CN101279460A - 木质复合材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供除挤压成形、冲压成形以外还可以注射成形的木质复合材料及其制造方法。所述木质复合材料，是由51质量％～70质量％粒径100μm以下的木粉、5质量％～15质量％的滑石粉、1～5质量％的用于良好润滑的添加剂、剩余部分热塑性合成树脂构成的。由于木粉的粒径在100μm以下，所以可以提供除挤压成形、冲压成形以外还可注射成形的材料。木粉的粒子粗时，水分子因表面张力作用浸透到木粉中，不能疏水。木粉的粒子在100μm以下时，树脂粒子进入木粉的粒子和粒子之间，起粘结剂作用。藉此，水分子停止于木粉和树脂的表面，水分不能浸入。通过含有作为无机物的滑石粉，可以防止木粉或热塑性合成树脂材料烧焦或者燃烧。

Description

木质复合材料及其制造方法

技术领域

本发明涉及木质复合材料及其制造方法，所述木质复合材料是含有51质量％以上的木粉的木质材料，同时可挤压成形和注射成形。

背景技术

近年来，使木粉和热塑性合成树脂材料混合成形来制造木质成形品。

专利文献1公开了以下制造方法，在熔融30～60质量份热塑性树脂、而且与40～70质量份的具有5质量％以下含水率的木粉混合来制作复合材料颗粒的方法中，通过压实机从双轴挤压机的侧面供给木粉，在双轴挤压机中使热塑性树脂和木粉熔融混合，挤出混合物来制造复合材料片。

专利文献2公开了木质树脂组合物的制造方法，通过将造粒成颗粒状的粉粒状或者纤维状的纤维素材料和热塑性合成树脂材料投入翼型搅拌混合机中搅拌，使热塑性合成树脂材料熔融，同时将造粒成颗粒状的纤维素材料粉碎成微粉状，将粉碎成微粉状的纤维素材料混合于熔融状态的热塑性合成树脂中。进而还记述了添加可提高混合物的流动性的润滑剂(例如蜡、石蜡、硬脂酸丁酯、硬脂酸甲酯)等。

专利文献3公开了成形品的制造方法，通过将由100质量份氯乙烯树脂和1～100质量份木粉构成的氯乙烯树脂组成物，在树脂温度105～130℃、剪切应力0.2×10⁸～5.0×10⁸(dyne/cm²)、混合时间(t)是1～20(min)的条件下进行机械性剪断破坏，将加入木粉的氯乙烯树脂制成微粉末后，或者将该微粉末制成颗粒后，进行成形。

专利文献4公开了木质状成形品的制造方法，使树脂和第1有色颜料进行混合颗粒化的原材料颗粒、和实施磨碎处理的在表面担持氧化钛的含水率在4～10重量％的纤维素微粉粒和树脂、以及与上述第1有色颜料不同而配合的第2有色颜料进行混合颗粒化的木质状形成材料颗粒，进行混合，通过挤压成形或者注射成形使该颗粒混合物成形为希望形状。

专利文献5公开了木质ABS树脂组成物，其是相对于100重量份的ABS树脂而配合5～100重量份的木粉、0.1～30重量份的苯乙烯变性聚乙烯蜡。

专利文献6公开了树脂成形品，其是将合成树脂和纤维质材料和功能剂三者混合注射成形或者挤压成形，在上述纤维质材料中含有功能剂；记述了作为合成树脂使用聚丙烯或聚乙烯，作为纤维质材料使用废纸、纸、脱模纸、层压纸及木粉的至少一种，作为功能剂使用芳香剂、防虫剂、防腐剂、消臭剂及其他的各种功能剂。

专利文献7公开了将树脂组合物注射成形的树脂成形品的制造方法，所述树脂组合物是相对于100重量份的由热塑性树脂和木粉构成的混合物，配合2～100重量份的聚酯树脂。

专利文献8公开了含纤维素粉体的复合树脂成形体，其是以10～70∶90～30的比率(重量比)含有木粉等纤维素粉体和聚烯烃系树脂，而且纤维素材料含有3～60目和100～300目的纤维素材料。

专利文献9公开了木质状成形品，将从含有杂质的木质废材得到的木质废材粉碎粉和从含有杂质的树脂废材得到的树脂废材粉碎粉相混合，通过挤压成形或注射成形进行成形，相对于成形品全体总计含有20重量％以下的杂质。

[专利文献1]特开平10-166355号公报

[专利文献2]特开2000-343529号公报

[专利文献3]特开平7-9438号公报

[专利文献4]特开平7-195484号公报

[专利文献5]特开2000-7880号公报

[专利文献6]特开2000-26739号公报

[专利文献7]特开2001-81338号公报

[专利文献8]特开2001-88224号公报

[专利文献9]特开2001-277324号公报

发明内容

如上所述，达到专利文献1～3所公开的木材标准的成形，只能挤压和冲压成形而不可能注射成形。专利文献4～9虽然记述了可以用挤压成形或注射成形来制造，但是注射成形困难。其理由在于，在成为190℃以上时，木粉烧焦并开始生烟，超过200℃时会碳化。注射成形时，加热筒中的温度为240℃左右，通常是不能注射成形的。为了能够实现注射成形，必须加工耐高温的木粉，为了制造细密的成形品，木粉粒子必须成为100μm以下。

在此本发明的目的在于，提供不仅可以挤压成形、冲压成形还可以注射成形的木质复合材料及其制造方法。

为了解决上述课题，本发明的第1构成的木质复合材料，由51质量％～70质量％粒径100μm以下的木粉、5质量％～15质量％的滑石粉、1～5质量％的用于良好润滑的添加剂、其余为热塑性合成树脂(以下仅称为“合成树脂”或“树脂”)构成。

本发明的第2构成的木质复合材料，其特征在于，在第1构成中进一步适量加入用于着色的颜料。

本发明的第3构成的木质复合材料，其特征在于，第1或者第2构成的木粉是水杨木的粉。

本发明的第4构成的木质复合材料，其特征在于，在第1～第3构成中，性状是颗粒状。

本发明的第5构成的木质复合材料的制造方法，其特征在于，混合51质量％～70质量％的粒径100μm以下的木粉、5质量％～15质量％的滑石粉、1～5质量％的用于良好润滑的添加剂和合成树脂，同时进行加热，藉此使上述木粉干燥，同时使上述合成树脂熔融，得到颗粒状的木质复合材料。

在本发明中，作为木质复合材料，含有51质量％的符合废弃时作为可燃烧垃圾排出标准的木粉。木粉超过70质量％时，作为其余部分的合成树脂的比率降低，木粉的连接性变弱、强度降低，所以不优选。木粉的粒径为100μm以下以使得在注射成形时可从注射喷嘴注射到金属模内。木粉的粒径超过100m时，注射成形时的材料难以通过流道且不能圆滑地射出。在这里，由于木粉的粒径有幅度范围，所谓“100μm以下”是指粒径分布的中心值在100μm以下。例如，“100μm”时是指100m附近包含65％左右、80～120μm的幅度范围包含95％左右。

在该木粉中混入合成树脂材料，在加热时的温度下木粉不会烧焦或者燃烧的状态下混入5～15重量％的滑石粉。滑石粉是由氢氧化镁和硅酸盐构成的矿物，组成式是H₂Mg₃(SiO₃)或者Mg₃Si₄O₁₀，是矿物中最软的一种。将其制成粉末混入。由于这些是无机物而不能燃烧，可以防止木粉和合成树脂烧焦或燃烧。另外，由于挤压成形时相对于金属模的光滑性良好，所以成形速度快，生产率提高。滑石粉小于5质量％时，光滑性变差，对于木粉和合成树脂材料来说抑制烧焦、防止燃烧的功能降低，超过15质量％时，对于木粉来说连接性变弱、成形品的强度降低，因而不优选。

作为添加剂，可以使用变性低分子量聚烯烃系树脂改性剂。由于该添加剂具有疏水性(非极性)的PP(聚丙烯)部分和亲水性(极性)的羧酸酐部分，所以具有作为一种界面活性剂的功能。将该添加剂与作为合成树脂材料的PP混合时，PP和添加剂的PP部分相溶，添加剂的极性部分局定位于混合树脂的表面上。提高了该极性部分与木粉或颜料的亲合性、粘合性。添加剂小于1质量％时，与木粉或颜料的亲合性、粘合性不足，超过5质量％时，因过多而不佳。

作为合成树脂材料，可以使用PP、PE(聚乙烯)、PS(聚苯乙烯)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)，也可使用新材料(未用过的材料)或废弃塑料。

颜料是用于使木质制品着色的材料。

作为木粉，优选使用树脂少的树种，例如水杨木(也称白杨木)。

将以上的原料混合、加热，制造颗粒状木质复合材料。用该木质复合材料制造木质成形物时，将上述颗粒供给于通用的挤压成形机或注射成形机，加热到规定的温度后，挤压或注射到成形模中，得到木质成形品。

通过本发明可提供一种木质复合材料，其是由51质量％～70质量％的粒径100μm以下的木粉、5质量％～15质量％的滑石粉、1～5质量％的用于良好润滑的添加剂、其余为热塑性合成树脂构成的木质复合材料，所以不仅可挤压成形、冲压成形，还可注射成形。

附图说明

图1是表示木粉粒径大小不同的木粉粒子和树脂的组织的说明图。

图2是表示木粉粒径大小不同的木质制品的表面的切削状态的说明图。

图3是表示用于制造本发明的颗粒状木质复合材料的制造系统的例子的说明图。

1     合成树脂罐

2     木粉罐

3     滑石粉罐

4     添加物罐

5、6、7    加料器

8     第1混合器

9     第2混合器

10    非桥罐

11    漏斗式加料机

12    双轴挤压成形机

13    热切割器

14    干燥机

15    选分机

16    鼓风机

17    制品罐

18    袋式除尘器

19    鼓风机

20    真空泵

21    泵机组

22    鼓风机

23    控制盘

具体实施方式

以下，说明本发明的实施方式。

为了制成本发明中的耐高温的木粉，必须是包含微木粉(100μm以下)的具有耐火性的特殊的物体。

所谓特殊的物体，必须是用于包入微木粉的10μm以下的粉末状、而且必须具有耐火性和润滑性的原材料。

使树脂(PP、PE、PS、此外也可以利用废弃塑料)与具有耐火性、润滑性的微木粉进行混合物成为颗粒。

如果没有润滑性，对于挤压成形机、注射成形机来说原料就成为磨耗材料，增加了加热筒和金属模的磨损，成为损伤的原因。

因此，作为解决这些问题的材料，使用如下的材料。

1.木粉

通常的木粉的粒子粗为150～200μm，受水的表面张力的影响而吸水率高，在冬季期间的冰点以下破裂，另外在夏季期间的高温多湿的情况下膨胀而难以处理。

与此相反，本发明的木粉其粒径在100μm以下，所谓100μm时是指具有100μm±20％左右的幅度者。另外，使用含水率在6％以内的木粉。作为适宜这种情况的树种可以举出水杨木(白杨木)。水杨木是在3年内直径可达45～60cm、高度达4～5m的草本植物。这种水杨木主要产自中国，由于不可作为建材使用，所以没有用途，即使在木材禁止输出的场合，该材料也可以输出。颜色为白色。

制成含有51质量％以上的该木粉的材料。在假想成为废弃物时，其是适合于作为可燃烧垃圾而排出条件者。即，如果木粉的含有率在51质量％以上就批准焚烧处理。因此可认为是有益于环境的原材料。

作为木粉的材料，除了水杨木以外，还可以使用麻、洋麻等非木材、竹、旧纸等。也可以使用杉、松、桧，但是由于树脂多而难以处理，另外由于有独特的臭味，用途有限。

2.滑石粉(滑石(talc))

滑石粉的白度为90～100(一般95～98)、平均粒度3～8μm(通常6.5μm是中心值)，水分在0.3％以下，SiO₂为60％，Mg为35％以上，CaO为0.5％以下，Fe₂O₃为0.3％以下，Al₂O₃为0.3％以下(质量％)。

该滑石粉松软，即使不经过特别的破碎工序，也容易微粉化。

3.热塑性合成树脂材料

可以使用PP(Mi50～90号)、PE、PS、ABS等。

对于PP，可以是PP新树脂、具有透明性的颗粒、乳白色的颗粒(也可以是再生颗粒)、在pp新树脂中加入添加剂的产物。

另外，除了新材料以外，也可以使用废弃的塑料。藉此，可以谋求资源的再利用和节省费用。

4.添加剂

作为添加剂可以使用变性低分子量聚烯烃系树脂改性剂(商品名“ユ-メックス”)。由于该添加剂具有疏水性(非极性)的PP(聚丙烯)部分和亲水性(极性)的羧酸酐部分，所以具有作为一种界面活性剂的功能。将该添加剂与作为合成树脂材料的PP混合时，PP和添加剂的PP部分相溶，添加剂的极性部分定位为混合树脂的表面上。提高了该极性部分与木粉或颜料的亲合性、粘合性。

混入木粉的合成树脂颗粒通常容易燃烧(碳化)。使“木粉”在碳化温度以上成形是不可能的，但是通过将滑石粉和添加剂加入到木粉和树脂材料中，就可以不碳化而制成颗粒。

在限定的范围内成形加工时，考虑得到更好的物品的条件是存在“100m以下的木粉”和“添加剂”及“滑石粉”。

另外，作为其它的添加剂，可以使用热塑性树脂用的改性剂(三菱レイヨン株式会社、商品名“メタブレンA300”)。该改性剂是实施丙烯酸变性的聚四氟乙烯(PTFE)，具有由剪应力而原纤化的特征。通过将1～5质量％的这种改质剂添加到在聚丙烯(PP)树脂中高添加木粉的材料中，可以增大冲击强度、弯曲强度。

5.颜料

为了制作彩色制品，可以添加适量的颜料，制造任意颜色的木质成形品。

本发明中木粉的粒径在100μm以下，但是当木粉的粒径在250μm时，如图1(a)所示，由于粒子比较粗，水分子因表面张力作用浸透到木粉中，不能疏水。当木粉的粒径在100μm时，如图1(b)所示，树脂粒子进入木粉的粒子和粒子之间，起粘结剂作用。藉此，水分子在木粉和树脂的表面上止住，水分不能浸入。因此，几乎不发生变形、膨胀、弯曲等通常木制品那样的缺点。

使用由本发明制造的木质复合材料而成形的木质制品，在成形后有时要进行切削表面的精加工，但是当木粉的粒径在250μm时，如图2(a)所示，切削部分的切削后的表面，其木粉粒子粗，当木粉的粒径在100μm时，如图2(b)所示，切削部分的切削后的表面致密，制品的价值提高。另外，由于木粉间通过合成树脂和添加剂和滑石粉结合，所以具有现有木制品10倍左右的强度。

制造方法(比例是质量％)

配合51～70％的粒径100m以下木粉，优选是55％；25～40％的PP(Mi80号)，优选是32％；5～15％的滑石粉，优选是10％；1～5％的添加物，优选是2％；1％的颜料，供给双轴连续混合挤压机来制造颗粒状的木质复合材料。

另外，如果PP是挤压用则使用Mi5号左右硬的PP，使用松软的Mi50～90号使得可注射成形。但是，可以根据成形方法和用途选择适当的硬度，对该数值不作限定。

图3是表示用于制造本发明的颗粒状的木质复合材料制造系统的例子的说明图。该制造系统具备贮藏合成树脂材料的合成树脂罐1、贮藏木粉的木粉罐2、贮藏滑石粉的滑石粉罐3和分别贮藏添加剂或颜料的多个添加物罐4。合成树脂罐1、木粉罐2和滑石粉罐3中贮藏的各种材料，以规定的比例计量后，由送料器5、6、7供给第1混合器8。另外，添加剂或颜料，以规定的比例由第2混合器9混合后，供给第1混合器8。由第1混合器8混合的材料供给非桥罐10，进而送到漏斗式加料机11中，供给双轴挤压成形机12。

对于双轴挤压成形机12不作限定，但优选使用例如HTM型双轴连续混合挤压机。这是由于它可以使高速旋转多列型(分段)双轴混合机和单轴挤压机同轴地相接，具备高的混合性能和低温挤压功能，可以制造颗粒状的木质复合材料。在双轴挤压成形机12中，以规定的比例混合上述材料，加热至合成树脂材料(PP、ABS等)的软化温度以下，制造通过合成树脂使木粉和滑石粉良好结合的材料。

在双轴挤压成形机12的排出侧，用热切割器13将棒状的混合物切断成规定的长度，制成颗粒状材料。用干燥机14干燥该颗粒状材料，用选分机15选分规定长度的材料后，用鼓风机空气传送而贮藏在产品罐17中。

按照这样进行来制造颗粒状木质复合材料。在制造木质制品时，该颗粒状木质复合材料被用来作为供给挤压成形机、加压成形机、注射成形机的材料。

另外，在图3中，18是回收双轴挤压成形机12内生成的粉尘并使其返回到非桥罐10中的袋式除尘器，19是吸引袋式除尘器18内的空气的鼓风机，20是使双轴挤压成形机12内部减压的真空泵，21是使热切割器13工作的泵机组，22是操作制品罐17开闭的鼓风机，23是控制该系统的控制盘。

本发明的木质复合材料的主要特征如下所述。

a.用针孔成形＝即使是复杂形状，也可以成形。

b.用薄膜孔成形，可以从周围均匀地成形加工。

c.与合成树脂一起也可以薄壁成形。认为是廉价“木”，是可放心和安全使用的加入新原材料PP和木粉的颗粒。

d.“加入木粉的颗粒”指使用100μm的木粉和可产生滑溜溜的滑性的添加剂，相对于在挤压成形用和喷射成形用中使用现有的颗粒(木粉150～200μm)其挤压成形的速度慢，新原材料(100μm以下的木粉、加入添加剂)的颗粒比现有颗粒快3～4倍，可以注射成形(喷射)。即使用木材料不能成形的，用新原材料也可成形。

e.比现有物的形成速度快3～4倍左右，可以降低成本。

f.强度为木材料的12倍。密度高(1.1～1.2)，比水重。另外，可以薄壁成形。

g.可以照原样使用通常的合成树脂成型机，制造“木”制品。

h.可以连续成型，没有焦臭味，也不生烟。

i.由于具有润滑性，所以不要脱模剂。

本发明可以在家电制品、建筑材料、园艺材料、办公设备、日用杂货、玩具类、车辆构件等各种领域利用。

Claims (5)

1.一种木质复合材料，其特征在于，由51质量％～70质量％的粒径100μm以下的木粉、5质量％～15质量％的滑石粉、1～5质量％的用于良好润滑的添加剂、其余为热塑性合成树脂构成。

2.根据权利要求1所述的木质复合材料，其特征在于，适量加入用于着色的颜料。

3.根据权利要求1或2所述的木质复合材料，其特征在于，所述木粉是水杨木的粉。

4.根据权利要求1～3的任一项所述的木质复合材料，其特征在于，性状是颗粒状。

5.一种木质复合材料的制造方法，其特征在于，混合51质量％～70质量％的粒径100μm以下的木粉、5质量％～15质量％的滑石粉、1～5质量％的用于良好润滑的添加剂和其余的热可塑性合成树脂，同时进行加热，藉此使所述木粉干燥，同时使所述热可塑性合成树脂熔融，得到颗粒状的木质复合材料。

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