CN101392099A - 用改性木粉和废旧塑料制备木塑复合材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及木塑复合材料制备技术，具体涉及一种用改性木粉和废旧塑料制备木塑复合材料的方法。其特征是：(1)将废弃农林废弃物破碎、磨粉、烘干，依次加入三种不同的表面改性剂，并逐一与废弃物粉末在高速混合机中进行混合，制成改性废弃物粉末；(2)将废旧塑料清洗、破碎成粒度为2～12mm的粒料，烘干；按重量百分比将改性废弃物粉末、废旧塑料的颗粒、润滑剂、发泡剂及助发泡剂的混合物加入高速混合机，高速混合，冷却至温度低于55℃以下出料，制成专用预混料。本发明制得的复合材料具有很高的强度和抗弯、抗冲击性能，其中抗冲击强度的显著提高使产品加工性能大大提高，满足不同需求的产品，应用范围极其广阔。
Description
技术领域
本发明涉及木塑复合材料制备技术，具体涉及一种用改性木粉和废旧塑料制备木塑复合材料的方法。
背景技术
中国是一个木材资源并不丰的国家，随着国民经济的迅速发展，木材产量根本满足不了经济发展的需求，且木材的大量砍伐对生态环境造成严重的破坏。为保护森林资源，寻找新型材料来替代木材已成为研究的热点。木塑复合材料是由塑料与木材、竹材、秸秆等木质纤维材料复合而形成的新型材料，具有塑料与木质材料的双重性能优势，既有植物的来源广、可被环境消纳性和可再生性，又有塑料的质轻、耐虫蛀、易加工、力学性能良好、热伸缩性和吸水性比木材小等优点，可在多种场合替代木材使用。利用木材加工剩余物与废弃塑料研制开发木塑复合材料，既能有效解决我国木材资源紧张的局面，提高木材综合利用率，又能减少塑料废弃物对环境造成的污染。因此，木塑复合材料在资源利用与环境保护方面都具有突出的优势而得到迅速发展。
在中国，回收的废旧塑料主要是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)的混合物。由于各种塑料组分之间的相容性差，而且共混物的极性低，与木质纤维材料的界面相容性低，制备出的木塑复合材料的力学性能差，尤其是冲击性能低，不适合生产高性能要求的木塑复合材料产品。因此，如何改善植物纤维与各种废弃塑料间的界面粘合作用是利用废弃塑料制备木塑复合材料所必须解决的关键技术问题。
发明内容
本发明主要根据表面原位化学组合的原理采用经过选择的、具有活性基团的、满足最终改性要求的多种表面改性剂，用固相接枝法在农林废弃物粉末表面进行逐层化学反应，依次高密度地键接上多种表面改性剂，生成能够满足不同使用要求的界面强度和厚度的界面层，使改性粉末与废弃塑料间的界面粘合作用增强从而提高复合材料的机械力学性能。
为实现本发明的目的采用以下技术方案实现：
将废弃农林废弃物破碎后再用磨粉机磨成细度为20～300目的废弃物粉末，在110℃～150℃下烘干，使含水量≤2％，然后依次加入三种不同的表面改性剂，每种改性物的添加量为2.0～8.0％，在高速混合机中逐一与废弃物粉末进行混合，混合时间均为5～20min，经三次混合后出料制成改性废弃物粉末。
将废旧塑料清洗、破碎成粒度为2～12mm的粒料，烘干使其水分含量≤2％。
按重量百分比将改性废弃物粉末、废旧塑料颗粒、润滑剂、发泡剂及助发泡剂的混合物加入高速混合机，在70℃～120℃的条件下高速混合5～30min后冷却至温度低于55℃以下出料，制成专用预混料。将预混料用挤出机挤出成型即得到所需的木塑复合材料。预混料的具体比例为：
改性废弃物粉末 50～70％
废旧塑料颗粒 20～45％
润滑剂 1～6％
发泡剂 2～8％
助发泡剂 1～5％
所述的废弃农林废弃物是指木材废弃物、竹子废弃物、农作物秸秆废弃物、果壳废弃物、甘蔗渣废弃物。
所述的废旧塑料为PVC、PP、PE中的任意一种或其中几种的任意比例混合物。
所述的表面改性剂为马来酸酐接枝物、邻苯二甲酸酐、钛酸酯、铝酸酯、异氰酸酯、三异丙基铝、丁腈橡胶、氯丁橡胶或硅烷类偶联剂中的六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷、乙烯基三硅烷或氨丙基三乙氧基硅烷的一种。
所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸金属盐中的硬脂酸钠、硬脂酸锶、硬脂酸钙或硬脂酸锌的一种、石蜡、聚乙烯蜡或聚丙烯蜡等。
所述的发泡剂为碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺或对甲苯磺酰氨基脲中的一种或其中几种的任意比例混合物。
所述的助发泡剂为氧化锌、醋酸锌或碳酸锌中的一种或其中几种的任意比例混合物。
所述的挤出机可以为平行双螺杆挤出机、单螺杆双阶挤出机组或锥形双螺杆挤出机。挤出成型采用常规方法，挤出机机筒温度为130～195℃，模头温度为160～200℃，挤出产物经真空定型、冷却、干燥、牵引、切割成所需产品。
按以上工艺生产的木塑复合材料的技术指标如下表所示：
| 项目 | 指标 |
| 密度g/cm3 | 0.96-1.1 |
| 线胀系数(20℃)mm/mm/℃×10-5 | ≤3.5 |
| 吸水性，％ | ≤0.3 |
| 断裂伸长率，％ | ≥3 |
| 抗弯模量，Gpa | ≥20 |
| 抗弯强度，MPa | ≥40 |
| 压缩强度，MPa | ≥25 |
| 无缺口Izod冲击强度，J/m | ≥155 |
| 螺钉拔出力(4.4mm直径25.4mm深)，kg | 300-320 |
上表中数据说明本发明制得的复合材料具有很高的强度和抗弯、抗冲击性能，从根本上解决了用废弃塑料制得的木塑复合材料力学强度低的缺点，其中抗冲击强度的显著提高有效地解决了原来产品的脆性问题，使产品加工性能大大提高，产品可以用刨、锯、凿等加工木材的方式进行加工，可以制成不同形状、满足不同需求的产品，如各种门窗、地板、办公家具、建筑模板、整体楼梯等，应用范围极其广阔。
本发明的优点是：(1)本发明应用表面原位化学组合法在农林废弃物粉末表面进行逐层化学反应，依次高密度地键接上两种以上表面改性物，生成能够满足不同使用要求的界面强度和厚度的界面层以适应各种聚合物填充改性体系，使合成的改性粉末与各种废弃塑料之间都具有很强的界面粘合力，复合材料中木粉的填充量达50％以上，且产品具有良好力学性能和加工性能。(2)农林废弃物粉末表面改性剂选择范围广，可以是无机物、小分子有机物、低聚物和大分子高聚物，通过对其品种和结构进行调控，可以得到不同性能的产品。(3)本发明木塑复合材料的制备工艺简单，对设备要求低，生产能耗低、产量高、成本低，具有广阔的市场应用前景。(4)本发明生产过程产生的废料及被废弃的产品均可回收直接作为木塑复合材料的原料再利用，不需要专门技术进行处理，不会对环境产生污染，是典型的绿色环保产品。
具体实施方式
实施例1
将废弃树枝除去尘土，破碎后再用磨粉机磨成细度为120目的木粉粉末，在110℃下烘干，使含水量≤2％。取500克的已经烘干的木粉粉末，依次加入异氰酸酯10克、马来酸酐接枝聚乙烯15克、丁腈橡胶10克，逐一在高速混合机中与木粉粉末混合5min后出料得到改性木粉粉末备用。
将重量比为1：1的PVC与PE的回收塑料清洗、破碎成粒度10mm的粒料，烘干使其水分含量≤2％，取450克备用。
取上述备用的改性木粉500克与废旧塑料颗粒450克及润滑剂硬脂酸13克、发泡剂碳酸氢钠13克及助发泡剂氧化锌18克的混合物加入高速混合机，在100℃下高速混合10min后冷却至55℃出料，制成专用预混料。将预混料用平行双螺杆挤出机连续挤出经模具冷却定型后制得所需的木塑复合材料。
所得的材料外观与木材相似且可用加工木材的方式进行加工，测得的各项产品性能指标都在表中所述的范围之内。
实施例2
将废弃毛竹清洗干净，破碎后再用磨粉机磨成细度为100目的竹粉粉末，在130℃下烘干，使含水量≤2％。取600克的已经烘干的木粉粉末，然后依次加入钛酸酯偶联剂6克、六甲基二硅氮烷偶联剂10克、乙烯-甲基丙烯酸共聚物30克，逐一在高速混合机中与木粉混合10min后出料得到改性毛竹粉末备用。
将重量比为1：1的PVC与PP的回收塑料清洗、破碎成粒度12mm的粒料，烘干使其水分含量≤2％，取400克备用。
取上述备用的改性木粉600克、废旧塑料颗粒粉末400克、润滑剂硬脂酸锶45克、发泡剂甲苯磺酰氨基脲9克、助发泡剂碳酸锌18克，混合后加入高速混合机，在90℃下高速混合20min后冷却至50℃出料，制成专用预混料。将预混料用锥形双螺杆挤出机连续挤出经模具冷却定型后制得所需的木塑复合材料。
所得的材料外观与木材相似且可用加工木材的方式进行加工，测得的各项产品性能指标都在表中所述的范围之内。
实施例3
将花生壳清洗干净，破碎后再用磨粉机磨成细度为50目的粉末，在120℃下烘干，使含水量≤2％。取750克的已经烘干的木粉粉末，然后依次加入苯乙烯-马来酸酐共聚物25克、铝酸酯偶联剂10克、乙烯基乙氧基硅烷偶联剂15克，逐一在高速混合机中与木粉混合20min后出料得到改性花生壳粉末备用。
将重量比为1：1：1的PVC、PE及PP的回收塑料清洗、破碎成粒度小于8mm的粒料，烘干使其水分含量≤2％，取300克备用。
取上述备用的改性花生壳粉末700克、废旧塑料颗粒的粒料300克、润滑剂石蜡40克、发泡剂偶氮二甲酰胺25克、1：1比例构成的助发泡剂氧化锌和醋酸锌混合物50克，混合后加入高速混合机，在110℃下高速混合20min后冷却至55℃出料，制成专用预混料。将预混料用锥形双螺杆挤出机连续挤出经模具冷却定型后制得所需的木塑复合材料。
所得的材料外观与木材相似且可用加工木材的方式进行加工，测得的各项产品性能指标都在表中所述的范围之内。
实施例4
将甘蔗渣清洗干净，破碎后再用磨粉机磨成细度为100目的甘蔗渣粉末，在120℃下烘干，使含水量≤2％。取550克的已经烘干的甘蔗渣粉末，然后依次加入苯乙烯-马来酸酐共聚物33克、铝酸酯偶联剂33克、乙烯基乙氧基硅烷偶联剂15.5克，逐一在高速混合机中与木粉混合10min后出料得到改性甘蔗渣粉末备用。
将重量比为2：1：1的PVC、PE及PP的回收塑料清洗、破碎成粒度小于8mm的粒料，烘干使其水分含量≤2％，取400克备用。
取上述备用的改性甘蔗渣粉末550克、废旧塑料颗粒的粒料400克及润滑剂聚丙烯蜡50克、发泡剂碳酸氢钠35克、助发泡剂醋酸锌70克，混合后加入高速混合机，在110℃下高速混合15min后冷却至50℃出料，制成专用预混料。将预混料用锥形双螺杆挤出机连续挤出经模具冷却定型后制得所需的木塑复合材料。
所得的材料外观与木材相似且可用加工木材的方式进行加工，测得的各项产品性能指标都在表中所述的范围之内。
Claims (9)
1、一种用改性木粉和废旧塑料制备木塑复合材料的方法，其特征是：
(1)将废弃农林废弃物破碎、磨粉、烘干，依次加入三种不同的表面改性剂，并逐一与废弃物粉末在高速混合机中进行混合，制成改性废弃物粉末；
(2)将废旧塑料清洗、破碎成粒度为2～12mm的粒料，烘干；
按重量百分比将改性废弃物粉末、废旧塑料的颗粒、润滑剂、发泡剂及助发泡剂的混合物加入高速混合机，高速混合，冷却至温度低于55℃以下出料，制成专用预混料，预混料的具体比例为：
改性废弃物粉末 50～70％
废旧塑料颗粒 20～45％
润滑剂 1～6％
发泡剂 2～8％
助发泡剂 1～5％。
2、根据权利要求1所述的一种用改性木粉和废旧塑料制备木塑复合材料的方法，其特征是：所述的废弃农林废弃物是指木材废弃物、竹子废弃物、农作物秸秆废弃物、果壳废弃物、甘蔗渣废弃物。
3、根据权利要求1所述的一种用改性木粉和废旧塑料制备木塑复合材料的方法，其特征是：所述的废旧塑料为PVC、PP、PE中的任意一种或其中几种的任意比例混合物。
4、根据权利要求1所述的一种用改性木粉和废旧塑料制备木塑复合材料的方法，其特征是：所述的表面改性剂为马来酸酐接枝物、邻苯二甲酸酐、钛酸酯、铝酸酯、异氰酸酯、三异丙基铝、丁腈橡胶、氯丁橡胶或硅烷类偶联剂中的六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷、乙烯基三硅烷或氨丙基三乙氧基硅烷的一种。
5、根据权利要求1所述的一种用改性木粉和废旧塑料制备木塑复合材料的方法，其特征是：所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸金属盐中的硬脂酸钠、硬脂酸锶、硬脂酸钙或硬脂酸锌的一种、石蜡、聚乙烯蜡或聚丙烯蜡等。
6、根据权利要求1所述的一种用改性木粉和废旧塑料制备木塑复合材料的方法，其特征是：所述的发泡剂为碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺或对甲苯磺酰氨基脲中的一种或其中几种的任意比例混合物。
7、根据权利要求1所述的一种用改性木粉和废旧塑料制备木塑复合材料的方法，其特征是：所述的助发泡剂为氧化锌、醋酸锌或碳酸锌中的一种或其中几种的任意比例混合物。
8、根据权利要求1所述的一种用改性木粉和废旧塑料制备木塑复合材料的方法，其特征是：所述的制成专用预混料时是在70℃～120℃的条件下高速混合5～30min后冷却至温度低于55℃以下出料。
9、根据权利要求1所述的一种用改性木粉和废旧塑料制备木塑复合材料的方法，其特征是：所述的表面改性剂与废弃物粉末逐一混合时，在高速混合机中混合时间均为5～20min。
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| PB01 | Publication | ||
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Open date: 20090325 |