一种对生物质微粉进行表面处理的方法技术

一种对生物质微粉进行表面处理的方法，它涉及一种表面改性方法。本发明专利技术要解决由于生物质微粉的主要组成物是木质素和纤维素，其表面含有大量的羟基，整体上呈亲水特性，因此与树脂的结合能力较差，容易在树脂产品挤出和成型时由于界面相容性差而产生缺陷，因而影响了产品的综合性能的问题。本发明专利技术将生物质微粉，如秸秆粉、稻壳粉、棉杆粉等农业副产物，用作通用树脂的有机填充材料，制备生物合成树脂或者木塑复合材料，可以变废为宝，降低树脂产品的成本，节约石油资源，并且能够提高树脂产品的可降解能力。

A method for surface treatment of biomass powder

【技术实现步骤摘要】
一种对生物质微粉进行表面处理的方法
本专利技术涉及一种表面改性方法。
技术介绍
将生物质微粉，如秸秆粉、稻壳粉、棉杆粉等农业副产物，用作通用树脂的有机填充材料，制备生物合成树脂或者木塑复合材料，可以变废为宝，降低树脂产品的成本，节约石油资源，并且能够提高树脂产品的可降解能力。然而生物质微粉的主要组成物是木质素和纤维素，其表面含有大量的羟基，整体上呈亲水特性，因此与树脂的结合能力较差，容易在树脂产品挤出和成型时由于界面相容性差而产生缺陷，因而影响了产品的综合性能。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述技术问题，而提供了一种对生物质微粉进行表面处理的方法。使用异氰酸酯作为生物质的改性剂是改性生物质表面亲水特性的有效方法，如国家专利技术专利201110296923.2，就提供了一种以多异氰酸酯改性植物纤维的方法。本专利技术在原有技术的基础上，提供了一种更绿色环保，更具工艺性的表面改性工艺，其改性后的生物质微粉尤其适用于生物基树脂行业使用。具体为：本专利技术的一种对生物质微粉进行表面处理的方法，是按照以下步骤进行的：一、向高混设备中加入生物质微粉，然后向高混设备中加入蒸馏水，搅拌混合，使生物质微粉的含水率达到2～5％；二、将高混设备加热至30～40℃，向设备中加入非反应型稀释剂、反应型稀释剂、异氰酸酯和多异氰酸酯，充分搅拌使反应物混合均匀；所述的非反应型稀释剂、反应型稀释剂、异氰酸酯和多异氰酸酯与生物质微粉的质量比为0.5～5：0.5～2：1～3：1～6：100；所述的非反应型稀释剂为正戊烷、丙酮和液体石蜡；所述的反应型稀释剂为异戊二烯和正己烯；三、向高混设备中加入混合催化体系，将高混设备加热至80～120℃，反应5～10min；四、在步骤三反应结束后，加入环氧大豆油混合后，出料，即完成所述的处理生物质微粉进行表面方法；所述的环氧大豆油与生物质微粉的质量比为0.5～2：100；其中，混合催化体系以丙酮与乙二醇的混合液为溶剂，加入过氧化苯甲酰、醋酸钾、辛酸钾和N，N-二甲基乙醇胺；所述的过氧化苯甲酰加入量是多异氰酸酯和反应型稀释剂总质量的5～10％；所述的醋酸钾、辛酸钾和N，N-二甲基乙醇胺的总加入的量是异氰酸酯质量的2～5％；所述的丙酮与乙二醇的体积比为1：1。本专利技术的另一种方案为:一、向高混设备中加入生物质微粉，然后向高混设备中加入蒸馏水，搅拌混合，使生物质微粉的含水率达到2～5％；二、将高混设备加热至30～40℃，向设备中加入非反应型稀释剂、反应型稀释剂和异氰酸酯，充分搅拌使反应物混合均匀；所述的非反应型稀释剂、反应型稀释剂和异氰酸酯与生物质微粉的质量比为0.5～5：0.5～2：1～7：100；所述的非反应型稀释剂为正戊烷、丙酮和液体石蜡；所述的反应型稀释剂为异戊二烯和正己烯；三、向高混设备中加入混合催化体系，将高混设备加热至80～120℃，反应5～10min；四、在步骤三反应结束后，加入环氧大豆油混合后，出料，即完成所述的处理生物质微粉进行表面方法；所述的环氧大豆油与生物质微粉的质量比为0.5～2：100；其中，混合催化体系以丙酮与乙二醇的混合液为溶剂，加入过氧化苯甲酰、醋酸钾、辛酸钾和N，N-二甲基乙醇胺；所述的过氧化苯甲酰加入量是反应型稀释剂质量的5～10％；所述的醋酸钾、辛酸钾和N，N-二甲基乙醇胺的总加入的量是异氰酸酯质量的2～5％；所述的丙酮与乙二醇的体积比为1：1。本专利技术的主要反应为：副反应为异氰酸酯和多异氰酸酯的三聚反应以及烯丙基异氰酸酯和烯烃类单体之间的自由基聚合反应。反应过程可为一步反应，即将所有反应物和催化体系一次性加入到高混设备中，持续反应10～20min。也可以分步反应，先将与生物质表面反应性较高的芳基异氰酸酯加入到反应体系中，通过反应与生物质表面形成牢固的结合，再将含有双键的烯丙基异氰酸酯，烯烃类单体和自由基引发剂加入到反应体系中，在生物质表面引入双键。在表面改性反应全部结束后，继续维持反应装置(高混设备)的温度在100℃以上，根据使用要求可向高混设备中加入包覆剂(如环氧大豆油、石蜡等)，以防止水分再吸收。充分混合后出料，即得到改性后的生物质微粉。本专利技术提供的表面改性工艺具有以下特点：第一，不使用高毒性的胺类催化剂以及胺类反应物，而是利用生物质表面羟基和水分挥发后产生的水蒸气与异氰酸酯发生反应，更具环保特点。第二，在反应体系的设计中，加入己基二异氰酸酯以改善接枝链的柔顺性，加入甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯以提高反应的速度和接枝链的耐热能力，加入烯丙基异氰酸酯封端控制接枝链长度并引入活泼的双键官能团。第三，通过催化体系的选择和水含量的调整，控制异氰酸酯单体三聚和聚合的平衡，通过三聚反应赋予接枝链不溶不熔的特性，控制三聚反应的程度以保证异氰酸酯的利用效率。第四，通过非反应性稀释剂液体石蜡和反应性稀释剂异戊二烯和正己烯的使用降低异氰酸酯单体的浓度，以此作为平衡异氰酸酯单体三聚和聚合的控制手段。在反应过程中，异氰酸酯的聚合与烯烃类单体的自由基聚合同步进行，提高了反应效率和单体的利用率，能够达到良好的协同效果。第五，通过异氰酸酯单体与生物质表面羟基的反应，在接枝分子链和生物质表面之间形成化学键合；通过二烯类单体和烯丙基异氰酸酯单体的使用，在接枝分子链中引入双键，使其能够在挤出工艺中与树脂(PE、PP)形成化学键和，从而能形成生物质与树脂的牢固结合。第六，在反应的过程中使用正戊烷稀释异氰酸酯单体，使其能够与生物质粉均匀的混合，减少三聚副反应，提高表面处理的均一性。在反应前加热使戊烷挥发并冷凝回收，可以重复使用避免浪费。附图说明图1为异氰酸酯处理前的生物质微粉粒径分析图；图2为异氰酸酯处理后的生物质微粉粒径分析图；图3为异氰酸酯处理后稻壳粉的SEM照片；图4为异氰酸酯处理后棉花杆粉的SEM照片；图5为异氰酸酯处理前后棉花杆粉的红外光谱谱图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式的一种对生物质微粉进行表面处理的方法，是按照以下步骤进行的：一、向高混设备中加入生物质微粉，然后向高混设备中加入蒸馏水，搅拌混合，使生物质微粉的含水率达到2～5％；二、将高混设备加热至30～40℃，向设备中加入非反应型稀释剂、反应型稀释剂、异氰酸酯和多异氰酸酯，充分搅拌使反应物混合均匀；所述的非反应型稀释剂、反应型稀释剂、异氰酸酯和多异氰酸酯与生物质微粉的质量比为0.5～5：0.5～2：1～3：1～6：100；所述的非反应型稀释剂为正戊烷、丙酮和液体石蜡；所述的反应型稀释剂为异戊二烯和正己烯；三、向高混设备中加入混合催化体系，将高混设备加热至80～120℃，反应5～10min；四、在步骤三反应结束后，加入环氧大豆油混合后，出料，即完成所述的处理生物质微粉进行表面方法；所述的环氧大豆油与生物质微粉的质量比为0.5～2：100；其中，混合催化体系以丙酮与乙二醇的混合液为溶剂，加入过氧化苯甲酰、醋酸钾、辛酸钾和N，N-二甲基乙醇胺；所述的过氧化苯甲酰加入量是多异氰酸酯和反应型稀释剂总质量的5～10％；所述的醋酸钾、辛酸钾和N，N-二甲基乙醇胺的总加入的量是异氰酸酯质量的2～5％；所述的丙酮与乙二醇的体积比为1：1。所述的丙酮体积百分含量为30％；乙二醇体积百分含量为70％。本实施方式所述的非反应型稀释剂是由正戊烷、丙酮和液体石本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对生物质微粉进行表面处理的方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：一、向高混设备中加入生物质微粉，然后向高混设备中加入蒸馏水，搅拌混合，使生物质微粉的含水率达到2～5％；二、将高混设备加热至30～40℃，向设备中加入非反应型稀释剂、反应型稀释剂、异氰酸酯和多异氰酸酯，充分搅拌使反应物混合均匀；所述的非反应型稀释剂、反应型稀释剂、异氰酸酯和多异氰酸酯与生物质微粉的质量比为0.5～5：0.5～2：1～3：1～6：100；所述的非反应型稀释剂为正戊烷、丙酮和液体石蜡；所述的反应型稀释剂为异戊二烯和正己烯；三、向高混设备中加入混合催化体系，将高混设备加热至80～120℃，反应5～10min；四、在步骤三反应结束后，加入环氧大豆油混合后，出料，即完成所述的处理生物质微粉进行表面方法；所述的环氧大豆油与生物质微粉的质量比为0.5～2：100；其中，混合催化体系以丙酮与乙二醇的混合液为溶剂，加入过氧化苯甲酰、醋酸钾、辛酸钾和N，N‑二甲基乙醇胺；所述的过氧化苯甲酰加入量是多异氰酸酯和反应型稀释剂总质量的5～10％；所述的醋酸钾、辛酸钾和N，N‑二甲基乙醇胺的总加入的量是异氰酸酯质量的2～5％；所述的丙酮与乙二醇的体积比为1：1。...

【技术特征摘要】
1.一种对生物质微粉进行表面处理的方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：一、向高混设备中加入生物质微粉，然后向高混设备中加入蒸馏水，搅拌混合，使生物质微粉的含水率达到2～5％；二、将高混设备加热至30～40℃，向设备中加入非反应型稀释剂、反应型稀释剂、异氰酸酯和多异氰酸酯，充分搅拌使反应物混合均匀；所述的非反应型稀释剂、反应型稀释剂、异氰酸酯和多异氰酸酯与生物质微粉的质量比为0.5～5：0.5～2：1～3：1～6：100；所述的非反应型稀释剂为正戊烷、丙酮和液体石蜡；所述的反应型稀释剂为异戊二烯和正己烯；三、向高混设备中加入混合催化体系，将高混设备加热至80～120℃，反应5～10min；四、在步骤三反应结束后，加入环氧大豆油混合后，出料，即完成所述的处理生物质微粉进行表面方法；所述的环氧大豆油与生物质微粉的质量比为0.5～2：100；其中，混合催化体系以丙酮与乙二醇的混合液为溶剂，加入过氧化苯甲酰、醋酸钾、辛酸钾和N，N-二甲基乙醇胺；所述的过氧化苯甲酰加入量是多异氰酸酯和反应型稀释剂总质量的5～10％；所述的醋酸钾、辛酸钾和N，N-二甲基乙醇胺的总加入的量是异氰酸酯质量的2～5％；所述的丙酮与乙二醇的体积比为1：1。2.根据权利要求1所述的一种对生物质微粉进行表面处理的方法，其特征在于异氰酸酯为芳香族二异氰酸酯、脂肪族二异氰酸酯和烯丙基二异氰酸酯的一种或几种。3.根据权利要求2所述的一种对生物质微粉进行表面处理的方法，其特征在于芳香族二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯和二甲苯二异氰酸酯中的一种或两种。4.根据权利要求2所述的一种对生物质微粉进行表面处理的方法，其特征在于脂肪族二异氰酸酯为己基二异氰酸酯。5.根据权利要求1所述的一种对生物质微粉进行表面处理的方法，其特征在于异氰酸酯为芳香族二异氰酸酯、脂肪族二异氰酸酯和烯丙基二异氰...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐海群，范大鹏，王巍，赵启元，
申请(专利权)人：黑龙江工程学院，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23