-T20394-2019的标准，成本计算按照所用原料的成本核算，具体的数据如表1所示：

表1实施例1～3的人造草丝和市售人造草丝的力学性能和成本对比

从表1可知，实施例1～3的人造草丝与对比例1相比，力学性能相近，均符合GB-T20394-2019的标准。因为实施例1～3以植物原料制成的生物碳作为原料，所以实施例1～3的人造草丝的成本均低于对比例1。实施例1～3的人造草丝具有成本低廉的优点，采用废弃植物作为生物炭的原料，提高了资源利用率。

实施例1～3的人造草丝与对比例2～3相比，力学性能更优，说明生物碳和聚烯烃具有协同作用，两者组合能提高人造草丝的韧性和耐用性。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。