CN101880464B

CN101880464B - 一种竹基/热塑性塑料纳米复合材料

Info

Publication number: CN101880464B
Application number: CN 201010227603
Authority: CN
Inventors: 郭勇; 陈玉霞; 刘盛全; 黄成林; 郭晓磊; 李晶晶
Original assignee: Anhui Agricultural University AHAU
Current assignee: Anhui Agricultural University AHAU
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2030-07-12
Also published as: CN101880464A

Abstract

本发明涉及的是竹基/热塑性塑料纳米复合材料及其制造工艺，它以热塑性塑料为基体，以竹纤维为增强相，通过纳米粒子对竹纤维进行改性，提高其与基体的相容性、熔体流动速率、复合材料的抗霉菌性，然后通过高混、造粒、挤出成型等加工工艺制造竹基/热塑性塑料纳米复合材料。本发明提供了具有物理力学强度大、界面相容性好、熔体流动速率快及抗霉菌性好的竹基/热塑性塑料纳米复合材料。该发明高效利用了竹材加工废料，废旧塑料，保护了生态环境。产品可应用于户外园林景观、户外家具、户外地板、挂墙板、护栏、托盘、包装箱以及汽车内部装饰用材等。

Description

一种竹基/热塑性塑料纳米复合材料

技术领域

本发明涉及一种板材及其生产方法，具体地说，涉及一种竹基/热塑性塑料纳米复合材料及其加工方法。

背景技术

我国竹材资源丰富，现有竹林总面积540多万公顷，占全世界竹林总面积的三分之一。近二十年来，我国在竹材资源的开发利用方面做了大量工作，使竹材的工业化利用得到了强劲发展，目前中国已成为世界最大的竹材人造板生产国。竹材人造板主要有竹层压材、竹集成材、竹胶合板等，这些产品在加工过程中，产生的大量竹材加工剩余物，如竹材切削过程中产生的竹屑、竹蔸、竹节、竹枝，往往作为燃料焚烧，这无论是从环保方面还是资源利用方面都是极不合理的。因此，利用竹材加工过程中产生的木材剩余物作为填料或增强体与热塑性塑料复合替代木材是竹材综合利用的一个重要途径。竹基/热塑性塑料复合材料加工耗能少，加工设备损耗小，有利于节约能源。其突出特点是具有可回收性，有利于环境保护。但是，传统的竹基/热塑性塑料复合材料由于竹纤维与热塑性塑料在共混过程中界面结合性较差，导致其熔体流动速率较低，物理力学性能偏低，并且传统的竹基/热塑性塑料复合材料表面极易生霉菌。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种竹基/热塑性塑料纳米复合材料及其制造工艺。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种竹基/热塑性塑料纳米复合材料，其特征是组份包括竹纤维、热塑性塑料、纳米粒子、助剂，其组成质量比(％)为：竹纤维55-60％、热塑性塑料25-30％、纳米粒子4-7％、助剂6-13％。

所述竹纤维颗粒大小为10-200目，含水率为3-8％。

所述助剂为硅烷偶联剂、无水乙醇、马来酸酐接枝聚丙烯；所述助剂各组分在所述复合材料中的质量比(％)为：硅烷偶联剂2.5-4％、无水乙醇0.5-1％、马来酸酐接枝聚丙烯3-8％。

所述热塑性塑料选自聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯或聚苯乙烯，所述纳米粒子选自氧化锌、二氧化钛、纳米银或二氧化硅。

一种竹基/热塑性塑料纳米复合材料的制造工艺，其特征是利用无水乙醇和硅烷偶联剂对纳米粒子进行表面改性处理，再将其与筛分处理后的竹纤维烘成绝干后，与偶联剂及热塑性塑料放入高混机中进行熔融混炼，以2500-3000r/min的速率，混合8-10min后卸料，使用双螺杆进行造粒，制成直径2-4mm粒度的粒子，最后由单螺杆挤出机挤出成型，冷却，成品。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明以纳米粒子来修饰竹纤维表面及空洞结构，并且利用纳米粒子和竹纤维的协同作用，增强热塑性塑料基体，提高它与竹纤维界面相容性、改善其熔体流动速率以及复合材料的抗霉菌性，并在此基础上，将竹纤维与热塑性塑料进行高混、造粒、挤出成型，最后制成一定形状的产品。

本发明采用竹材加工剩余物和废旧塑料等原料制备竹基/热塑性塑料纳米复合材料，既高效利用了竹材加工废料，又解决了部分废旧塑料的回收利用问题，对保护生态环境具有重要意义。本发明的产品可应用于户外园林景观、户外家具、户外地板、挂墙板、护栏、托盘、包装箱以及汽车内部装饰用材等。

本发明的竹基/热塑性塑料纳米复合材料性能测试表明：与相同原料条件下传统竹基/热塑性塑料复合材料相比，其拉伸模量和强度、弯曲模量和强度、冲击强度均得到明显提高；添加纳米粒子填充竹纤维后，纤维与热塑性塑料两者之间的界面相容性得到了改善，并且提高了复合材料的生产速度及抗霉菌性。

附图说明

图1是本发明工艺流程图。

具体实施方式

以下实施例是对本发明的进一步说明，但本发明不限于以下实施例。

本发明中的热塑性塑料优选自聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯或聚苯乙烯。

本发明中的纳米粒子优选自氧化锌、二氧化钛、纳米银或二氧化硅。

本发明中的竹基为竹纤维，来源于竹材或竹材加工废料。

以下实施例热塑性塑料以聚丙烯、纳米粒子以改性ZnO粒子对本发明做进一步说明。

实施例1，将竹材加工剩余物筛分后得到含水率为3％、粒径为10目的竹纤维，利用无水乙醇1％(重量百分比，下同)和硅烷偶联剂4％改性ZnO纳米粒子7％，将表面改性后的纳米ZnO粒子和10目竹纤维60％，在105℃下干燥至绝干状态(即指在100～105℃烘至恒重)，与聚丙烯粒料25％、马来酸酐接枝聚丙烯粒料3％依次加入高速混合机中，以3000r/min的速率混合8min。将共混后的原料倒入双螺杆挤出机造粒，将粒料在单螺杆挤出机中进行挤出得到复合材料。

实施例2，将竹材加工剩余物筛分后得到含水率为8％、粒径为100目竹纤维，利用无水乙醇0.8％(重量百分比，下同)和硅烷偶联剂3％改性ZnO纳米粒子6％，将表面改性后的纳米ZnO粒子和100目竹纤维59％，在105℃下干燥至绝干，与聚丙烯粒料28％、马来酸酐接枝聚丙烯粒料3.2％依次加入高速混合机中，以2800r/min的速率混合9min。将共混后的原料倒入双螺杆挤出机造粒，将粒料在单螺杆挤出机中进行挤出得到复合材料。

实施例3，将竹材加工剩余物筛分后得到含水率为5％、粒径为200目的竹纤维，利用无水乙醇0.5％(重量百分比，下同)和硅烷偶联剂2.5％改性ZnO纳米粒子4％，将表面改性后的纳米ZnO粒子和200目竹纤维55％，在105℃下干燥至绝干，与聚丙烯粒料30％、马来酸酐接枝聚丙烯粒料8％依次加入高速混合机中，以2500r/min的速率混合10min。将共混后的原料倒入双螺杆挤出机造粒，将粒料在单螺杆挤出机中进行挤出得到复合材料。

实施例4，将竹材加工剩余物筛分后得到含水率为6％、粒径为200目的竹纤维，利用无水乙醇0.5％(重量百分比，下同)和硅烷偶联剂2.5％改性ZnO纳米粒子4％，将表面改性后的纳米ZnO粒子和200目竹纤维60％，在105℃下干燥至绝干，与聚丙烯粒料30％、马来酸酐接枝聚丙烯粒料3％依次加入高速混合机中，以2500r/min的速率混合10min。将共混后的原料倒入双螺杆挤出机造粒，将粒料在单螺杆挤出机中进行挤出得到复合材料。

实施例5，将竹材加工剩余物筛分后得到含水率为5％、粒径为200目的竹纤维，利用无水乙醇1％(重量百分比，下同)和硅烷偶联剂4％改性ZnO纳米粒子4％，将表面改性后的纳米ZnO粒子和200目竹纤维55％，在105℃下干燥至绝干，与聚丙烯粒料28％、马来酸酐接枝聚丙烯粒料8％依次加入高速混合机中，以2500r/min的速率混合10min。将共混后的原料倒入双螺杆挤出机造粒，将粒料在单螺杆挤出机中进行挤出得到复合材料。

Claims

1.一种竹基/热塑性塑料纳米复合材料，其特征是组份包括竹纤维、热塑性塑料、氧化锌纳米粒子、助剂，其组成质量比（％）为：竹纤维55-60％、热塑性塑料25-30％、氧化锌纳米粒子4-7％、助剂6-13％，所述热塑性塑料选自聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯或聚苯乙烯；所述竹纤维颗粒大小为10-200目，含水率为3-5%；所述助剂包括硅烷偶联剂、无水乙醇、马来酸酐接枝聚丙烯；所述助剂各组分在所述复合材料中的质量比（％）为：硅烷偶联剂2.5-4％、无水乙醇0.5-1％、马来酸酐接枝聚丙烯3-8％。

2.根据权利要求1所述的一种竹基/热塑性塑料纳米复合材料，其特征是所述竹纤维颗粒大小为10目。