一种高流动性茶渣/聚丙烯复合材料及其制备方法
本发明属于复合材料，是废弃茶渣高值化的技术手段，具体涉及一种高流动性茶渣/聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术：
1、在每年制茶、茶叶深加工(例如生产茶饮料、茶饼干等)以及消费者日常冲泡茶叶的过程中，产生了大量的茶渣(例如废弃的茶末、茶梗、茶叶副产物等)，其主要成分是纤维素和木质素，以及少量的茶多酚、多糖、咖啡碱等生物活性成分。目前，国内对于制茶、深加工、日常消费过程中产生的茶渣，大部分被当作废弃物丢弃，仅少部分作为燃料、肥料使用。而茶渣本身含有的活性物质含量低，造成提取成本高、难度大、产率低，难以实现规模化生产。因此，如何将来源广、产量大、成本低的茶渣加以充分开发利用，是进一步提高茶农和茶企的收入、提升茶产业效益以及加强环境保护建设的关键技术。
2、木塑复合材料是由天然植物纤维与热塑性树脂结合而成的一种生物质复合材料，具有性质稳定、不易挥发以及可循环使用等特性，因而被视为绿色、健康以及环境友好的复合材料。通过研究发现，茶渣纤维的物理特性、化学特性以及机械性能均可替代木塑复合材料中的木粉、稻糠、秸秆等天然植物纤维，利用茶渣与热塑性塑料制备的茶塑复合材料，可望实现茶渣的高值化利用，并成为木塑复合材料产业中的重要替代选择(农业工程学报，2020，36(18)，283-291)。
3、中国专利号201510971448.2公开了一种茶塑复合材料及其制备方法，其发明的茶塑复合材料的物理性能、力学性能和耐候性能，均达到甚至高于国家标准gb/t24508-2009《木塑地板》中的指标要求，能够满足市场需求；龚新怀等(塑料工业，2018，46(3)，33-37)以茶叶废弃物为原料制备茶渣/聚丙烯复合材料，探讨了不同相容剂对复合材料性能的影响，其中，以马来酸酐接枝聚丙烯作相容剂可有效改善茶粉和聚丙烯的界面相容性，当茶粉质量分数达到50％时，拉伸强度提高了17.6％，然而这种界面改性方法使得复合材料的熔融指数和冲击强度下降。
4、综上所述，现有技术虽然能够制备满足市场需求的茶塑复合材料，但是传统相容剂在改善茶渣与聚合物基体的界面相互作用的同时，往往导致复合材料加工粘度增加、韧性下降，尤其是当茶渣添加量较高时尤为明显，当下茶塑复合材料仍存在着良好综合性能和良好加工性难以兼顾的问题。
技术实现思路
1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的主要目的在于提供一种高流动性茶渣/聚丙烯复合材料，旨在解决现有技术中力学性能与加工性能无法兼顾的问题。本发明还公开了该高流动性茶渣/聚丙烯复合材料的制备方法。
2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
3、第一方面，一种高流动性茶渣/聚丙烯复合材料，以质量百分比计，包括茶渣50％～70％、聚丙烯25％～45％、含氟流动改性剂1％～3％、抗氧剂1％～2％、光稳定剂1～2％、防霉剂0.5～1％。
4、优选地，其中所述茶渣的粒径为300-500目。
5、优选地，其中所述含氟流动改性剂为聚(甲基丙烯酸六氟丁酯-甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸六氟丁酯-苯乙烯)、聚(甲基丙烯酸六氟丁酯-甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯)中的至少一种。
6、进一步，所述含氟流动改性剂为聚(甲基丙烯酸六氟丁酯-苯乙烯)。
7、进一步，所述聚(甲基丙烯酸六氟丁酯-苯乙烯)通过如下方法制备：
8、在反应容器中，加入乳化剂溶液，加入等摩尔量的反应单体苯乙烯和甲基丙烯酸六氟丁酯，预乳化后升温至75℃，搅拌速率为250rpm，加入引发剂(nh4)2s2o8；滴加后乳液聚合反应4h，冷却至室温；将上述乳液升温至70℃进行加入al2(so4)3溶液破乳处理；混合乳液分层，经过过滤、洗涤、50℃真空烘箱中干燥24h后得到白色粉末，即得聚(甲基丙烯酸六氟丁酯-苯乙烯)。
9、优选地，其中所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂264、抗氧剂bht、抗氧剂tnp中的至少一种。
10、优选地，其中所述光稳定剂为光稳定剂am-101、光稳定剂gw-540、光稳定剂944、光稳定剂744、紫外线吸收剂uv-326、紫外线吸收剂uv-531中的至少一种。
11、优选地，其中所述防霉剂为lf-053、木塑防霉剂jl-1069、木塑防霉剂irgaguardf3000中的至少一种。
12、第二方面，一种根据前述高流动性茶渣/聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
13、1)茶渣预处理；采用粉碎机将充分晒干的茶渣进行粉碎处理并过筛；
14、2)混料：按照配方要求，将茶渣、聚丙烯、含氟流动改性剂、抗氧剂、光稳定剂和防霉剂投入混料机中混合均匀，得混合料；
15、3)挤出造粒：将步骤2)中所得混合料加入双螺杆挤出机中挤出成条并切粒，烘干得到高流动性茶渣/聚丙烯复合材料。
16、进一步，所述步骤(3)中双螺杆挤出机的温度为：一区为160～170℃，二区为170～190℃，三区为180～200℃，四区为180～200℃，五区为180～200℃，六区为170～190℃，主机转速为150～250r/min，喂料转速为8～15r/min。
17、与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
18、1)本发明所提供的高流动性茶渣/聚丙烯复合材料，通过采用具有低表面能的含氟流动改性剂的选择性界面分布性质，使得特定比例的茶渣/聚丙烯复合材料在熔融挤出加工过程中，分布于茶渣和聚丙烯之间的界面处，一方面起到分散茶渣的作用，另一方面有效减少茶渣之间的摩擦阻力，从而提高复合材料的加工流动性能；结合复合材料中的其它技术特征，协调配合使得该茶渣/聚丙烯复合材料在保持良好力学强度和韧性的条件下，熔融指数提高了3倍以上，兼顾了茶渣/聚丙烯复合材料的良好综合性能和加工性，符合可持续发展政策，具有明显的经济效益和环保效益。
19、2)本发明所提供的高流动茶渣/聚丙烯复合材料的制备方法，工艺简单，易植性强，适合工业化生产。
技术特征：
1.一种高流动性茶渣/聚丙烯复合材料，其特征在于，以质量百分比计，包括茶渣50％～70％、聚丙烯25％～45％、含氟流动改性剂1％～3％、抗氧剂1％～2％、光稳定剂1～2％、防霉剂0.5～1％。
2.根据权利要求1所述的高流动性茶渣/聚丙烯复合材料，其特征在于，所述茶渣的粒径为300-500目。
3.根据权利要求1所述的高流动性茶渣/聚丙烯复合材料，其特征在于，所述含氟流动改性剂为聚(甲基丙烯酸六氟丁酯-甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸六氟丁酯-苯乙烯)、聚(甲基丙烯酸六氟丁酯-甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯)中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的高流动性茶渣/聚丙烯复合材料，其特征在于，所述含氟流动改性剂为聚(甲基丙烯酸六氟丁酯-苯乙烯)。
5.根据权利要求4所述的高流动性茶渣/聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚(甲基丙烯酸六氟丁酯-苯乙烯)通过如下方法制备：
6.根据权利要求1所述的高流动性茶渣/聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂264、抗氧剂bht、抗氧剂tnp中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的高流动性茶渣/聚丙烯复合材料，其特征在于，所述光稳定剂为光稳定剂am-101、光稳定剂gw-540、光稳定剂944、光稳定剂744、紫外线吸收剂uv-326、紫外线吸收剂uv-531中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的高流动性茶渣/聚丙烯复合材料，其特征在于，所述防霉剂为木塑防霉剂lf-053、木塑防霉剂jl-1069、木塑防霉剂irgaguard f3000中的至少一种。
9.一种权利要求1-8中任一项所述的高流动性茶渣/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的高流动性茶渣/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中双螺杆挤出机的温度为：一区为160～170℃，二区为170～190℃，三区为180～200℃，四区为180～200℃，五区为180～200℃，六区为170～190℃，主机转速为150～250r/min，喂料转速为8～15r/min。
技术总结
本发明公开了一种高流动性茶渣/聚丙烯复合材料，以质量百分比计，包括茶渣50％～70％、聚丙烯25％～45％、含氟流动改性剂1％～3％、抗氧剂1％～2％、光稳定剂1～2％、防霉剂0.5～1％。本发明还公开了该高流动茶渣/聚丙烯复合材料的制备方法。本发明所提供的高流动茶渣/聚丙烯复合材料，通过采用具有低表面能的含氟流动改性剂的选择性界面分布性质，使得特定比例的茶渣/聚丙烯复合材料在熔融挤出加工过程中，结合复合材料中的其它组分，所得的茶渣/聚丙烯复合材料在保持良好力学强度和韧性的条件下，熔融指数提高了3倍以上，兼顾了茶渣/聚丙烯复合材料的良好综合性能和加工性，符合可持续发展政策，具有明显的经济效益和环保效益。
技术研发人员：黄臻洵,殷昌华,陈植耿
受保护的技术使用者：韩山师范学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13
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