一种低成本高韧性环保型稻壳基复合材料及制备方法
1.本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种低成本高韧性环保型稻壳基复合材料及制备方法。
背景技术：
2.稻壳是产量最大的生物质资源之一，中国的稻壳年产量在4000万吨以上，大量的稻壳由于欠缺妥当的处置方式，给环境带来了巨大的压力。长期以来人们对稻壳的综合利用进行的广泛的研究，但真正能形成规模生产的，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、技术上、质量上、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而且对环境也造成了很大污染。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。本发明采用农业固体废弃物稻壳、生物基树脂pbs和pbat为原料，通过物理和化学改性的方法，利用熔融共混技术，制备了一种低成本环保型稻壳基复合材料，该复合材料综合性能优良，具有广泛的应用前景。
技术实现要素：
3.本发明的目的是提供一种稻壳基复合材料及制备方法，该复合材料具有综合性能优良、环境友好、成本低且加工工艺简单。为实现以上目的，本发明提供如下技术方案：本发明首先提供一种稻壳基复合材料，按重量百分比计，包括：30-40%改性稻壳、25-42%改性pbs树脂和28-40%pbat；其中改性稻壳按重量百分比计包括：95-99%稻壳和5-1%硅烷偶联剂；优选的是，所述的改性稻壳的制备方法，包括：将稻壳粉碎成100目颗粒，把粉碎后的稻壳烘干后放入配制好的碱液里浸泡处理，浸泡完成并洗净在80℃下烘干12小时。再将预处理的稻壳放入硅烷偶联剂乙醇溶液中，浸泡并搅拌，改性完成后洗净在80℃下烘干12小时；所述的改性pbs树脂按重量百分比计包括：84-92%pbs树脂和16-8%gma；优选的是，所述的改性稻壳的制备方法，包括：a1、用小型粉碎机粉碎颗粒状稻壳，粉碎物过筛、烘干后，得到粉末稻壳；a2、把a1中处理的稻壳放入配制好的碱液里浸泡处理，浸泡完成并洗净烘干；a3、把a2中处理的稻壳放入硅烷偶联剂乙醇溶液中，浸泡并搅拌，改性完成后洗净烘干；优选的是，所述的硅烷偶联剂选自kh550，kh560，kh570，kh580，vtes，vts等中的一种或几种；优选的是，所述的自制碱液浓度为3-7%，稻壳与碱液的比例为1:(4-12)，在碱液中浸泡时间为2-7小时；优选的是，所述的硅烷偶联剂乙醇溶液的浓度为1-5%；稻壳与硅烷偶联剂乙醇溶
液的比例为1：(4-12)，在硅烷偶联剂乙醇溶液中浸泡时间为2-7h；优选的是，所述的改性pbs树脂的制备方法，包括：将pbs树脂与gma进行充分混合，然后加入dcp，在140℃下进行反应共混得到改性pbs树脂；本发明还提供一种稻壳基复合材料的制备方法，包括：称取改性稻壳、pbs树脂基体和pbat进行熔融共混，即可获得稻壳基复合材料。
4.优选的是，所述的熔融共混温度为140℃，熔融共混时间为5~12min。
5.本发明的有益效果本发明首先提供一种稻壳基复合材料，按重量百分比计，包括：30-40%改性稻壳、25-42%改性pbs树脂和28-40%pbat；其中改性稻壳按重量百分比计包括：95-99%稻壳和5-1%硅烷偶联剂，改性pbs树脂按重量百分比计包括：84-92%pbs树脂和16-8%gma。和现有技术相比，本发明的改性稻壳是经过碱液和硅烷偶联剂共同改性的，可以使其均匀的分散在pbs基体树脂中，降低了界面张力，改善了两相的相容性，提高了界面结合力，同时pbat的引入，大大提高了材料的韧性。而且体系中加入了大量的稻壳，使得复合材料的成本大大降低。本发明的稻壳基复合材料具有良好的韧性，实验结果表明：冲击强度可达到141j/m。
6.本发明还提供一种稻壳基复合材料的制备方法，该制备方法工艺简单、原料易得，制备的复合材料具有良好的韧性。
具体实施方式
7.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
8.本发明首先提供一种低成本高韧性环保型稻壳基复合材料，按重量百分比计，包括：30-40%改性稻壳、25-42%改性pbs树脂和28-40%pbat。
9.其中改性稻壳按重量百分比计包括：95-99%稻壳，优选为96-98%，更优选为97%；5-1%硅烷偶联剂，优选为4-2%，更优选为3%。
10.按照本发明所述的pbs基体树脂和稻壳为本领域技术人员常用的商品化产品。
11.按照本发明所述的改性稻壳的制备方法，优选包括：将稻壳粉碎成100目颗粒，把粉碎后的稻壳烘干后放入配制好的碱液里浸泡处理，浸泡完成并洗净在80℃下烘干12小时。再将预处理的稻壳放入硅烷偶联剂乙醇溶液中，浸泡并搅拌，改性完成后洗净在80℃下烘干12小时；按照本发明，所述的硅烷偶联剂优选为γ-氨丙基三乙氧基硅烷（kh550），γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（kh560），γ-甲基丙烯酰氧基丙基硅烷（kh570），γ-巯丙基三乙氧基硅烷（kh580），乙烯基三乙氧基硅烷（vtes），乙烯基三甲氧基硅烷（vts）等中的一种或几种；按照本发明，所述自制碱液浓度优选为3-7%，进一步优选为4-6%，更优选为5%；所述稻壳与碱液的比例优选为1：(4-12)，进一步优选为1：(6-10)，更优选为1：8；所述在碱液中浸泡时间为2-7h，进一步优选为3-6h，更优选为4h。
12.按照本发明，所述硅烷偶联剂乙醇溶液的浓度优选为1-5%，进一步优选为2-4%，更
优选为3%；所述稻壳与硅烷偶联剂乙醇溶液的比例优选为1：(4-12)，进一步优选为1：(6-10)，更优选为1：8；所述在硅烷偶联剂乙醇溶液中浸泡时间为2-7h，进一步优选为3-6h，更优选为4h。
13.本发明还提供一种低成本高韧性环保型稻壳基复合材料的制备方法，包括：称取pbs树脂基体、pbat和改性稻壳进行熔融共混，即可获得稻壳基复合材料。所述的熔融共混温度优选为140℃，熔融共混时间优选为5~12min。
14.下述实施例将对本发明作进一步的详细说明，但是需要指出的是这些实施例在任何情况下都不应当被看作是对本发明范围的限制。
15.实施例1改性稻壳的制备：首先将稻壳粉碎成100目颗粒，把粉碎的稻壳烘干后放入碱液（浓度为5%）中进行浸泡处理，其中稻壳与碱液的重量比为1：8。浸泡时间为4个小时，之后对稻壳进行清洗，先用清水洗涤5-6遍，确保稻壳表面干净，最后再用去离子水冲洗一遍，清洗完成后放入干燥设备，设置干燥温度为80℃，烘干12小时。再将预处理的稻壳放入kh560乙醇溶液（浓度为3%）中进行浸泡改性处理，其中稻壳与kh560乙醇溶液的重量比为1：8。同时进行搅拌，时间为4小时，之后对改性稻壳进行清洗，先用清水洗涤5-6遍，确保稻壳表面干净，最后再用去离子水冲洗一遍，清洗完成后放入干燥设备，设置干燥温度为80℃，烘干12小时。
16.改性pbs树脂的制备：将pbs树脂与gma进行充分混合，然后加入dcp，在140℃下进行反应共混得到改性pbs树脂；稻壳基复合材料的制备：称取改性pbs基体树脂30重量份、pbat40重量份和改性稻壳30重量份进行熔融共混，混炼温度固定为140℃，混炼时间为7min，即可获得稻壳基复合材料。该复合材料所测的物性如表1。
17.实施例2改性稻壳的制备：与实施例1相同。
18.改性pbs树脂的制备：与实施例1相同。
19.稻壳基复合材料的制备：称取改性pbs基体树脂42重量份、pbat28重量份和改性稻壳30重量份进行熔融共混，混炼温度固定为140℃，混炼时间为7min，即可获得稻壳基复合材料。该复合材料所测的物性如表1。
20.实施例3改性稻壳的制备：与实施例1相同。
21.改性pbs树脂的制备：与实施例1相同。
22.稻壳基复合材料的制备：
称取改性pbs基体树脂35重量份、pbat30重量份和改性稻壳35重量份进行熔融共混，混炼温度固定为140℃，混炼时间为7min，即可获得稻壳基复合材料。该复合材料所测的物性如表1。
23.实施例4改性稻壳的制备：与实施例1相同。
24.改性pbs树脂的制备：与实施例1相同。
25.稻壳基复合材料的制备：称取改性pbs基体树脂35重量份、pbat35重量份和改性稻壳30重量份进行熔融共混，混炼温度固定为140℃，混炼时间为7min，即可获得稻壳基复合材料。该复合材料所测的物性如表1。
26.实施例5改性稻壳的制备：与实施例1相同。
27.改性pbs树脂的制备：与实施例1相同。
28.稻壳基复合材料的制备：称取改性pbs基体树脂31重量份、pbat34重量份和改性稻壳35重量份进行熔融共混，混炼温度固定为140℃，混炼时间为7min，即可获得稻壳基复合材料。该复合材料所测的物性如表1。
29.实施例6改性稻壳的制备：与实施例1相同。
30.改性pbs树脂的制备：与实施例1相同。
31.稻壳基复合材料的制备：称取改性pbs基体树脂25重量份、pbat35重量份和改性稻壳40重量份进行熔融共混，混炼温度固定为140℃，混炼时间为7min，即可获得稻壳基复合材料。该复合材料所测的物性如表1。
32.表1 实施例1-6所制复合材料的物性
以上所述仅为本发明数个较佳可行实施例，凡熟悉此项的技术人员，其依本发明精神范畴所作的修饰或更改，均理应包含在本发明技术方案范围内。
技术特征：
1.一种低成本高韧性环保型稻壳基复合材料及制备方法，其特征在于，按重量百分比计，包括：30-40%改性稻壳、25-42%改性pbs树脂和28-40%pbat；所述的改性稻壳按重量百分比计包括：95-99%稻壳和5-1%硅烷偶联剂；所述的改性pbs树脂按重量百分比计包括：84-92%pbs树脂和16-8%gma；所述的改性稻壳的制备方法，包括：a1、用小型粉碎机粉碎颗粒状稻壳，粉碎物过筛、烘干后，得到粉末稻壳；a2、把a1中处理的稻壳放入配制好的碱液里浸泡处理，浸泡完成并洗净烘干；a3、把a2中处理的稻壳放入硅烷偶联剂乙醇溶液中，浸泡并搅拌，改性完成后洗净烘干；所述的改性pbs树脂的制备方法，包括：将pbs树脂与gma进行充分混合，然后加入dcp，在140℃下进行反应共混得到改性pbs树脂；所述的稻壳基复合材料的制备方法，包括：将改性稻壳、改性pbs树脂和pbat进行熔融共混，得到稻壳基复合材料。2.根据权利要求1所述的稻壳基复合材料及制备方法，其特征在于所述改性pbs树脂的制备方法，所用的dcp用量占改性pbs树脂的0.4-1.0%。3.根据权利要求1所述的稻壳基复合材料及制备方法，其特征在于所述自制碱液的浓度为3-7%，稻壳与碱液的比例为1：(4-12)，浸泡时间为2-7小时。4.根据权利要求1所述的稻壳基复合材料的制备方法，其特征在于经过碱液处理的稻壳干燥温度为80℃，干燥时间为12小时。5.根据权利要求1所述的稻壳基复合材料的制备方法，稻壳与硅烷偶联剂乙醇溶液的比例为1：(4-12)，浸泡时间为2-7小时。6.根据权利要求1所述的稻壳基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的硅烷偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷（kh550），γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（kh560），γ-甲基丙烯酰氧基丙基硅烷（kh570），γ-巯丙基三乙氧基硅烷（kh580），乙烯基三乙氧基硅烷（vtes），乙烯基三甲氧基硅烷（vts）等中的一种或几种。7.根据权利要求1所述的稻壳基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的稻壳粒子尺寸为100目。8.根据权利要求1所述的稻壳基复合材料的制备方法，其特征在于改性稻壳干燥温度为80℃，干燥时间为12小时。9.根据权利要求1所述的稻壳基复合材料的制备方法，其特征在于所述的熔融共混温度为140℃，熔融共混时间为6~12min。
技术总结
本发明提供了一种低成本高韧性环保型稻壳基复合材料及制备方法，属于高分子材料技术领域。该复合材料按重量百分比计，包括：30-40%改性稻壳、25-42%改性PBS树脂和28-40%PBAT，所述的改性PBS树脂是经过GMA处理的，所述的改性稻壳是经过碱液和硅烷偶联剂共同处理的。本发明的稻壳基复合材料具有成本低、优良的韧性和加工性能，用途广泛，可用于包装、餐具、汽车材料、电器外壳等领域。采用本发明制备的稻壳基复合材料在不牺牲材料可降解特性的同时，制备工艺简单、易于实施，不污染环境，助力国家“双碳”目标的实施。目标的实施。
