一種茶塑復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種茶塑復合材料及其制備方法，是廢棄物茶渣和再生塑料高值化利 用的技術手段，屬于復合材料領域。
【背景技術】
[0002] 木塑復合材料是以天然植物纖維和塑料及助劑經(jīng)擠出、注射、模壓等工藝成型的 綠色環(huán)保材料。木粉、稻糠、秸桿等天然植物纖維，已成功地運用于木塑復合材料之中。然 而，木粉需要耗費大量木材，造成木材資源緊缺;稻糠來源相對狹窄，且是家畜的重要飼料， 大量使用稻糠會造成家畜的食物緊缺;秸桿雖然是農(nóng)林廢棄物，但是存在季節(jié)性收割問題， 造成存儲困難，難以持續(xù)供應生產(chǎn)。所以，開發(fā)其它植物纖維作為木塑復合材料可再生原材 料，已成為世界各國研究木塑復合材料的重要領域之一，也是促進我國木塑行業(yè)可持續(xù)發(fā) 展的必要途徑。
[0003] 茶葉是我國重要的經(jīng)濟作物之一，資源豐富，年產(chǎn)量超過70萬噸，居世界首位，茶 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展為我國經(jīng)濟的發(fā)展作出了重要的作用。然而，在每年制茶過程中，產(chǎn)生了大量的 廢棄茶末、茶梗等，約占茶葉毛重的20%。除此之外，工業(yè)對茶葉深加工的過程中，如制成茶 飲料、茶餅干、茶面包、茶糖果等，產(chǎn)生了大量的茶葉副產(chǎn)物。茶渣就是包括廢棄的茶末和/ 或茶梗和/或茶葉副產(chǎn)物，其主要成分是纖維素和木質(zhì)素，以及少量的茶多酚、多糖、咖啡堿 等生物活性成分。目前，國內(nèi)對茶葉采集和深加工過程中產(chǎn)生的茶渣，大部分作為廢棄物而 直接排放到自然環(huán)境中，少部分作為燃料、肥料和飼料使用，也有少量用于提取如茶多酚、 茶多糖等生物活性成分。但是，由于茶渣本身含有的活性物質(zhì)含量低，造成提取成本高、難 度大，產(chǎn)率低，很難實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。因而，如何能將茶渣進行深度開發(fā)利用，已經(jīng)成為茶產(chǎn) 業(yè)鏈的關鍵技術。
[0004] 通過研究發(fā)現(xiàn)，茶渣纖維的物理特性、化學特性以及機械性能均可替代木塑復合 材料中的木粉、稻糠、秸桿等天然植物纖維，并能發(fā)揮茶渣的抗氧化功能。利用茶渣與再生 塑料制備的茶塑復合材料，勢必成為木塑復合材料產(chǎn)業(yè)中重要的替代選擇。
[0005]此外，木塑復合材料產(chǎn)品由于長期裸露于室外，易出現(xiàn)被氧化和發(fā)霉的現(xiàn)象，導致 木塑產(chǎn)品出現(xiàn)裂痕。在開裂過程中，木塑產(chǎn)品呈現(xiàn)出細小的、并逐漸擴展的裂紋，致使木塑 產(chǎn)品表面的疏松化和粉末化，最終迫使木塑產(chǎn)品在自重的作用下塌陷。因此，如何提高木塑 產(chǎn)品的性能，便成為木塑行業(yè)中急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術存在的缺陷，提供一種茶塑復合材料及其制備方 法。本發(fā)明將成為廢棄物茶渣和再生塑料高值化和資源化利用的新途徑。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術方案：
[0008] 一種茶塑復合材料，包括以下質(zhì)量百分比的組分:改性茶渣50~70%、再生塑料顆 粒20~40%、礦物填充物2~10%、相容劑2~5%、潤滑劑1~5%、著色劑1~3%、抗氧劑1~ 3%、光穩(wěn)定劑1~3 %。
[0009]更進一步地，所述改性茶渣包括以下質(zhì)量份數(shù)的組分:茶渣100~110份、偶聯(lián)劑4 ~10份、防腐劑1~5份;所述茶渣為廢棄的茶末和/或茶梗和/或茶葉副產(chǎn)物;所述偶聯(lián)劑為 硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑中一種;所述防腐劑為鉻化砷酸銅化合物、烷基 銅銨化合物中一種。
[0010] 更進一步地，所述再生塑料顆粒為再生聚乙烯顆粒、再生聚丙烯顆粒中至少一種； 所述礦物填充物為碳酸鈣、硫酸鈣、滑石粉、粉煤灰、硅酸鈣中一種;所述相容劑為馬來酸酐 接枝聚乙烯和馬來酸酐接枝聚丙烯中至少一種;所述潤滑劑為硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸 鈣、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、乙撐雙硬脂酰胺中至少一種;所述著色劑為炭黑、氧化鐵紅、 氧化鐵黃、鈦白粉、酞青藍、酞青綠中至少一種;所述抗氧劑為抗氧劑1 〇 1 〇、抗氧劑1 〇 76、抗 氧劑264、抗氧劑BHT、抗氧劑TNP中一種；所述光穩(wěn)定劑為光穩(wěn)定劑AM-101、光穩(wěn)定劑GW-540、光穩(wěn)定劑944、光穩(wěn)定劑744、紫外線吸收劑UV-326、紫外線吸收劑UV-531中一種。
[0011] -種茶塑復合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0012] (1)茶渣預處理:采用蒸汽爆破法對茶渣進行預處理；
[0013] (2)茶渣改性:將預處理后茶渣置于預先升溫至105~110°C的高速混料機中，加入 偶聯(lián)劑和防腐劑，充分混合；
[0014] (3)混料工藝：按照質(zhì)量百分比將改性茶渣50~70%、再生塑料顆粒20~40%、礦 物填充物2~10%、相容劑2~5%、潤滑劑1~5%、著色劑1~3 %、抗氧劑1~3 %、光穩(wěn)定劑1 ~3%，倒入混料機中，充分混合；
[0015] (4)造粒工藝:將步驟(3)所得混合料加入造粒機中，按照預設的溫度和工藝，擠成 熔融狀態(tài)的塊狀物料，風送冷卻，經(jīng)破碎機破碎成柔軟干燥的造粒料；
[0016] (5)擠出成型：將步驟(4)所得造粒料放入擠出機中，按照預設的溫度和工藝，以 400~1000mm/min的線速度經(jīng)模具擠出，冷卻成型，制得茶塑復合材料產(chǎn)品。
[0017] 更進一步地，所述步驟(1)中的蒸汽爆破法是將茶渣原料置于蒸汽爆破器中，通入 蒸汽，在預設的蒸汽壓力下穩(wěn)壓一定時間后，瞬間釋壓爆破，收集爆破后的茶渣，放入恒溫 烘干箱中，干燥24h后，進行粉碎處理，預處理后茶渣的含水率小于3%;所述預設的蒸汽壓 力為1.0~4.0MPa，穩(wěn)壓時間為2~lOmin。
[0018] 更進一步地，所述步驟（2)中改性茶渣包括以下質(zhì)量份數(shù)組分:預處理后茶渣100 ~110份、偶聯(lián)劑4~10份、防腐劑1~5份;所述高速混料機轉速為300~500r/min，混料時間 為10~15min〇
[0019]更進一步地，所述步驟(2)中偶聯(lián)劑包括硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián) 劑;所述防腐劑包括鉻化砷酸銅化合物和烷基銅銨化合物。
[0020] 更進一步地，所述步驟(3)中混料機轉速為80~150r/min，混合時間為10~20min。 [0021 ]更進一步地，所述步驟(4)中的造粒機為平行雙螺桿造粒機;所述造粒機的溫度： 一區(qū)為80~100°C、二區(qū)為170~220°C、三區(qū)為150~200°C、四區(qū)為150~200°C、五區(qū)為120 ~180°C、六區(qū)為90~150°C，主機轉速為350~450r/min，喂料轉速為15~30r/min;所述造 粒料直徑為0.5~1.5cm，溫度為40~60°C。
[0022]更進一步地，所述步驟(5)中的擠出機為錐型雙螺桿擠出機;所述擠出機的機筒溫 度:一區(qū)為190~230°C、二區(qū)為190~220°C、三區(qū)為170~190°C、四區(qū)為140~180°C、五區(qū)為 120~170°C，合流芯溫度為120~155°C，模頭溫度為130~170°C，主機轉速為5~30r/min， 喂料轉速為5~30r/min;所述冷卻成型是采用循環(huán)冷卻水槽進行噴淋冷卻定型。
[0023]有益效果
[0024]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點：
[0025] 1、本發(fā)明制得的茶塑復合材料的物理性能、力學性能和耐候性能，均符合甚至高 于國家標準GB/T24508-2009《木塑地板》的要求，能夠滿足市場需求，可用作托盤、包裝箱 等包裝材料，鋪板、鋪梁等倉儲材料，房屋、地板、建筑模板等裝修裝飾材料，公園、球場、街 道等露天桌椅、板凳等休閑材料。
[0026] 2、本發(fā)明制備方法簡單，生產(chǎn)過程中機械化程度高，所需勞動力少，生產(chǎn)成本低， 可連續(xù)生產(chǎn)茶塑復合材料產(chǎn)品。
[0027] 3、本發(fā)明針對廢棄物茶渣和再生塑料難以大量綜合利用的現(xiàn)狀，提出以本發(fā)明的 制備方法獲得茶塑復合材料，實現(xiàn)了廢棄物高值化和資源化利用，符合可持續(xù)發(fā)展政策，具 有明顯的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。
[0028] 4、本發(fā)明采用蒸汽爆破法對茶渣進行預處理，可以改變茶渣纖維的微觀結構，使 細胞壁破裂，改變纖維分子間的氫鍵作用，增加纖維表觀結晶度，除去半纖維素和木質(zhì)素， 提高木纖維素的含量，增加界面面積，從而改善其與樹脂的相容性化，進而使得茶塑復合材 料具有更好的性能。蒸汽爆破法具有處理時間短、化學藥品用量少、無污染、耗能低等優(yōu)點， 能夠有效地分離出茶渣中活性纖維成分。
[0029] 5、本發(fā)明通過偶聯(lián)劑改性茶渣，克服因為茶渣表面含有大量羥基等極性基團，難 以與非極性聚合物樹脂復合的缺點，從而改善界面張力，增加茶渣的適塑性。
[0030] 6、本發(fā)明通過添加防腐劑，能夠有效降低茶塑復合材料因為被霉菌腐蝕而造成塌 陷等問題。防腐劑采用鉻化砷酸銅，具有清潔、無臭等特點;采用烷基銅銨化合物，具有不含 砷、鉻等化學物質(zhì)，對環(huán)境友好。
[0031] 7、本發(fā)明的造粒工藝能夠使茶渣與再生塑料充分粘合，避免因再生塑料的塑化不 良而致使茶塑復合材料產(chǎn)品性能降低。
[0032] 8、本發(fā)明采用風送冷卻將造粒料的溫度降低至40~60°C，能夠防止造粒料