CN101914295B - 防腐木塑复合型材 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防腐木塑复合型材，由如下重量份的原料制成：30～60份木质纤维、27～66份聚合物基体、1～3份润滑剂、1～5份有机硼酸化合物和2～5份相容剂。本发明还公开了该防腐木塑复合型材的制备方法，将木质纤维和有机硼酸化合物先在高速混合机中加热预混，接着加入聚合物基体、相容剂和润滑剂再熔融混合挤出、成型制得防腐木塑复合型材。该复合型材制造方便，具有优良的力学性能、持续的耐菌蚀及防腐性能。

Description

防腐木塑复合型材
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种防腐木塑复合型材及其制备方法。
背景技术
木塑复合型材是一种主要以木材或纤维素为基础材料与塑料制成的复合型材，最主要的用途是替代实体木材在各领域中应用，其中应用最广泛的是在户外建筑产品方面。户外建筑用木质材料比较受关注的性能之一是防腐或耐菌蚀的能力。虽然木塑复合型材中木质纤维被包覆在塑料基体中，相对于天然木材具有较好的抗微生物降解能力，但是由于木质纤维和塑料两者的表面极性差异大，即便在复合加工中添加了相容剂，但型材内部的两相界面上还是有大量的孔隙，其孔隙度通常由所用原材料(主要是纤维素材料)的水分含量和加工条件(如局部过热等)决定。孔隙通常是相互贯通的，木质纤维通过这些孔隙吸收水分和被微生物沾染，进而被微生物降解，微生物在型材内部繁衍生殖，最终导致型材发生结构性破坏。
为了能够提高木塑复合型材的防腐或耐菌蚀能力，国外有采用硼酸锌来作为其防腐剂(United States Patent 7691922)的。硼酸锌相对其他木材用广谱防腐剂(硼酸、硼砂、八硼酸二钠等)而言，具有更为高效的抑制霉菌和真菌生长、抵御外来微生物的侵蚀的效果；为了达到相应的效果，一般添加量在木塑复合型材质量的3％～5％以上。然而，在潮湿和雨季丰富的地区，木塑复合型材内的硼酸锌会发生快速流失，进而影响了其防腐耐菌的持久性。因此，有必要开发一种能够具有持续性防腐功能的木塑复合型材，以便拓宽木塑复合型材的应用领域和降低受环境影响力。
发明内容
本发明提供了一种防腐木塑复合型材，其具有优良的力学性能、持续的耐菌蚀及防腐性能。
本发明还提供了一种防腐木塑复合型材的制备方法，该制备方法操作简单，适于工业化生产。
一种防腐木塑复合型材，由如下重量份的原料制成：30～60份木质纤维、27～66份聚合物基体、1～3份润滑剂、1～5份有机硼酸化合物和2～5份相容剂。
所述的聚合物基体选用型材领域常用的聚烯烃聚合物或聚烯烃聚合物回收料，进一步优选聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯回收料、聚丙烯回收料等中的一种或多种。
所述的润滑剂选用硬脂酸锌、乙撑双硬脂酰胺、氧化聚乙烯、脂肪烃蜡等市售产品中的一种或多种。
所述的有机硼酸化合物优选具有如下结构式的化合物：
Figure BDA0000026781690000021
其中，R1为烷基或氢；R2为烷基或氢；R3为烷基或烷氧基。烷基链长对有机硼酸化合物的单纯防腐功能的影响不大，主要对木质纤维及基体塑料的两相界面结合力有影响，若界面结合不好，两相间间隙较大，材料机械性能降低，耐水性下降，进而从另一方面增加了霉菌等繁殖几率，使得有机硼酸化合物的防腐功效下降。因此，所述的R3优选为C2～C15的烷基或C2～C15的烷氧基，R3为C2～C15的烷基或C2～C15的烷氧基更有利于缩小木塑复合型材内部的孔隙率，增加型材水雾环境条件下的耐冲刷能力，减少木质纤维的吸水率，降低受微生物沾染的机率；所述的R1为烷基时，所述的烷基优选为C1～C3的烷基；或者，所述的R2为烷基时，所述的烷基优选为C1～C3的烷基，以进一步全面提升木塑复合型材的性能。
所述的有机硼酸化合物可选用市售产品也可根据现有制备方法制备而成。
所述的相容剂对型材中木质纤维和聚合物基体的相容具有改善作用，可选用马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯等市售相容剂中的一种或两种。
目数越高颗粒比表面积越高，与聚合物基体的复合效果越好，但目数过高不利于木质纤维在聚合物基体中的均匀分散，因此，所述的木质纤维的颗粒度优选为60～120目。
所述的木塑复合型材的制备方法，包括以下步骤：
将木质纤维和有机硼酸化合物先在35℃～70℃预混，混合均匀后加入聚合物基体、相容剂和润滑剂，再次混合均匀后经锥形双螺杆挤出机熔融共混挤出、成型制得防腐木塑复合型材。
具体操作时，可选用本领域常用的高速混合机(一般主轴转速为300r/min)来混合物料，每次混合的时间一般为10～20min可使物料混合均匀。
根据木粉的耐热温度及聚合物基体的熔融加工温度，可将熔融时熔融段的温度控制在155～200℃。
本发明具有如下优点：
本发明防腐木塑复合型材具有优良的力学性能、持续的耐菌蚀及防腐性能。
本发明制备方法采用有机硼酸化合物对木质纤维进行预处理，将预处理后的木质纤维和聚合物基体、相容剂、润滑剂熔融复合制备防腐木塑复合型材，操作简单，适于工业化生产。
具体实施方式
实施例1
将60重量份颗粒度为60目的木质纤维和5重量份有机硼酸化合物(2，6-二甲基-4-丁基苯硼酸)先在高速混合机中(主轴转速300r/min)预混20min，预混温度为70℃，接着加入27重量份聚乙烯(HDPE 5000S/兰州石化)、5重量份马来酸酐接枝聚乙烯(GR380/美国陶氏)和3重量份硬脂酸锌混合10min，再经锥形双螺杆挤出机熔融共混挤出、成型制得防腐木塑复合型材，熔融段温度控制在155℃～200℃。
实施例2
将50重量份颗粒度为80目的木质纤维和4重量份有机硼酸化合物(2，6-二甲基-4-丁基苯硼酸)先在高速混合机中(主轴转速300r/min)预混20min，预混温度为70℃，接着加入39重量份聚乙烯(HDPE 5000S/兰州石化)、4重量份马来酸酐接枝聚乙烯(GR380/美国陶氏)和3重量份润滑剂(1.5重量份硬脂酸锌和1.5重量份乙撑双硬脂酰胺)混合10min，再经锥形双螺杆挤出机熔融共混挤出、成型制得防腐木塑复合型材，熔融段温度控制在155～200℃。
实施例3
将30重量份颗粒度为120目的木质纤维和1重量份有机硼酸化合物(2，6-二甲基-4-乙基苯硼酸)先在高速混合机中(主轴转速300r/min)预混10min，预混温度为70℃，接着加入66重量份聚乙烯(HDPE 5000S/兰州石化)、2重量份马来酸酐接枝聚乙烯(GR380/美国陶氏)和1重量份硬脂酸锌混合10min，再经锥形双螺杆挤出机熔融共混挤出、成型制得防腐木塑复合型材，熔融段温度控制在155～200℃。
实施例4
将40重量份颗粒度为80目的木质纤维和3重量份有机硼酸化合物(2，6-二甲基-4-丁基苯硼酸)先在高速混合机中(主轴转速300r/min)预混20min，预混温度为70℃，接着加入51重量份聚乙烯(HDPE 5000S/兰州石化)、4重量份马来酸酐接枝聚乙烯(GR380/美国陶氏)和2重量份硬脂酸锌混合10min，再经锥形双螺杆挤出机熔融共混挤出、成型制得防腐木塑复合型材，熔融段温度控制在155～200℃。
实施例5
将40重量份颗粒度为80目的木质纤维和3重量份有机硼酸化合物(2-甲基-4-异丙基苯硼酸)先在高速混合机中(主轴转速300r/min)预混20min，预混温度为70℃，接着加入51重量份聚乙烯(HDPE 5000S/兰州石化)、4重量份马来酸酐接枝聚乙烯(GR380/美国陶氏)和2重量份润滑剂(1重量份硬脂酸锌和1重量份乙撑双硬脂酰胺)混合10min，再经锥形双螺杆挤出机熔融共混挤出、成型制得防腐木塑复合型材，熔融段温度控制在155～200℃。
实施例6
将40重量份颗粒度为80目的木质纤维和3重量份有机硼酸化合物(2-甲基-4-异丙基苯硼酸)先在高速混合机中(主轴转速300r/min)预混20min，预混温度为70℃，接着加入50重量份聚乙烯(HDPE 5000S/兰州石化)、4重量份马来酸酐接枝聚乙烯(GR380/美国陶氏)和3重量份氧化聚乙烯混合10min，再经锥形双螺杆挤出机熔融共混挤出、成型制得防腐木塑复合型材，熔融段温度控制在155～200℃。
实施例7
将40重量份颗粒度为80目的木质纤维和3重量份有机硼酸化合物(2-甲基-4-丁基苯硼酸)先在高速混合机中(主轴转速300r/min)预混20min，预混温度为70℃，接着加入51重量份聚乙烯(HDPE 5000S/兰州石化)、4重量份马来酸酐接枝聚乙烯(GR380/美国陶氏)和2重量份聚乙烯蜡混合10min，再经锥形双螺杆挤出机熔融共混挤出、成型制得防腐木塑复合型材，熔融段温度控制在155～200℃。
实施例8
将40重量份颗粒度为80目的木质纤维和3重量份有机硼酸化合物(4-丁基苯硼酸)先在高速(主轴转速300r/min)混合机中预混20min，预混温度为70℃，接着加入51重量份聚乙烯(HDPE 5000S/兰州石化)、4重量份马来酸酐接枝聚乙烯(GR380/美国陶氏)和2重量份润滑剂(1重量份硬脂酸锌和1重量份乙撑双硬脂酰胺)混合10min，再经锥形双螺杆挤出机熔融共混挤出、成型制得防腐木塑复合型材，熔融段温度控制在155～200℃。
对比例1：
将40重量份颗粒度为80目的木质纤维、3重量份硼酸锌、51重量份聚乙烯(HDPE 5000S/兰州石化)、4重量份马来酸酐接枝聚乙烯(GR380/美国陶氏)和2重量份润滑剂(1重量份硬脂酸锌和1重量份乙撑双硬脂酰胺)在高速混合机(主轴转速300r/min)中混合10min，再经锥形双螺杆挤出机熔融共混挤出、成型制得木塑复合型材，熔融段温度控制在155～200℃。
对实施例1～8和对比例1制备的木塑复合型材进行抗食材性昆虫性能、耐霉菌性能及力学性能的测试，测试结果表明经过6个月户外环境(试验环境湿度72～75％RH，温度25～28℃)试验，实施例1～8型材表面均没有发生明显的色泽和形貌变化，未发现明显的霉菌斑，并且抗弯强度(按照GB/T9341-2000标准)没有发生明显变化；而对比例1中，型材表面出现明显的菌斑，且抗弯强度发生大幅下降。
机械性能测试结果
注*：六个月户外试验环境(环境湿度72～75％RH，温度25～28℃)

Claims (9)

1.一种防腐木塑复合型材，其特征在于，所述的防腐木塑复合型材由如下重量份的原料制成：30～60份木质纤维、27～66份聚合物基体、1～3份润滑剂、1～5份有机硼酸化合物和2～5份相容剂；
所述的有机硼酸化合物的结构式如下：
Figure FDA0000087205080000011
其中，R1为烷基或氢；R2为烷基或氢；R3为烷基或烷氧基。
2.根据权利要求1所述的防腐木塑复合型材，其特征在于，所述的聚合物基体为聚烯烃聚合物。
3.根据权利要求2所述的防腐木塑复合型材，其特征在于，所述的聚合物基体为聚乙烯、聚丙烯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的防腐木塑复合型材，其特征在于，所述的润滑剂为硬脂酸锌、乙撑双硬脂酰胺、氧化聚乙烯、脂肪烃蜡中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的防腐木塑复合型材，其特征在于，所述的R3为C2～C15的烷基或C2～C15的烷氧基。
6.根据权利要求1所述的防腐木塑复合型材，其特征在于，所述的R1为烷基时，所述的烷基为C1～C3的烷基；
或者，所述的R2为烷基时，所述的烷基为C1～C3的烷基。
7.根据权利要求1所述的防腐木塑复合型材，其特征在于，所述的相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯中的一种或两种。
8.根据权利要求1所述的防腐木塑复合型材，其特征在于，所述的木质纤维的颗粒度为60目～120目。
9.根据权利要求1～8任一所述的防腐木塑复合型材的制备方法，包括以下步骤：
将木质纤维和有机硼酸化合物先在35℃～70℃预混，混合均匀后加入聚合物基体、相容剂和润滑剂，再次混合均匀后经锥形双螺杆挤出机熔融共混挤出、成型，制得防腐木塑复合型材。
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