一種利用生物炭制備炭塑復(fù)合材料及其生產(chǎn)方法
【專(zhuān)利摘要】一種利用生物炭制備的炭塑復(fù)合材料，屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，其特征是，所述復(fù)合材料包括采用如下重量份數(shù)的原料制成：生物質(zhì)粉10?50、活化生物炭10?50、納米碳酸鈣10?20、高密度聚乙烯30?60、偶聯(lián)劑3?5、增韌劑3?8、潤(rùn)滑劑1?3；其中，生物質(zhì)粉、活化生物炭與納米碳酸鈣添加量之和占原料總重之比大于50％；其中，活化生物炭是生物炭與2?3％的馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯的混合物，其比表面積為1.5～2.5m2/g，孔徑20～30nm。本發(fā)明通過(guò)調(diào)整適當(dāng)組分的配料配方及加工助劑，有效利用了生物炭，得到了一種新型復(fù)合材料，使生物炭得到更廣泛的回收利用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種利用生物炭制備炭塑復(fù)合材料及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用生物炭制備炭塑復(fù)合材料及其 生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 生物質(zhì)熱裂解液化技術(shù)的產(chǎn)物有不可冷凝氣、生物油、生物炭三種，其中不可冷凝 氣可作為熱源加熱裝置，生物油可作為燃料，而生物炭的應(yīng)用較少。
[0003] 《生物炭應(yīng)用研究進(jìn)展》(袁艷文、田宜水等《可再生能源》第30卷第9期2012年9月） 探討了生物炭在農(nóng)業(yè)、能源、養(yǎng)殖業(yè)、環(huán)境保護(hù)和副產(chǎn)等五個(gè)方面的應(yīng)用，指出下一步發(fā)展 方向。
[0004] 《木塑復(fù)合材料的研究進(jìn)展與發(fā)展前景》(沈凡成、賈潤(rùn)禮《塑料助劑》2010年第1 期)介紹了木塑復(fù)合材料的加工工藝和配方設(shè)計(jì)，指出木塑復(fù)合材料研究中的關(guān)鍵問(wèn)題是 復(fù)合界面的相容性。
[0005] 上述文件作為對(duì)比文件，其全文引用于此。經(jīng)檢索，未發(fā)現(xiàn)生物炭作為原料用于制 備木塑復(fù)合材料的文獻(xiàn)或?qū)＠?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了拓展生物質(zhì)熱裂解產(chǎn)物生物炭的應(yīng)用，本發(fā)明提供了一種利用生物炭制備炭 塑復(fù)合材料及其生產(chǎn)方法。
[0007] 本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案是：
[0008] -種利用生物炭制備的炭塑復(fù)合材料，其特征是，所述復(fù)合材料包括采用如下重 量份數(shù)的原料制成： 生物質(zhì)粉 10 50 活化生物炭 10 50 納米碳酸鈣 10 20
[0009]高密度聚乙烯 30-60 偶聯(lián)劑 3 5 增韌劑 3 8 潤(rùn)滑劑 1-3;
[0010]其中，生物質(zhì)粉、活化生物炭與納米碳酸鈣添加量之和占原料總重之比大于50% ;
[0011] 其中，活化生物炭是生物炭與2-3 %的馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯(商品名:MAPP)的混合 物，其比表面積為1.5~2.5m2/g，孔徑20~30nm;
[0012] 所述生物質(zhì)粉是指木粉及農(nóng)業(yè)秸桿等，粉碎顆粒為80-120目，含水率小于2% ; [0013]所述生物炭為生物質(zhì)在400°c~600°C下熱裂解的產(chǎn)物，其比表面積為2.13m 2/g， 孔徑24nm;
[0014] 所述高密度聚乙烯為市售商品，其密度為0.96g/cm3以上，熔融指數(shù)為2.5-3.5g/ lOmin，熔點(diǎn)為 126-137°C;
[0015] 所述納米碳酸鈣為市售商品，比重為2.5g/cm3,平均粒徑為40-80nm，比表面積多 22m 2/g，酸堿值8 · 5-9 · 7，含水率<0 · 9% ;
[0016] 所述偶聯(lián)劑馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯為市售商品，外觀是白色或淡黃色顆粒，接枝率 0 · 8-1 · 0%，熔融指數(shù)40g/10min;
[0017] 所述增韌劑茂金屬催化烯烴聚合物為半晶態(tài)丙烯與乙烯共聚物，乙烯含量15%， 密度 0 · 861g/cm3，恪融指數(shù) 7 · 4g/10min，硬度 61HRC;
[0018] 所述的潤(rùn)滑劑為脂肪酸酯類(lèi)混合物，外觀是粒狀物，滴落點(diǎn)67-77°C，比重1.005g/ cm3。
[0019] 本發(fā)明配方中還可以包括有工藝量的著色劑，這樣能獲得彩色的產(chǎn)品。
[0020] 本發(fā)明利用生物炭制備炭塑復(fù)合材料的生產(chǎn)方法，步驟如下：
[0021 ] 1)在生物炭顆粒中添加2_3wt %馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯，混合均勻后，困料1-3小時(shí)， 得活化生物炭；
[0022] 2)按重量比例將活化生物炭、生物質(zhì)粉和納米碳酸鈣加入高混機(jī)中混合，混合溫 度為105 °C -110 °C，混合時(shí)間為15-20分鐘；
[0023] 3)按重量比例將前面的料與高密度聚乙烯、偶聯(lián)劑、增韌劑和潤(rùn)滑劑常溫混合，混 合時(shí)間為15-20分鐘；
[0024] 4)將混合的原料加入平行雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行混煉造粒，擠出機(jī)主機(jī)溫度為190 °C -230°C，轉(zhuǎn)速為40-60轉(zhuǎn)/分鐘，喂料機(jī)轉(zhuǎn)速為6-8轉(zhuǎn)/分鐘，擠出機(jī)熔體壓力10-15MPa，機(jī)頭溫 度180°C，擠出速度200Kg/h，擠出后切粒；
[0025] 5)將顆粒加入到錐形雙螺桿擠出機(jī)擠出成型，擠出機(jī)溫度在135 °C -175 °C之間，轉(zhuǎn) 速為40-50轉(zhuǎn)/分鐘，喂料機(jī)轉(zhuǎn)速為4-5轉(zhuǎn)/分鐘，機(jī)頭溫度175°C，擠出速度600mm/min，擠出 后定型冷卻即可得到炭塑復(fù)合材料。
[0026]錐形雙螺桿擠出機(jī)上安裝的模具不同，得到的材料截面就不同，根據(jù)需要選擇模 具。
[0027]本發(fā)明的有益效果在于：
[0028] 1)本發(fā)明通過(guò)調(diào)整適當(dāng)組分的配料配方及加工助劑，有效利用了生物炭，得到了 一種新型復(fù)合材料，使生物炭得到更廣泛的回收利用，變廢為寶，保護(hù)環(huán)境；
[0029] 2)本發(fā)明改善了生物炭的相容性，使本發(fā)明制得的材料，其抗沖擊性、拉伸強(qiáng)度等 性能優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的木塑材料。
【具體實(shí)施方式】：
[0030] 1)配方(單位:重量份）
[0031] L〇〇32J 2)制法
[0033]按照實(shí)施例的配方進(jìn)行制備：
[0034] 1)在生物炭顆粒中添加2_3wt%馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯，混合均勻后，捆料1-3小時(shí)， 得活化生物炭；
[0035] 2)按重量比例將活化生物炭、生物質(zhì)粉和納米碳酸鈣加入高混機(jī)中混合，混合溫 度為105 °C -110 °C，混合時(shí)間為15-20分鐘；
[0036] 3)按重量比例將前面的料與高密度聚乙烯、偶聯(lián)劑、增韌劑和潤(rùn)滑劑等常溫混合， 混合時(shí)間為15-20分鐘；
[0037] 4)將混合的原料加入平行雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行混煉造粒，擠出機(jī)主機(jī)溫度為190 °C - 230°C，轉(zhuǎn)速為40-60轉(zhuǎn)/分鐘，喂料機(jī)轉(zhuǎn)速為6-8轉(zhuǎn)/分鐘，擠出機(jī)熔體壓力10-15MPa，機(jī)頭溫 度180°C，擠出速度200Kg/h，擠出后切粒；
[0038] 5)將顆粒加入到錐形雙螺桿擠出機(jī)擠出成型，擠出機(jī)溫度在135°C-175°C之間，轉(zhuǎn) 速為40-50轉(zhuǎn)/分鐘，喂料機(jī)轉(zhuǎn)速為4-5轉(zhuǎn)/分鐘，機(jī)頭溫度175°C，擠出速度600mm/min，擠出 后定型冷卻即可得到炭塑復(fù)合材料。
[0039] 按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)復(fù)合材料測(cè)試，實(shí)施例的測(cè)試結(jié)果如下：
[0040]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種利用生物炭制備的炭塑復(fù)合材料，其特征是，所述復(fù)合材料包括采用如下重量 份數(shù)的原料制成： 生物質(zhì)粉 丨O 50 活化生物炭 10 50 納米碳酸鈣 10-20 高密度聚乙烯 30-60 偶聯(lián)劑 3-5 增韌劑 3-8 潤(rùn)滑劑 1-3; 其中，生物質(zhì)粉、活化生物炭與納米碳酸鈣添加量之和占原料總重之比大于50%; 其中，活化生物炭是生物炭與2-3%的馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯（商品名：MAPP)的混合物， 其比表面積為1.5~2.5m2/g，孔徑20~30nm。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用生物炭制備的炭塑復(fù)合材料，其特征是，所述生物質(zhì)粉粉 碎顆粒為80-120目，含水率小于2 % ;所述高密度聚乙烯為市售商品，其密度為0.96g/cm3以 上，熔融指數(shù)為2.5-3.58/1〇1^11，熔點(diǎn)為126-137°(：;所述納米碳酸鈣比重為2.58/〇11 3，平均 粒徑為40-80nm，比表面積多22m2/g，酸堿值8.5-9.7，含水率彡0.9% ;所述偶聯(lián)劑是馬來(lái)酸 酐接枝聚丙稀接枝率0.8-1.0%，恪融指數(shù)40g/10min;所述增韌劑茂金屬催化稀經(jīng)聚合物 為半晶態(tài)丙烯與乙烯共聚物，乙烯含量15%，密度0.861g/cm 3，熔融指數(shù)7.4g/10min，硬度 61HRC;所述的潤(rùn)滑劑為脂肪酸酯類(lèi)混合物。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用生物炭制備的炭塑復(fù)合材料，其特征是，還包括有工藝量 的著色劑。4. 權(quán)利要求1的利用生物炭制備的炭塑復(fù)合材料的生產(chǎn)方法，其特征是，包括如下步 驟： 1) 在生物炭顆粒中添加2-3wt%馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯，混合均勻后，困料1-3小時(shí)，得活 化生物炭； 2) 按重量比例將活化生物炭、生物質(zhì)粉和納米碳酸鈣加入高混機(jī)中混合，混合溫度為 105 °C -110 °C，混合時(shí)間為15-20分鐘； 3) 按重量比例將前面的料與高密度聚乙烯、偶聯(lián)劑、增韌劑和潤(rùn)滑劑常溫混合，混合時(shí) 間為15-20分鐘； 4) 將混合的原料加入平行雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行混煉造粒，擠出機(jī)主機(jī)溫度為190°C-230 °C，轉(zhuǎn)速為40-60轉(zhuǎn)/分鐘，喂料機(jī)轉(zhuǎn)速為6-8轉(zhuǎn)/分鐘，擠出機(jī)熔體壓力10-15MPa，機(jī)頭溫度 180°C，擠出速度200Kg/h，擠出后切粒； 5) 將顆粒加入到錐形雙螺桿擠出機(jī)擠出成型，擠出機(jī)溫度在135 °C-175 °C之間，轉(zhuǎn)速為
【文檔編號(hào)】C08L23/06GK106009748SQ201610519982
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月4日
【發(fā)明人】蔡紅珍, 易維明, 王麗紅, 楊科研, 張慶法
【申請(qǐng)人】山東理工大學(xué)