CN101747644A - 一种植物粉改性热塑性木塑复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种植物粉改性热塑性木塑复合材料及其制备方法与应用。由如下重量份数的组分组成：热塑性树脂100重量份；植物粉1～400重量份；分散剂0.1～40重量份；冲击改性剂0.5-60重量份；无机填料0～100重量份；抗氧剂0～10重量份。本发明制得的植物粉改性热塑性木塑复合材料与木材相比，具有耐用、尺寸稳定性好、易成型、吸水性小、耐腐蚀；与塑料相比具有成本低、刚性高的特点。适用于各种注塑制件，如电视机等电器外壳。

Description

一种植物粉改性热塑性木塑复合材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及木塑复合材料领域，具体地说，涉及一种植物粉改性热塑性木塑复合材料及其制备技术与应用。

背景技术

木塑材料所用的植物粉包括木屑粉、果壳粉、竹粉、秸杆粉、糠壳粉、其它农作物或植物茎叶粉等，其来源十分广阔且价格低廉，充分利用这些材料本身就是治理环境美化环境的的一种途径。

木塑复合材料是利用植物粉和热塑性塑料为主要原料，加入一定量的添加剂后，经混合和挤出机加工后形成的一种新型复合材料。该材料可以缓解石油用量，同时大量使用了废弃的木屑粉，该材料的研制既能缓解现代社会对石油资源的消耗，又能减少木材资源的消耗，是保护环境和降低能耗的有效手段。木塑复合材料与木材相比，具有耐用、尺寸稳定性好、易成型、吸水性小、耐腐蚀；与塑料相比具有成本低、刚性高的特点。

目前现有木塑制备工艺主要以挤出成型、热压成型和挤压成型工艺为主，主要用于生产板材类制品，对于成型结构复杂的注塑制件受到很大的制约，主要问题是由于加入大量木粉的木塑复合材料流动性差，制件强度低，外观质量差。

发明内容

本发明的目的主要针对现有技术的不足，提供一种流动性好，制件强度高，外观质量良好，适于注塑的植物粉改性热塑性木塑复合材料。

本发明的另一个目的是提供上述植物粉改性热塑性木塑复合材料的制备方法。

本发明的进一步目的是提供上述植物粉改性热塑性木塑复合材料在生产电器产品外壳中的应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种植物粉改性热塑性木塑复合材料，由如下重量份数的组分组成：

热塑性树脂                100重量份；

植物粉                    1～400重量份；

分散剂                    0.1～40重量份；

冲击改性剂                0.5-60重量份；

无机填料                  0～100重量份；

抗氧剂                    0～10重量份。

在上述植物粉改性热塑性木塑复合材料中，所述热塑性树脂优选为改性聚氯乙烯、聚丙烯、马来酸酐接枝改性聚丙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝改性聚丙烯、聚乙烯、马来酸酐改性聚烯烃、乙烯-丙烯酸脂共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸盐共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚苯乙烯、抗冲击聚苯乙烯、苯乙烯-马来酸酐共聚物、马来酸酐接枝改性抗冲击聚苯乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝改性抗冲击聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物、苯乙烯-马来酸酐共聚物、马来酸酐接枝改性高抗冲聚苯乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝改性高抗冲聚苯乙烯、马来酸酐接枝改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸缩水甘油酯丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或几种的混合物。

在上述植物粉改性热塑性木塑复合材料中，所述改性聚氯乙烯是聚氯乙烯、热稳定剂、增塑剂、润滑剂、加工改性剂和抗冲击改性剂组成的混合物。

在上述植物粉改性热塑性木塑复合材料中，所述植物粉为木屑粉、果壳粉、竹粉、秸杆粉、糠壳粉、其它农作物或植物茎叶粉中的一种或几种的混合物。

在上述植物粉改性热塑性木塑复合材料中，所述分散剂优选为硅烷偶联剂、钛酸脂偶联剂、铬化合物偶联剂、铝酸脂偶联剂、硼酸脂偶联剂、锆偶联剂、镁偶联剂、硬脂酸或其盐、液体石蜡、硅油、芥酸酰胺、油酸酰胺、N，N′-双乙撑硬脂酰胺、乙撑双油酸酰胺、硬脂酸酰胺、甘油单油酸脂、二甘油醚单油酸脂、改性甘油三酸脂、山嵛酰胺、柠檬酸三(十八)脂、硬脂酸正丁脂、十八醇、单油酸(季戊四醇甘油醚)脂、硬脂酸单甘油酯、硬脂酸二甘油酯、硬脂酸三甘油酯、邻苯二甲酸二丁脂、邻苯二甲酸二乙脂、邻苯二甲酸二辛脂、对苯二甲酸二辛脂、油酸丁脂、己二酸二辛脂、壬二酸二辛脂、癸二酸二辛脂、磷酸三辛脂、磷酸三苯脂、磷酸三苄脂、环氧大豆油、环氧硬脂酸辛脂、己二酸丙二醇聚脂、癸二酸丙二醇聚酯、聚a-甲基苯乙烯、氯化石蜡、烷基磺酸苯脂、液体橡胶、环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂、聚酯油、聚脂、聚酰胺、聚氨酯、脲醛树脂中的一种或几种的混合物。

在上述植物粉改性热塑性木塑复合材料中，所述冲击改性剂优选为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、充油苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、氢化SBS、乙丙橡胶、腈基-丁二烯橡胶、三元乙丙橡胶、顺丁橡胶、丙烯酸系树脂(ACR)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯丙烯酸丁酯二元接枝改性乙丙胶(EPDM-g-St/BA)、聚烯烃弹性体(POE)、马来酸酐接枝植物纤维、马来酸酐改性聚烯烃、乙烯-丙烯酸脂共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯-丙烯酸盐共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、丙烯腈-高丁二烯含量-苯乙烯共聚物中的一种或几种的混合物。

在上述植物粉改性热塑性木塑复合材料中，所述抗氧剂优选为酚类、亚磷酸酯类、含硫酯类、金属钝化剂中的一种或几种的混合物。酚类抗氧剂如2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八脂(抗氧剂1076)、四β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸)季戊四醇脂(抗氧剂1010)、2，2‘-亚甲基-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)等；含硫酯类抗氧剂如硫代二丙酸二月桂脂、硫代二丙酸二硬脂酸脂、硫代二丙酸二月桂酸十八脂等；亚磷酸酯类抗氧剂如亚磷酸三苯脂、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯)脂、亚磷酸三壬基苯脂、季戊四醇双亚磷酸二(2，4-二叔丁基苯基)脂等；金属钝化剂如N-水杨酰-N’-甲酰胺、双(水杨酰肼)、对苯甲叉草酰胺等。

上述植物粉改性热塑性木塑复合材料的制备方法，包括如下步骤：先将植物粉在100～150℃下烘干3-8小时，然后将各组分按比例在高混机中混合均匀后，加入到挤出机中挤出造粒，得到植物粉改性热塑性木塑复合材料。一般植物粉通常是表面干燥，水分含量较高，不适合做注塑级的木塑复合材料，植物粉在使用前应在100～150℃的烘干设备内烘干3～8小时，水分及木粉中的挥发物含量控制在1％以下，如果木粉中残留的水分及木粉中的低沸点挥发物质含量过高，木塑复合材料中会存在大量的气泡，材料的力学性能会受到很大影响，而水分及挥发物含量低于1％以下时对材料的力学性能影响最小，可以满足复合材料的使用要求。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明制得的植物粉改性热塑性木塑复合材料与木材相比，具有耐用、尺寸稳定性好、易成型、吸水性小、耐腐蚀；与塑料相比具有成本低、刚性高的特点。适用于各种注塑制件，如电视机等电器外壳。

具体实施方式

实施例1

原料组分按重量份数计为：

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)   100份

100目木粉                         5份

液体石蜡                          0.5份

邻苯二甲酸二丁脂                  0.2份

N，N′-双乙撑硬脂酰胺        0.2份

聚烯烃弹性体(POE)            1份

抗氧剂1010                   0.1份

先将植物粉在150℃下烘干8小时，然后在高混机中混合均匀后，加入到挤出机中挤出造粒，加工温度控制在170℃，得到木粉改性的注塑级丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)木塑复合材料。

上述的木塑复合材料经过检测的性能如下：

比重                         1.07

拉伸强度                     36Mpa

伸长率                       8％

悬臂梁无缺口冲击强度         145J/m

弯曲强度                     60MPa

弯曲模量                     2320Mpa

熔融指数(200℃，5公斤)       2.5。

实施例2

原料组分按重量份数计为：

熔融指数为10克/10分钟的聚丙烯        100份

100目木粉                            60份

液体石蜡                             2份

邻苯二甲酸二丁脂                     1份

N，N′-双乙撑硬脂酰胺                2份

γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷        1份

聚烯烃弹性体(POE)                6份

乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)           5份

抗氧剂1010                       0.2份

亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯)脂      0.4份

先将植物粉在100℃下烘干3小时，然后在高混机中混合均匀后，加入到挤出机中挤出造粒，加工温度控制在180℃，得到木粉改性的注塑级聚丙烯木塑复合材料。

上述的木塑复合材料经过检测的性能如下：

比重                             1.12

拉伸强度                         35Mpa

伸长率                           10％

悬臂梁无缺口冲击强度             300J/m

弯曲强度                         51MPa

弯曲模量                         2500Mpa

熔融指数(200℃，5公斤)           7

1.5mm水平燃烧试验                HB40。

实施例3

原料组分按重量份数计为：

聚丙烯及马来酸酐接枝改性聚丙烯   100份

100目木粉                        300份

液体石蜡                         5份

邻苯二甲酸二丁脂                 4份

N，N′-双乙撑硬脂酰胺                5份

γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷        5份

聚烯烃弹性体(POE)                    10份

乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)               5份

乙烯-丙烯酸乙脂共聚物                3份

抗氧剂1010                           0.2份

亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯)脂          0.4份

先将植物粉在1250℃下烘干5小时，然后在高混机中混合均匀后，加入到挤出机中挤出造粒，加工温度控制在190℃，得到木粉改性的注塑级聚丙烯木塑复合材料。

上述的木塑复合材料经过检测的性能如下：

比重                                 1.20

拉伸强度                             42Mpa

伸长率                               3％

悬臂梁无缺口冲击强度                 200J/m

弯曲强度                             67MPa

弯曲模量                             3700Mpa

熔融指数(200℃，5公斤)               2

1.5mm水平燃烧试验                    HB40。

实施例4

原料组分按重量份数计为：

熔融指数为10克/10分钟

高抗冲击聚苯乙烯                          100份

100目木粉                                 60份

液体石蜡                                  2份

邻苯二甲酸二丁脂                          1份

N，N′-双乙撑硬脂酰胺                     2份

γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷             1份

充油苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)   6份

乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)                    5份

抗氧剂1010                                0.2份

亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯)脂               0.4份

先将植物粉在140℃下烘干6小时，然后在高混机中混合均匀后，加入到挤出机中挤出造粒，加工温度控制在160℃，得到木粉改性的注塑级抗冲击聚苯乙烯木塑复合材料。

上述的木塑复合材料经过检测的性能如下：

比重                                      1.12

拉伸强度                                  30Mpa

伸长率                                    4％

悬臂梁无缺口冲击强度                      160J/m

弯曲强度                                  60MPa

弯曲模量                                  2700Mpa

熔融指数(200℃，5公斤)                    3克

1.5mm水平燃烧试验                         HB40。

实施例5

原料组分按重量份数计为：

熔融指数为20克/10分钟聚乙烯及共聚物    100份

100目木粉                              60份

液体石蜡                               2份

邻苯二甲酸二丁脂                       1份

N，N′-双乙撑硬脂酰胺                  2份

γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷          1份

乙烯-丙烯酸脂共聚物                    6份

乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)                 5份

抗氧剂1010                             0.2份

亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯)脂            0.4份

先将植物粉在100℃下烘干8小时，然后在高混机中混合均匀后，加入到挤出机中挤出造粒，加工温度控制在170℃，得到木粉改性的注塑级聚乙烯木塑复合材料。

上述的木塑复合材料经过检测的性能如下：

比重                                   1.18

拉伸强度                               23Mpa

伸长率                                 15％

悬臂梁无缺口冲击强度                   350J/m

弯曲强度                               25MPa

弯曲模量                               2100Mpa

熔融指数(200℃，5公斤)   6克/10分种

1.5mm水平燃烧试验        HB40。

实施例6

原料组分按重量份数计为：

聚氯乙烯树脂                        90份

热稳定剂                            4份

增塑剂                              4份

加工改性剂                          2份

100目木粉                           60份

液体石蜡                            2份

邻苯二甲酸二丁脂                    5份

N，N′-双乙撑硬脂酰胺               2份

γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷       1份

丙烯酸系树脂(ACR)                   6份

抗氧剂1010                          0.2份

亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯)脂         0.4份

先将植物粉在100℃下烘干8小时，然后在高低混机中混合均匀后，加入到挤出机中挤出造粒，加工温度控制在160℃，得到木粉改性的注塑级改性聚氯乙烯木塑复合材料。

上述的木塑复合材料经过检测的性能如下：

比重                                1.45

拉伸强度                            55Mpa

伸长率                    3％

悬臂梁无缺口冲击强度      100J/m

弯曲强度                  75MPa

弯曲模量                  4500Mpa

熔融指数(200℃，10公斤)   6克/10分种

1.5mm水平燃烧试验         HB40。

实施例7

原料组分按重量份数计为：

熔融指数为10克/10分钟高抗冲击聚苯乙烯   100份

100目木粉                               60份

硅油                                    2份

邻苯二甲酸二丁脂                        1份

N，N′-双乙撑硬脂酰胺                   2份

γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷           1份

充油苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS) 6份

乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)                  5份

抗氧剂1010                              0.2份

亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯)脂             0.4份

先将植物粉在140℃下烘干6小时，然后在高混机中混合均匀后，加入到挤出机中挤出造粒，加工温度控制在200℃，得到木粉改性的注塑级抗冲击聚苯乙烯木塑复合材料。

上述的木塑复合材料经过检测的性能如下：

比重                    1.12

拉伸强度                30Mpa

伸长率                  4％

悬臂梁无缺口冲击强度    160J/m

弯曲强度                60MPa

弯曲模量                2700Mpa

熔融指数(200℃，5公斤)  3克

1.5mm水平燃烧试验       HB40。

实施例8

将实施例4制得的植物粉改性高抗冲聚苯乙烯木塑复合材料注射21寸电视机后面板，具体如下：

生产设备1000吨注射机，注射工艺如下：

温度  195 195  195  190

熔胶条件    序号     熔胶速度％    熔胶压力％    熔胶位置mm

            1        50            65            100

            2        50            65            200

            3        50            65            330

注射条件    序号     注射速度％    注射压力％    注射位置mm

            1        60            80            250

            2        80            85            150

            3        80            90            15

保压条件    序号     保压速度％    保压压力％    保压时间(秒)

            1        40            50            8

            2        30            40            6

冷却时间  35秒    周期  65秒。

Claims (10)

1.一种植物粉改性热塑性木塑复合材料，其特征在于由如下重量份数的组成：

热塑性树脂            100重量份；

植物粉                1～400重量份；

分散剂                0.1～40重量份；

冲击改性剂            0.5-60重量份；

无机填料              0～100重量份；

抗氧剂                0～10重量份。

2.如权利要求1所述的植物粉改性热塑性木塑复合材料，其特征在于所述热塑性树脂为改性聚氯乙烯、聚丙烯、马来酸酐接枝改性聚丙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝改性聚丙烯、聚乙烯、马来酸酐改性聚烯烃、乙烯-丙烯酸脂共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸盐共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚苯乙烯、抗冲击聚苯乙烯、苯乙烯-马来酸酐共聚物、马来酸酐接枝改性抗冲击聚苯乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝改性抗冲击聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物、苯乙烯-马来酸酐共聚物、马来酸酐接枝改性高抗冲聚苯乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝改性高抗冲聚苯乙烯、马来酸酐接枝改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸缩水甘油酯丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或几种的混合物。

3.如权利要求2所述的植物粉改性热塑性木塑复合材料，其特征在于所述改性聚氯乙烯是聚氯乙烯、热稳定剂、增塑剂和加工改性剂组成的混合物。

4.如权利要求1所述的植物粉改性热塑性木塑复合材料，其特征在于所述植物粉为木屑粉、果壳粉、竹粉、秸杆粉、糠壳粉、其它农作物或植物茎叶粉中的一种或几种的混合物。

5.如权利要求1所述的植物粉改性热塑性木塑复合材料，其特征在于所述分散剂为硅烷偶联剂、钛酸脂偶联剂、铬化合物偶联剂、铝酸脂偶联剂、硼酸脂偶联剂、锆偶联剂、镁偶联剂、硬脂酸或其盐、液体石蜡、硅油、芥酸酰胺、油酸酰胺、N，N′-双乙撑硬脂酰胺、乙撑双油酸酰胺、硬脂酸酰胺、甘油单油酸脂、二甘油醚单油酸脂、改性甘油三酸脂、山嵛酰胺、柠檬酸三(十八)脂、硬脂酸正丁脂、十八醇、单油酸(季戊四醇甘油醚)脂、硬脂酸单甘油酯、硬脂酸二甘油酯、硬脂酸三甘油酯、邻苯二甲酸二丁脂、邻苯二甲酸二乙脂、邻苯二甲酸二辛脂、对苯二甲酸二辛脂、油酸丁脂、己二酸二辛脂、壬二酸二辛脂、癸二酸二辛脂、磷酸三辛脂、磷酸三苯脂、磷酸三苄脂、环氧大豆油、环氧硬脂酸辛脂、己二酸丙二醇聚脂、癸二酸丙二醇聚酯、聚a-甲基苯乙烯、氯化石蜡、烷基磺酸苯脂、液体橡胶、环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂、聚酯油、聚脂、聚酰胺、聚氨酯、脲醛树脂中的一种或几种的混合物。

6.如权利要求1所述的植物粉改性热塑性木塑复合材料，其特征在于所述冲击改性剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、充油苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、氢化SBS、乙丙橡胶、腈基-丁二烯橡胶、三元乙丙橡胶、顺丁橡胶、丙烯酸系树脂、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯丙烯酸丁酯二元接枝改性乙丙胶、聚烯烃弹性体、马来酸酐接枝植物纤维、马来酸酐改性聚烯烃、乙烯-丙烯酸脂共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸盐共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、丙烯腈-高丁二烯含量-苯乙烯共聚物中的一种或几种的混合物。

7.如权利要求1所述的植物粉改性热塑性木塑复合材料，其特征在于所述抗氧剂为酚类、亚磷酸酯类、含硫酯类、金属钝化剂中的一种或几种的混合物。

8.如权利要求1所述的植物粉改性热塑性木塑复合材料，其特征在于所述无机填料是滑石粉、硫酸钡、碳酸钙、无水硫酸钙、氢氧化钙、膨润土、粘土、陶瓷微珠、高岭土、氧化镁、氢氧化镁、氧化钙、氧化铝、氢氧化铝、珍珠岩、硅灰石、水滑石、硫化锌中的一种或几种的混合物。

9.权利要求1所述植物粉改性热塑性木塑复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：先将植物粉在100～150℃下烘干3～8小时，然后将各组分按比例在高混机中混合均匀后，加入到挤出机中挤出造粒，得到植物粉改性热塑性木塑复合材料。

10.权利要求1所述植物粉改性热塑性木塑复合材料在生产电器产品外壳中的应用。