本發(fā)明屬于材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種竹粉淀粉復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
泡沫塑料具有密度小、比強(qiáng)度高、能量吸收能力強(qiáng)、隔聲隔熱性能好、美觀實(shí)用、成型工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，泡沫塑料在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、交通運(yùn)輸、軍工、航空航天、日用品等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。但是，隨著聚合物工業(yè)的發(fā)展，塑料所導(dǎo)致的日益嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)引起了人們對(duì)聚合物的生產(chǎn)及其廢棄物處理問(wèn)題的廣泛關(guān)注。
通用的泡沫塑料以樹(shù)脂為基體，采用物理或化學(xué)發(fā)泡的方法，制出均勻的開(kāi)孔或閉孔的泡沫體，它是塑料制品的重要組成部分。泡沫塑料具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如質(zhì)輕、緩沖性能良好、隔熱及隔音效果佳等，可廣泛應(yīng)用于電子、精密設(shè)備等工業(yè)制品以及陶瓷、家電等生活用品的防震內(nèi)襯，成為現(xiàn)代包裝工業(yè)不可或缺的緩沖包裝材料，也常用作隔熱、隔音的建筑用材等。目前，應(yīng)用最多的泡沫塑料主要是由聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯（PU）等發(fā)泡得到，它給我們生活、生產(chǎn)帶來(lái)極大方便的同時(shí)，不可避免的帶來(lái)一些困擾，如難以降解導(dǎo)致嚴(yán)重的城市“白色污染”，這些不可降解塑料隨意丟棄時(shí)，破壞水源、土壤等生態(tài)平衡；而燃燒處理時(shí)，會(huì)產(chǎn)生有毒的“雙酚”類(lèi)等物質(zhì)，污染空氣、危害人體健康。因此，歐美許多國(guó)家均已立法禁止以難降解泡沫材料為主要緩沖包裝材料的產(chǎn)品，這成為很多國(guó)家出口產(chǎn)品貿(mào)易壁壘的主要障礙之一。另外，這些泡沫塑料的原料來(lái)源均與石油密不可分，石油是一種不可再生資源，隨著人類(lèi)大量的開(kāi)發(fā)與利用，日益減少，因此，尋找新的非化石聚合物迫在眉睫。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在提供一種竹粉淀粉復(fù)合材料的制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：
一種竹粉淀粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟：（1）將竹粉置于恒溫干燥箱中烘干8h；將烘干的竹粉過(guò)篩，細(xì)化；將竹粉中加入蒸餾水對(duì)竹粉進(jìn)行調(diào)濕處理；（2）取淀粉，將淀粉置于恒溫干燥箱中烘干；取甘油、DOP，混合置于高速共混機(jī)中共混3-5min；（3）將共混后的淀粉料置于密閉封口袋中靜置，取PVA1788、PVA1799混合，取AC、ZnO混合，加入高速共混機(jī)中混料15-20min后取出；（4）用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，制的復(fù)合材料。
本發(fā)明所述的竹粉淀粉復(fù)合材料的制備方法，所述恒溫干燥箱的溫度為80℃。
本發(fā)明所述的竹粉淀粉復(fù)合材料的制備方法，所述靜置時(shí)間為15h。
本發(fā)明所述的竹粉淀粉復(fù)合材料的制備方法，所述淀粉為玉米淀粉。
本發(fā)明所述的竹粉淀粉復(fù)合材料的制備方法，所述竹粉為100目。
本發(fā)明的技術(shù)效果在于：
本發(fā)明所述的竹粉淀粉復(fù)合材料的制備方法，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)工藝的改進(jìn)，以淀粉為基體，竹粉為增強(qiáng)體，再輔以相容劑、塑化劑、等加工助劑，利用注塑發(fā)泡法制備了竹粉淀粉復(fù)合材料，通過(guò)本發(fā)明所述的制備方法，所制備的竹粉淀粉復(fù)合材料性能穩(wěn)定，且制備工藝簡(jiǎn)單，易于操作，適于推廣應(yīng)用。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例
一種竹粉淀粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟：（1）將竹粉置于恒溫干燥箱中烘干8h；將烘干的竹粉過(guò)篩，細(xì)化；將竹粉中加入蒸餾水對(duì)竹粉進(jìn)行調(diào)濕處理；（2）取淀粉，將淀粉置于恒溫干燥箱中烘干；取甘油、DOP，混合置于高速共混機(jī)中共混3-5min；（3）將共混后的淀粉料置于密閉封口袋中靜置，取PVA1788、PVA1799混合，取AC、ZnO混合，加入高速共混機(jī)中混料15-20min后取出；（4）用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，制的復(fù)合材料。
本發(fā)明所述的竹粉淀粉復(fù)合材料的制備方法，所述恒溫干燥箱的溫度為80℃。
本發(fā)明所述的竹粉淀粉復(fù)合材料的制備方法，所述靜置時(shí)間為15h。
本發(fā)明所述的竹粉淀粉復(fù)合材料的制備方法，所述淀粉為玉米淀粉。
本發(fā)明所述的竹粉淀粉復(fù)合材料的制備方法，所述竹粉為100目。
竹粉在復(fù)合發(fā)泡材料中作為增強(qiáng)體，其主要成分竹纖維為剛性結(jié)構(gòu)，在淀粉/竹粉發(fā)泡復(fù)合材料中添加竹粉有利于提高材料的溶體強(qiáng)度，提高材料的力學(xué)性能，其廣泛的來(lái)源、低廉的成本也有利于發(fā)泡復(fù)合材料的投放生產(chǎn)。
隨著竹粉含量的升高復(fù)合發(fā)泡材料的表觀密度先降低后升高，隨著竹粉含量從0 逐步增加到40%，淀粉/竹粉復(fù)合發(fā)泡材料的表觀密度從0.68g/cm3降低至0.12 g/cm3 后又升高至0.32 g/cm3。其中，復(fù)合材料的表觀密度在竹粉含量約為20%時(shí)達(dá)到最低。由于未添加竹粉，復(fù)合材料熔體強(qiáng)度較低，發(fā)泡時(shí)，泡孔破裂合并比較嚴(yán)重，復(fù)合材料的表觀密度較大；隨后，隨著竹粉含量的增加，復(fù)合材料中纖維的比重上升，纖維作為剛性結(jié)構(gòu)，在熔體中并不參與發(fā)泡，但它的添加有利于提高熔體強(qiáng)度，減少泡孔的塌陷或合并，復(fù)合發(fā)泡材料的泡孔數(shù)量增加，體積增大，材料的表觀密度下降，當(dāng)竹粉含量達(dá)到約20%時(shí)，復(fù)合發(fā)泡材料的表觀密度達(dá)到最小值0.12 g/cm3；隨著竹粉含量的繼續(xù)升高，竹粉/淀粉復(fù)合發(fā)泡材料中的纖維因含量較高而部分發(fā)生堆積，不利于熔體泡孔的生長(zhǎng)，發(fā)泡劑分解產(chǎn)生的氣體極容易沿著纖維聚集的縫隙逃逸，這些原因都極易導(dǎo)致復(fù)合材料泡孔的塌陷及合并，導(dǎo)致復(fù)合材料表觀密度相對(duì)增大。
未添加竹粉時(shí)，復(fù)合材料熔體強(qiáng)度較低，復(fù)合發(fā)泡材料的發(fā)泡倍率僅為13.6，發(fā)泡時(shí)，泡孔破裂合并比較嚴(yán)重，復(fù)合材料的發(fā)泡倍率較小；隨后，隨著竹粉含量的增加，復(fù)合材料中纖維的比重上升，纖維作為剛性結(jié)構(gòu)，在熔體中并不參與發(fā)泡，但它的添加有利于提高熔體強(qiáng)度，減少泡孔的塌陷或合并，有利于穩(wěn)定泡孔，使得復(fù)合發(fā)泡材料的泡孔數(shù)量增加，體積增大，材料的表觀密度下降，當(dāng)竹粉含量達(dá)到約19%時(shí)，復(fù)合發(fā)泡材料的發(fā)泡倍率達(dá)到最大值18.5；隨著竹粉含量的繼續(xù)升高，竹粉/淀粉復(fù)合發(fā)泡材料中的纖維因含量較高而部分發(fā)生堆積、團(tuán)聚，不利于熔體泡孔的生長(zhǎng)，發(fā)泡劑分解產(chǎn)生的氣體極容易沿著纖維聚集的縫隙逃逸，泡孔生長(zhǎng)的阻力遠(yuǎn)大于動(dòng)力，導(dǎo)致復(fù)合材料泡孔塌陷及合并現(xiàn)象嚴(yán)重，復(fù)合材料的發(fā)泡倍率迅速降低。
竹粉含量對(duì)復(fù)合材料回彈率的影響，與纖維對(duì)材料熔體強(qiáng)度的作用有關(guān)，一方面竹粉由于本身纖維比強(qiáng)度高，對(duì)發(fā)泡材料具有增強(qiáng)作用，降低了回彈率；另一方面，竹粉對(duì)熔體的增強(qiáng)作用，有效地保證材料發(fā)泡效果更好，有利于提高材料的回彈率。因此，纖維含量的增加對(duì)回彈率是否提高取決于兩者的相互作用。當(dāng)纖維含量較低時(shí)，其對(duì)熔體強(qiáng)度的增強(qiáng)作用，使得材料的發(fā)泡效果較好，這種作用超過(guò)了纖維提高材料的機(jī)械強(qiáng)度的作用，因此，回彈率大大增加。當(dāng)纖維含量過(guò)量時(shí)，復(fù)合材料的熔體強(qiáng)度過(guò)高以及發(fā)泡劑分解產(chǎn)生的大量氣體沿著纖維方向的聚集，導(dǎo)致發(fā)泡效果極差，泡孔大小及分布不均勻，泡孔的塌陷合并現(xiàn)象嚴(yán)重，材料的回彈率大大降低。
竹粉作為增強(qiáng)和填充體系添加到竹粉/淀粉復(fù)合材料中，可以提高熔體強(qiáng)度，是竹粉/淀粉復(fù)合材料泡孔能否長(zhǎng)大和穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。一方面竹粉含量增多時(shí)，各組分間發(fā)生相互纏結(jié)，導(dǎo)致鏈段運(yùn)動(dòng)受阻，因此熔體流動(dòng)性變差；另一方面植物纖維在高溫作用下不熔，其以固體形態(tài)存在于熔體中，熔體粘度提高了，流動(dòng)性變差。因此，為了增加熔體粘度，保證包裹在泡孔內(nèi)部的氣體向外膨脹做功時(shí)，不發(fā)生泡孔破裂或合并現(xiàn)象，可以在實(shí)際生產(chǎn)者適當(dāng)添加植物纖維。
當(dāng)竹粉含量為10%時(shí)，復(fù)合材料熔體強(qiáng)度不足，泡孔分布不均勻，部分泡孔破裂，孔徑比較大；當(dāng)竹粉含量為20%時(shí)，復(fù)合發(fā)泡材料的泡孔數(shù)量多，孔徑較小且分布比較均勻，這也是竹粉含量為20%時(shí)，材料回彈率最大的主要原因；當(dāng)竹粉含量為30%時(shí)，由于過(guò)量的竹粉容易產(chǎn)生團(tuán)聚，因此，造成泡孔分布、大小不均勻。
材料的發(fā)泡倍率對(duì)溫度非常敏感，隨著溫度的升高先增加后降低；當(dāng)擠出溫度為120℃時(shí)，復(fù)合發(fā)泡材料的發(fā)泡倍率為14.8；隨著溫度的升高，熔體強(qiáng)度降低，發(fā)泡劑分解產(chǎn)生的氣體增加，因此，材料的發(fā)泡倍率增加；當(dāng)溫度為140℃時(shí)，復(fù)合發(fā)泡材料的發(fā)泡倍率達(dá)到極大值為25.3，比初始值增加了70.9%。當(dāng)溫度為160℃時(shí)，發(fā)泡倍率為18.7，比起極大值降低了26.1%。
溫度較低時(shí)，隨著溫度的升高，熔體強(qiáng)度下降，發(fā)氣量增加，動(dòng)力大于阻力時(shí)，有利于氣泡向外膨脹，因此，泡孔數(shù)量多，泡孔大小增大，材料的發(fā)泡倍率上升。當(dāng)溫度較高時(shí)，熔體強(qiáng)度大幅度降低，加上發(fā)氣量過(guò)大，動(dòng)力遠(yuǎn)大于動(dòng)力時(shí)，不利于泡孔的穩(wěn)定生長(zhǎng)，大部分發(fā)生破裂或合并現(xiàn)象，特別是水蒸氣向外擴(kuò)散，溢出在材料表面，來(lái)不及干燥，導(dǎo)致材料塌陷，使其發(fā)泡倍率降低速率最快。
復(fù)合材料的發(fā)泡倍率受擠出壓力的影響比較有規(guī)律的，隨著溫度的升高，膨脹率先增加，后降低。在擠出壓力為50MPa 時(shí)，復(fù)合材料的發(fā)泡倍率為13.6；當(dāng)擠出壓力低于70MPa 時(shí)，復(fù)合材料的發(fā)泡倍率呈上升趨勢(shì)，隨著擠出壓力的增加，上升速率變緩，在擠出壓力等于70MPa 時(shí)，發(fā)泡倍率達(dá)到極大值21.2；當(dāng)擠出壓力高于極大值點(diǎn)后，材料的發(fā)泡倍率隨之降低，在擠出壓力為90MPa 時(shí)，復(fù)合材料的發(fā)泡倍率為17.3?？傊?，擠出壓力與擠出溫度對(duì)發(fā)泡材料發(fā)泡倍率的影響是有規(guī)律可循的，并且可知AC/ZnO 發(fā)泡劑系制備的發(fā)泡材料，發(fā)泡倍率最佳，發(fā)泡效果最好。對(duì)這些理論的研究，有利于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。
擠出壓力較低時(shí)，熔體塑化效果較差，熔體強(qiáng)度較大，阻力大于動(dòng)力，不利于氣體向外膨脹生長(zhǎng)，而且氣體在熔體中分布不均勻，容易在熔體強(qiáng)度較低處先膨脹，使泡孔大小分布不均勻；隨著擠出壓力提高，熔體的熔融塑化均勻，熔體強(qiáng)度降低，氣泡內(nèi)氣體不易向外溢出，擠出機(jī)出口處熔體壓力降大，有利于泡孔的膨脹生長(zhǎng)，材料的發(fā)泡倍率升高了；但是，擠出壓力過(guò)大時(shí)，熔體強(qiáng)度過(guò)低，氣泡內(nèi)為了與熔體壓力保持平衡，發(fā)生氣孔合并現(xiàn)象，且機(jī)頭出口處熔體壓力降過(guò)大，泡孔內(nèi)氣體迅速向外膨脹，導(dǎo)致熔體內(nèi)的泡孔來(lái)不及將穩(wěn)定固化，使泡孔發(fā)生破裂、合并、塌陷等不良現(xiàn)象，材料的發(fā)泡效果極差，因此，材料的發(fā)泡倍率大大地降低了。
當(dāng)擠出速率較慢時(shí)，有利于包裹在氣泡內(nèi)的氣體充分向外生長(zhǎng)，但是螺桿轉(zhuǎn)速小，剪切力小，熔體塑化作用較差，熔體強(qiáng)度較大，阻礙氣體向外膨脹，此時(shí)阻礙作用大于促進(jìn)作用，因此，材料的膨脹率較小。隨后，擠出速率加快，使包裹在氣泡內(nèi)的氣體向外膨脹的時(shí)間減少了，但是螺桿轉(zhuǎn)速提高，剪切力增大，根據(jù)剪切變稀原理，熔體強(qiáng)度降低，大大提高氣泡向外膨脹的速率，此時(shí)，促進(jìn)作用大于阻礙作用，因此，材料的膨脹率顯著增加。當(dāng)擠出速率過(guò)大時(shí)，熔體受到極大地剪切作用，聚合物支鏈斷裂，分子量降低了，熔體強(qiáng)度大大降低，膨脹的氣泡無(wú)法及時(shí)穩(wěn)定固化，泡孔發(fā)生破裂或塌陷現(xiàn)象，因此，膨脹率又降低了。