CN101318383A - 轻质木塑复合板材的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的轻质木塑复合板材的生产方法，该方法是先将平均粒径为40目或其以上的热塑性塑料粉末与增塑剂、增粘剂、分散剂或发泡剂中的至少一种混合，并预热至40～130℃；然后与干燥后的平均粒径为40目或其以上的有机纤维素填料粉末混合均匀后，将混合物放入已预热的塑模型腔中，在模压温度150～220℃，压力5～20MPa下压制3～15分钟，压制中放气次数0～3次，最后在保压下冷却即可。本发明成型工艺流程和加热时间短，有机纤维素填料和塑料不易降解，且压力低，压制时间短，不仅缩短了生产周期，还能节约能源。另外还易于通过粉末粒径、添加剂、成型工艺等来控制木塑板材的开孔率、孔径大小及分布和孔隙率。

Description

轻质木塑复合板材的生产方法

技术领域

本发明属于木塑复合材料微孔制品制备技术领域，具体涉及一种用半熔融压塑生产具有微孔结构的轻质木塑复合板材的方法。

背景技术

木塑复合材料是将有机纤维素填料如废弃木材(下脚料、废料、枝桠等)、快速成林木、农业废弃纤维素(糠壳、稻草、竹屑、坚果硬壳粉、秸杆、豆类、亚麻、玉米淀粉等)以粉状、纤维状或刨花等形态，作为增强物或填料加入到塑料制成的复合材料。木塑复合材料具有木材和塑料双重优势，发展木塑复合材料制品不仅能缓解木材和石油的供需矛盾，而且可以使用废旧塑料、废旧木材纤维及农作物纤维，变废为宝，是值得大力发展的一种环保型材料。木塑复合板材和异型材用途最广泛，其中板材主要应用于门板、围墙、房屋装饰板、景墙、平台、廊架、步道、托盘、箱货架铺板、枕木、铺梁、地板等。但是木塑复合板材存在质量比纯塑料板材重，且价格较高的缺点，因而开发轻质化木塑复合材料成为推广应用这种环保型材料的重要技术关键。

木塑复合材料轻质化的基本方法就是中空化或微孔化，即减少单位体积中实际木塑组成的质量，增加气体、空洞的占有量。但是气体、空洞在材料中如果大小、分布不均匀，就会导致材料性能劣化。只有当空洞或气体以很小的单元均匀的分散在材料基体中时，才不会损害材料的力学性能甚至改善某些力学性能。

目前，制备微孔化木塑复合板材的主要方法是发泡法，具体有：①熔融共混压制法；②熔融共混挤出法。

熔融共混压制法是首先将填料、树脂和发泡剂等其它添加剂在混合机中混合均匀，然后用双辊机或密炼机在低于发泡剂分解温度之下，熔融混炼，成型为片材，最后将片材用液压机在高于发泡剂分解温度之上熔化压制成板材(如专利申请号02157949.0公开的技术)。

熔融共混挤出法目前主要是采用化学发泡剂熔融共混挤出板材(专利申请号200510112726.5和200510029258.5公开的工艺技术)。化学发泡剂熔融共混挤出法是首先将填料、树脂和发泡剂等其它添加剂在混合机中混合均匀，然后用多阶挤出机，即单螺杆挤出机+单螺杆挤出机，双螺杆挤出机+单螺杆挤出机，双螺杆挤出机+双螺杆挤出机，多螺杆挤出机+单螺杆挤出机等组合式挤出机熔融共混挤出成型为板材。

以上制备微孔木塑复合板材的方法主要存在两大问题：1、工艺流程长、物料受热时间长易降解，成本高；2、微孔直径和分布难以根据产品用途加以控制。因此，寻求一种新的成型轻质木塑复合板材的方法是推广应用木塑复合板材中亟待解决的课题。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术存在的问题，提供一种既能控制木塑复合板材中微孔孔径大小与分布，以及开孔率，又能简化成型工艺流程，便于生产工艺控制，降低生产成本的新型的轻质木塑复合板材压制成型的生产方法。

本发明提供的轻质木塑复合板材的生产方法，该方法的工艺步骤和条件如下：

(1)将平均粒径为40目或其以上的热塑性塑料粉末100份与增塑剂、增粘剂、分散剂或发泡剂中的至少一种混合5～15分钟，并升温预热至40～130℃；

(2)将平均粒径为40目或其以上的有机纤维素填料粉末50～90份进行干燥；

(3)先将预热后的热塑性塑料粉末与干燥后的有机纤维素填料粉末混合均匀，然后将混合物放入已预热恒定为40～140℃的塑模型腔中，合模，在温度150～220℃，压力5～20MPa下压制3～15分钟，压制中放气次数0～3次，最后在保持压力5～10MPa下，冷却时间2～10分钟即可。

其中增塑剂为0～15份，增粘剂为0～10份，发泡剂为0～6份，分散剂为0～5份，且所用份数均为重量份。

有机纤维素填料粉末的干燥可在温度70～90℃，真空度0.02～0.08MPa，时间10～36小时条件下进行。

由于本发明方法采用40目或其以上的细微热塑性塑料和有机纤维素填料粉末，或再辅以适当的增塑剂、增粘剂、分散剂或发泡剂，在调控的加热温度与加热时间下，可使细微的木塑混合粉末中的塑料粉末处于固液共存状态，即原料粒子在晶粒或微粒界面熔化，而在晶粒或微粒芯层残留未熔化固相粒子的状态，进行压制成型，使塑料微粒表面已熔融的部分与其周围的木粉或塑料微粒粘接，制造出具有均匀分布的无数微孔的轻质木塑复合板材。本发明方法在生产轻质木塑复合板材时，可不加增塑剂、增粘剂、发泡剂和分散剂，但为了使本发明方法能够在较宽的范围内调节所得型材的孔径大小与分布，以及孔隙率，即可根据需要进行添加。

本发明方法还可采取了以下技术措施：

(1)将所用的有机纤维素填料粉末干燥后，再加入为填料粉末总重量2～3％的表面处理剂与之混合均匀，并升温使溶剂挥发到有机纤维填料粉末表面形成涂层止，所用表面处理剂用相应的溶剂稀释或溶解至浓度为2～10％后再加入。

(2)当不能及时对混合物进行压制时，可将混合均匀的热塑性塑料粉末与有机纤维素填料粉末，在压制前先放入恒温恒湿容器中，在温度40～130℃，相对湿度0.6～60％下，储存1～24小时。

上述方法中所用的热塑性塑料粉末为平均粒径为40～1500目的低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、全密度聚乙烯、茂金属聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯及其共聚物中的任一种。有机纤维素填料粉末为平均粒径为40～500目的木屑、糠壳、稻草、竹屑、坚果硬壳粉、秸杆、豆类、亚麻、玉米淀粉中的任一种。当热塑性塑料粉末平均粒径大于40目时，可以采用机械研磨、超临界流体溶液喷雾粒化、液体介质溶胀、在容器中加温加压工艺等一些现有的常规技术方法来进行处理和调节粒径。当有机纤维素填料粉末平均粒径大于40目时，可以采用机械研磨方法来进行处理和调节粒径。

上述方法中所用的增塑剂选自邻苯二甲酸酯、脂肪族二羧酸酯、偏苯三酸酯、磷酸酯、环氧酯、聚醚类、烷基磺酸及其酯、氯化石蜡中的任一种。增粘剂选自丁苯-芳烃溶液、天然橡胶-芳烃溶液、接枝聚烯烃-烷烃溶液、氯丁橡胶黏合剂、聚丙烯酸酯类黏合剂、聚氨酯黏合剂中的任一种。

上述方法中所用的发泡剂为偶氮化合物、亚硝基化合物、磺酰酯、碳酸盐中的任一种。其中偶氮化合物选自偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、二偶氮氨基苯、偶氮二甲酸二异丙酯；亚硝基化合物选自N’N-二甲基-N，N’-二亚硝基对苯二甲酰胺、N，N’-二亚硝基五次甲基四胺、N-硝基脲；磺酰酯选自苯磺酰肼、对甲苯磺酰肼、三肼基均三嗪、联苯-4’4-二磺酰叠氮、对-(N-甲氧基甲酰氨基)苯磺酰肼、碳酸盐选自碳酸铵、碳酸氢钠或碳酸氢铵。分散剂为硅油、烷烃、脂肪酸及其酯、脂肪酰胺、脂肪酸金属皂中的至少一种。其中硅油选自二甲基硅油、乙基硅油、甲基苯基硅油；烷烃选自白油、环烷油、微晶石蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、聚四氟乙烯蜡；脂肪酸及其酯选自硬脂酸、褐煤酯蜡、单硬脂酸甘油酯；脂肪酰胺选自硬脂酸酰胺、油酸酰胺、介酸酰胺、N，N’-甲撑双硬脂酸酰胺、N，N’-乙撑双硬脂酸酰胺；脂肪酸金属皂选自硬脂酸钙、硬脂酸锌或硬脂酸铝。

该方法中处理有机纤维素填料粉末的表面处理剂为乙烯基三乙氧基硅烷、氨基硅烷、环氧基硅烷、丙烯酸酯基硅烷、丁苯-芳烃溶液、天然橡胶-芳烃溶液、接枝聚烯烃-烷烃溶液、氯丁橡胶黏合剂、聚丙烯酸酯类黏合剂、聚氨酯黏合剂中的任一种。

当本发明方法所用的热塑性塑料粉末为聚氯乙烯时，需要在其中加入3～8份稳定剂，具体可选用有机锡如二月硅酸二正丁基锡、二月硅酸二正辛基锡、马来酸二正辛基锡、双马来酸异辛酯二丁基锡、S，S’双(硫代甘醇酸异辛酯)二正辛基锡、S，S’-双(硫代甘醇酸异辛酯)二甲基锡，金属皂复合液体稳定剂如液体钡复合稳定剂、液体钙锌复合稳定剂中的至少一种。

本发明具有以下优点：①适用于各种有机纤维素填料与塑料粉末组成的木塑复合混合物粉末的成型；②成型工艺流程短，加热时间短，有机纤维素填料和塑料不易降解；③成型温度、压力较低，压制时间短，不仅缩短了生产周期，还能节约能源；④易于通过粉末粒径、添加剂、成型工艺等条件控制开孔率、孔径大小及分布和孔隙率，因此，本发明提供的生产方法易于得到推广应用。

具体实施方式

下面给出实施例以对本发明进行更详细的说明，有必要指出的是以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明所作的一些非本质的改进和调整仍应属于本发明的保护范围。

另外，还值得说明的是，以下各实施例所用份数均为重量份；复合片材所表征的孔径是用扫描电镜观察获得的；孔隙率是通过以下方法测试计算获得的：

首先用电子天平称取试样的质量，然后采用排水法测试试样的体积，表观密度则由如下公式计算而得：

$\mathrm{\ρ}=\frac{M}{V}$

式中：ρ-表观密度g/cm³；M-试样质量g；V-试样体积cm³。

最后计算获得孔隙率，其计算公式如下：

$\mathrm{VF}=\frac{({\mathrm{\ρ}}_u-{\mathrm{\ρ}}_f)}{{\mathrm{\ρ}}_u}\×100\%$

式中：VF-孔隙率％；ρ_u-未发泡试样密度g/cm³；ρ_f-发泡试样的密度g/cm³。孔隙率是表征试样发泡程度的重要指标，孔隙率的大小表征了试样发泡能力的大小。

静曲强度则是按GB/T17657-1999中4.9规定测定获得的。

实施例1

将100份平均粒径为120目的聚氯乙烯树脂粉、2份环氧大豆油、3份20％氯丁橡胶-邻苯二甲酸二辛酯/四氢呋喃(＝1∶6)溶液放入电加热高速混合机中混合8分钟，然后加入60份平均粒径为80目已用2％的氨基硅烷乙醇溶液(浓度2％)处理过的干燥木屑和4份甲基苯基硅油和4份苯磺酰肼再混合5分钟，当温度升至60℃时，卸料；将混合料放入保温储存器中，恒温45℃±5℃，相对湿度60％，储存2小时。

将储存后的混合料放入已预热恒定为85℃±5℃，片材厚度为2cm，面积为1m×2m的塑模型腔中，合模，用液压机在温度180℃±5℃，压力10Mpa下模压10分钟，中间放气次数2次，然后保持压力5MPa下，冷却5分钟即获得轻质PVC木塑复合板材。

该开孔型微孔复合片材的孔径为0.1～10um，空隙率为30％±5％，静曲强度≥15MPa。

实施例2

将100份平均粒径为60目的超高分子量聚乙烯粉、3份环烷油、2份乙基硅油放入电加热捏合机中混合5分钟，然后加入70份平均粒径为40目已用2％的乙烯基三乙氧基硅烷乙醇溶液(浓度3％)处理过的干燥糠壳再混合3分钟，当温度升至60℃时，卸料；将混合料放入保温储存器中，恒温60℃±5℃，相对湿度55％，储存20小时。

将储存后的混合料放入已预热恒定为120℃±5℃，片材厚度为1cm，面积为1m×1m的塑模型腔中，合模，用液压机在温度180℃±5℃，压力6MPa下模压5分钟，中间放气次数1次，然后保持压力5MPa下，冷却3分钟即获得轻质高分子量聚乙烯木塑复合板材。

该开孔型微孔复合片材的孔径为5～20um，空隙率为40％±5％，静曲强度≥15MPa。

实施例3

将100份平均粒径为200目的共聚聚丙烯粉、2份聚丙烯蜡和1份褐煤酯蜡放入电加热捏合机中混合3分钟，然后加入75份平均粒径为120目的干燥竹屑和2份碳酸氢铵再混合5分钟，当温度升至50±5℃时，将其放入已预热恒定为50℃±5℃，片材厚度为1.5cm，面积为2m×1m的塑模型腔中，合模，用液压机在温度190℃±5℃，压力15Mpa下模压7分钟，中间不放气，然后保持压力5MPa下，冷却3分钟即获得轻质聚丙烯木塑复合板材。

该开孔型微孔复合片材的孔径为0.1～10um，空隙率为20％±5％，静曲强度≥15MPa。

实施例4

将100份平均粒径为500目的聚氯乙烯粉、5份液体钙锌复合稳定剂、1.5份二月硅酸二正辛基锡、8份氯丁橡胶黏合剂放入电加热捏合机中混合5分钟，然后加入80份平均粒径为400目已用2％丁腈橡胶-四氢呋喃溶液(浓度8％)处理过的干燥秸杆和6份碳酸铵再混合10分钟，当温度升至50±5℃时，将其放入已预热恒定为55℃±5℃，片材厚度为0.5cm，面积为50×50cm的塑模型腔中，合模，用液压机在温度180℃±5℃，压力10Mpa下模压5分钟，中间不放气，然后保持压力5MPa下，冷却5分钟即获得轻质聚氯乙烯木塑复合板材。

该开孔型微孔复合片材的孔径为0.1～10um，空隙率为20％±5％，静曲强度≥15MPa。

实施例5

将100份平均粒径为120目的高密度聚乙烯粉、3份环烷油、2份乙基硅油放入电加热捏合机中混合5分钟，然后加入70份平均粒径为100目已用3％的马来酸酐接枝聚乙烯-环烷油溶液(浓度10％)处理过的干燥玉米粉再混合5分钟，当温度升至90℃时，卸料；将混合料放入保温储存器中，恒温80℃±5℃，相对湿度55％，储存10小时。

将储存后的混合料放入已预热恒定为120℃±5℃，片材厚度为1.5cm，面积为1m×0.7m的塑模型腔中，合模，用液压机在温度200℃±5℃，压力6MPa下模压8分钟，中间不放气，然后保持压力5MPa下，冷却5分钟即获得轻质高密度聚乙烯木塑复合板材。

该开孔型微孔复合片材的孔径为1～20um，空隙率为40％±5％，静曲强度≥15MPa。

实施例6

将100份平均粒径为1000目的均聚聚丙烯粉和85份平均粒径为400目的干燥坚果硬壳粉放入电加热捏合机中混合5分钟，然后将其放入保温储存器中，恒温100℃±5℃，相对湿度55％，储存时间20小时。

将储存后的混合料放入已预热恒定为135℃±5℃，片材厚度为2cm，面积为1m×1m的塑模型腔中，合模，用液压机在温度210℃±5℃，压力6MPa下模压13分钟，中间放气次数2次，然后保持压力5MPa下，冷却5分钟即获得轻质均聚聚丙烯木塑复合板材。

该开孔型微孔复合片材的孔径为0.01～1um，空隙率为20％±5％，静曲强度≥15MPa。

实施例7

将100份平均粒径为120目的低密度聚乙烯粉、4份白油放入电加热捏合机中混合5分钟，然后加入70份平均粒径为100目已用2％的天然橡胶-芳烃溶液(浓度10％)处理过的干燥木屑和2份对甲苯磺酰肼再混合6分钟，当温度升至55℃，卸料；将混合料放入保温储存器中，恒温50℃±5℃，相对湿度55％，储存10小时。

将储存后的混合料放入已预热恒定为80℃±5℃，片材厚度为0.4cm，面积为1m×1.7m的塑模型腔中，合模，用液压机在温度180℃±5℃，压力6MPa下模压5分钟，中间不放气，然后保持压力5MPa下，冷却5分钟即获得轻质低密度聚乙烯木塑复合板材。

该开孔型微孔复合片材的孔径为0.1～20um，空隙率为40％±5％，静曲强度≥15MPa。

Claims (10)

1、一种轻质木塑复合板材的生产方法，该方法的工艺步骤和条件如下：

(1)将平均粒径为40目或其以上的热塑性塑料粉末100份与增塑剂、增粘剂、分散剂或发泡剂中的至少一种混合5～15分钟，并升温预热至40～130℃；

(2)将平均粒径为40目或其以上的有机纤维素填料粉末50～90份进行干燥；

(3)先将预热后的热塑性塑料粉末与干燥后的有机纤维素填料粉末混合均匀，然后将混合物放入已预热恒定为40～140℃的塑模型腔中，合模，在温度150～220℃，压力5～20MPa下压制3～15分钟，压制中放气次数0～3次，最后在保持压力5～10MPa下，冷却时间2～10分钟即可，

其中增塑剂为0～15份，增粘剂为0～10份，发泡剂为0～6份，分散剂为0～5份，且所用份数均为重量份。

2、根据权利要求1所述的轻质木塑复合板材的生产方法，该方法所用的有机纤维素填料粉末干燥后，再加入为填料粉末总重量2～3％的表面处理剂与之混合均匀，并升温使溶剂挥发到有机纤维填料粉末表面形成涂层止，所用表面处理剂用相应的溶剂稀释或溶解至浓度为2～10％。

3、根据权利要求2所述的轻质木塑复合板材的生产方法，该方法中处理有机纤维素填料粉末的表面处理剂为乙烯基三乙氧基硅烷、氨基硅烷、环氧基硅烷、丙烯酸酯基硅烷、丁苯-芳烃溶液、天然橡胶-芳烃溶液、接枝聚烯烃-烷烃溶液、氯丁橡胶黏合剂、聚丙烯酸酯类黏合剂、聚氨酯黏合剂中的任一种。

4、根据权利要求1或2或3所述的轻质木塑复合板材的生产方法，该方法将混合均匀的热塑性塑料粉末与有机纤维素填料粉末，在压制前先放入恒温恒湿容器中，在温度40～130℃，相对湿度0.6～60％下，储存1～24小时。

5、根据权利要求1或2或3所述的轻质木塑复合板材的生产方法，该方法所用的热塑性塑料粉末为平均粒径为40～1500目的低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、全密度聚乙烯、茂金属聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯及其共聚物中的任一种；有机纤维素填料粉末为平均粒径为40～500目的木屑、糠壳、稻草、竹屑、坚果硬壳粉、秸杆、豆类、亚麻、玉米淀粉中的任一种。

6、根据权利要求4所述的轻质木塑复合板材的生产方法，该方法所用的热塑性塑料粉末为平均粒径为40～1500目的低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、全密度聚乙烯、茂金属聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯及其共聚物中的任一种；有机纤维素填料粉末为平均粒径为40～500目的木屑、糠壳、稻草、竹屑、坚果硬壳粉、秸杆、豆类、亚麻、玉米淀粉中的任一种。

7、根据权利要求1或2或3所述的轻质木塑复合板材的生产方法，该方法所用的增塑剂选自邻苯二甲酸酯、脂肪族二羧酸酯、偏苯三酸酯、磷酸酯、环氧酯、聚醚类、烷基磺酸及其酯、氯化石蜡中的至少一种；增粘剂选自丁苯-芳烃溶液、天然橡胶-芳烃溶液、接枝聚烯烃-烷烃溶液、氯丁橡胶黏合剂、聚丙烯酸酯类黏合剂、聚氨酯黏合剂中的任一种。

8、根据权利要求6所述的轻质木塑复合板材的生产方法，该方法所用的增塑剂选自邻苯二甲酸酯、脂肪族二羧酸酯、偏苯三酸酯、磷酸酯、环氧酯、聚醚类、烷基磺酸及其酯、氯化石蜡中的任一种；增粘剂选自丁苯-芳烃溶液、天然橡胶-芳烃溶液、接枝聚烯烃-烷烃溶液、氯丁橡胶黏合剂、聚丙烯酸酯类黏合剂、聚氨酯黏合剂中的任一种。

9、根据权利要求1或2或3所述的轻质木塑复合板材的生产方法，该方法所用的发泡剂为偶氮化合物、亚硝基化合物、磺酰酯、碳酸盐中的任一种；分散剂为硅油、烷烃、脂肪酸及其酯、脂肪酰胺、脂肪酸金属皂中的至少一种。

10、根据权利要求9所述的轻质木塑复合板材的生产方法，该方法所用的发泡剂中偶氮化合物选自偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、二偶氮氨基苯、偶氮二甲酸二异丙酯；亚硝基化合物选自N’N-二甲基-N，N’-二亚硝基对苯二甲酰胺、N，N’-二亚硝基五次甲基四胺、N-硝基脲；磺酰酯选自苯磺酰肼、对甲苯磺酰肼、三肼基均三嗪、联苯-4’4-二磺酰叠氮、对-(N-甲氧基甲酰氨基)苯磺酰肼、碳酸盐选自碳酸铵、碳酸氢钠或碳酸氢铵；分散剂中硅油选自二甲基硅油、乙基硅油、甲基苯基硅油；烷烃选自白油、环烷油、微晶石蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、聚四氟乙烯蜡；脂肪酸及其酯选自硬脂酸、褐煤酯蜡、单硬脂酸甘油酯；脂肪酰胺选自硬脂酸酰胺、油酸酰胺、介酸酰胺、N，N’-甲撑双硬脂酸酰胺、N，N’-乙撑双硬脂酸酰胺；脂肪酸金属皂选自硬脂酸钙、硬脂酸锌或硬脂酸铝。