CN101962455A

CN101962455A - 注塑型微发泡木塑复合材料及制备方法

Info

Publication number: CN101962455A
Application number: CN 201010299527
Authority: CN
Inventors: 崔益华; 谢博; 陈超; 王鑫鑫; 张慧慧; 陈银福; 蔡鹤林; 陶杰
Original assignee: JIANGSU HENGFA WOOD PLASTIC TECHNOLOGY Co Ltd; Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: JIANGSU HENGFA WOOD PLASTIC TECHNOLOGY Co Ltd; Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2030-09-27
Also published as: CN101962455B

Abstract

本发明公布了一种注塑微发泡木塑复合材料及制备方法，所述复合材料包括木塑粒料和发泡母粒，木塑粒料如下：粒度为100～200目的木粉；再生的PP；硬脂酸或其盐；分子量在0.5～3.0万之间的马来酸酐接枝的PP；(5)钛酸酯偶联剂；纳米吸附剂；纳米助发泡剂；超微细成核剂。发泡母粒如下：LDPE；乙烯-醋酸乙烯酯共聚物；偶氮二甲酰胺；硬脂酸或其盐；所述制备方法，运用两步法，即先制备木塑粒料和发泡母粒，然后将制备的木塑粒料与发泡母粒按比例15∶4～17∶4通过注塑发泡制备注塑微发泡木塑复合材料。本发明塑复合材料具有质轻、强度及韧性高、成本低等特点，广泛替代塑料，用于复杂形状制品的生产。

Description

注塑型微发泡木塑复合材料及制备方法

技术领域

本发明涉及注塑微发泡木塑复合材料及制备方法。

背景技术

目前国内外微发泡木塑复合材料的成型工艺主要有如下3种方式。

1、固态间歇成型

第一阶段，将聚合物放在装有高压惰性气体的压力容器中。这个阶段通常在常温环境中进行。一定时间后，气体扩散到聚合物中，得到整体浓度均匀一致的试样。当试样从压力容器中转移到大气压下，由于聚合物溶解了过量气体，这种过饱和试样就会产生热力学不稳定性。第二阶段，过饱和试样被加热到聚合物/气体混合物的玻璃化转变温度(Tg)以上，称为发泡温度。

2、挤出成型

将塑料粒子和木粉以及含有发泡剂等添加剂混合后送入挤出机中进行熔融共混，挤出成型。该工艺只能成型截面形状一定的型材制品。

3、模压成型

先将塑料粒子和木粉以及发泡剂等添加剂混合后送入挤出造粒机中进行造粒，制备木塑粒子。然后将木塑粒子充填到闭合模具中，加热、加压成型。存在的主要问题是只能成型形状简单的板材类制品。

现有的成型工艺无法用于成型复杂形状的制品，特别是不利于批量生产，往往只能一次成型。采用注塑发泡工艺，不仅可以用于成型复杂形状的制品，而且可以通过对注塑工艺参数的控制，如注塑压力、注塑温度、保压压力及保压时间等，最终生产出微孔细小均匀的发泡木塑复合材料。注塑微发泡木塑复合材料的制备存在三个关键问题：

1、生产注塑微发泡木塑复合材料的配方中，使用了如木粉、滑石粉、发泡剂等粉体，因而不能直接通过一步法注塑获得，需要在注塑前先将粉体混合树脂基体进行挤出造粒，造粒后才能通过注塑机注塑。在造粒过程中，发泡剂容易提前发泡，为避免该情况发生，发泡母粒的基体选择需要十分重要。在注塑发泡时，常用的发泡剂如偶氮二甲酰胺等的分解温度往往较高，容易导致木粉降解，木粉降解后不仅影响制品外观，而且制品的性能会下降。

2由于木粉表面大量极性羟基的存在，使得木粉具有较强的吸水特性。通过加热烘干等措施，可以在一定程度上降低木粉的含水率。然而，要将木粉的含水率控制在0.5％以下十分困难。木粉中的含水量不仅会使其复合材料所注塑得到的制品表面仍然存在较严重的“水斑”现象，大大影响制品的表面质量；更重要的是，在注塑阶段发泡过程中，木粉中的水分会严重影响发泡质量，导致微孔形状不规则，大小不均，并孔现象发生。众所周知，发泡质量的好坏决定产品的性能差异，因此对注塑微发泡木塑复合材料而言，要生产性能优异的产品的首要条件便是控制木粉中水分的含量。

3、微发泡木塑复合材料的成型包括气泡核的形成、长大和泡孔的固化定型三个阶段，其中气泡核的形成阶段至关重要，成核剂的选用是影响微发泡材料性能的关键因素之一。成核剂与基体界面形成大量低势能点，压力释放的同时气体在这些界面处离析出，形成大量气泡核。一些成核剂在基体树脂中分散性不好，从而导致泡孔分布不均匀，如何解决这些问题以优化微发泡木塑复合材料的工艺条件，实现微孔发泡的产业化具有非常重要的意义。

发明内容

本发明目的是针对上述背景技术中存在的缺陷提供一种注塑微发泡木塑复合材料及制备方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明注塑微发泡木塑复合材料，包括木塑粒料和发泡母粒：

所述木塑粒料包括如下组成：

(1)粒度为100～200的木粉 30～50质量份；

(2)再生的PP 50～70质量份；

(3)硬脂酸或其盐 3.0～5.0质量份；

(4)分子量在0.5～3.0万之间的马来酸酐接枝的PP 6.0～10.0质量份；

(5)钛酸酯偶联剂 1.0～2.0质量份。

(6)纳米吸附剂 5.0～10.0质量份；

(7)纳米助发泡剂 1.0～1.5质量份；

(8)超微细成核剂 1.0～1.5质量份；

所述发泡母粒包括如下组成：

(a)LDPE 75～90质量份；

(b)乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 5.0～10.0质量份；

(c)偶氮二甲酰胺 5～15质量份；

(d)硬脂酸或其盐 0.5～1.5质量份。

优选地，所用纳米吸附剂为粒径100-500nm的氧化钙粉末，纯度大于98％。

优选地，所用纳米助发泡剂为粒径为30～60nm的纳米氧化锌。

优选地，所用超微细成核剂为超微细滑石粉。

制备注塑发泡木塑复合材料的方法，运用两步法，即先制备木塑粒料和发泡母粒，然后将制备的木塑粒料与发泡母粒按比例15∶4～17∶4通过注塑发泡制备注塑微发泡木塑复合材料。

优选地，所述木塑粒料的制备方法如下：

先将木粉、纳米吸附剂以及超微细成核剂高速混合10-15分钟后；再加入钛酸酯偶联剂高速混合5-6分钟；最后加入再生的PP、硬脂酸或其盐、马来酸酐接枝的PP和纳米助发泡剂后依次经高速混合20～30分钟、低速混合5～10分钟后，得到预混料；将上述预混料经挤出机挤出造粒后得到木塑粒料，其中所述高速为1500～2500转/分钟，低速为300～600转/分钟。

优选地，所述发泡母粒的制备方法如下：

先将偶氮二甲酰胺与硬脂酸或其盐高速混合10-15分钟后；再加入LDPE和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物后依次经高速混合20～30分钟、低速混合5～10分钟后，得到预混料；上述预混料经挤出机挤出造粒后，得到发泡母粒，其中所述高速为1500～2500转/分钟，低速为300～600转/分钟。

本发明木塑复合材料具有质轻、强度及韧性高、成本低等特点，可广泛替代塑料，用于复杂形状制品的生产。

附图说明

图1：典型的冲击断口形貌；

图2：实施例1的冲击断口SEM；

图3：实施例2的冲击断口SEM

图4：实施例3的冲击断口SEM。

具体实施方式

下面结合附图具体叙述本发明注塑级发泡木塑复合材料及制备方法：

1、本发明选用两步法生产，即先制备发泡母粒，再将一定比例的母粒通过注塑机注塑发泡。母粒的制备包括木塑粒料、发泡母粒。发泡母粒选用的树脂基体的熔融温度低于发泡剂的分解温度，采用偶氮二甲酰胺作为发泡剂载体树脂，其分解温度大约在180℃～220℃。因此选用熔融温度低于这一温度范围段的树脂如低密度聚乙烯(LDPE)，不仅其与PP的相容性好，而且可以避免发泡剂提前发泡。在注塑发泡阶段，为了进一步降低发泡剂偶氮二甲酰胺的分解温度，在木塑粒料的制备组分中加入粒径30-50nm的助发泡剂纳米氧化锌。

2、选用纯度大于98％、粒径100-500nm的超细氧化钙粉末，与木粉进行高速混合。一方面利用氧化钙粉末较强的吸水特性吸收木粉中的水分；此外，氧化钙吸水后生成氢氧化钙，利用其碱性特性，能够将木粉表面的胶质等溶解，提高木粉与树脂基体之间的相容性和界面结合力。氢氧化钙还能与偶氮二甲酰胺产生的气体CO₂反应，可以达到缓和气体的释放速度，有利于降低并泡等现象产生的几率，提高发泡质量。

3、成核剂选用粒径1-2um的超微细滑石粉，与木粉和超细氧化钙粉末进行高速混合，一方面利用氧化钙粉末吸收超微细滑石粉中的水分，另一方面使滑石粉与木粉均匀分布，有利于微孔均匀分布。

4、木塑粒料采用下列原料按质量份数混合而成：粒度为100～200目的木粉，其用量为30～50质量份；再生的PP，其用量为50～70质量份；硬脂酸或其盐，其用量3.0～5.0质量份；分子量在0.5～3.0万之间的马来酸酐接枝的PP，其用量为6～10.0质量份；钛酸酯偶联剂，其用量为1.0～1.5质量份；纳米氧化锌，其用量为1.0～1.5质量份；超微细滑石粉，其用量为1.0～1.5质量份；纳米吸附剂氧化钙，其用量为5.0～10.0质量份；超级润滑剂，其用量为1.0～2.0质量份。先将木粉、纳米氧化钙以及超微细滑石粉高速(1500～2500转)混合10-15分钟后，加入钛酸酯偶联剂后高速(1500～2500转)混合5-6分钟。加入其他物料后，将上述物料经高速(1500～2500转)、低速(300～600转/分)混合20～30分钟、5～10分钟后，得到预混料。上述预混料经挤出机挤出造粒后，可得到木塑粒料。

5、发泡母粒采用下列原料按质量份数混合挤出而成：LDPE，其用量为80～85质量份；发泡剂偶氮二甲酰胺，其用量为5～15质量份；乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，其用量为5.0～10.0质量份；硬脂酸或其盐，其用量为3.0～5.0质量份。先将偶氮二甲酰胺与硬脂酸或其盐高速(1500～2500转)混合10-15分钟后。加入其他物料后，将上述物料经高速(1500～2500转)、低速(300～600转/分)混合20～30分钟、5～10分钟后，得到预混料。上述预混料经挤出机挤出造粒后，可得到发泡母粒。

6、将木塑粒料以及发泡母粒按15∶4～17∶4质量比置于注塑机中注塑发泡。

本发明所制得的微发泡木塑复合材料专用料具有细小均匀分布的微孔，成型加工性能好，成本低廉，可直接采用注塑的方法成型加工，产品表面光亮，无水斑现象。有效解决了传统发泡木塑复合材料只能采用挤出或模压成型的问题。产品表面光泽度高，具有极好的强度及韧性，耐冲击性能高、木质感强、阻燃等特点。能广泛用于复杂形状制品的生产，例如汽车、机械、电子、电器、工艺品等领域。

经检测，采用本发明所述之配方及工艺制得的木塑复合材料的性能如下：

比重 0.75～0.90

孔隙率 15％～30％

微孔密度 1.5～2.5×10⁶个/cm³

微孔孔径 45～65um

断裂伸长率 5～10％

抗拉模量 1.0～2.0GPa

抗拉强度 15～25MPa

抗弯模量 1.2～2.5GPa

抗弯强度 20～30MPa

无缺口Izod冲击强度 155～185J/m

典型的冲击断口形貌如图1所示。

实施例1：

(1)工艺过程

工艺配方

1.木塑粒料

①粒度为120～180目的木粉 30.0质量份；

②再生的PP 70.0质量份；

②硬脂酸锌 4.0质量份；

③分子量为1.0～1.5万的马来酸酐接枝的PP 6.0质量份；

⑤钛酸酯偶联剂 1.5质量份；

⑥纳米氧化钙 10.0质量份；

⑦纳米氧化锌 1.5质量份；

⑧超微细滑石粉 1.0质量份；

2.发泡母粒

①LDPE 75.0质量份；

②乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 10.0质量份；

③偶氮二甲酰胺 5.0质量份；

④硬脂酸 1.0质量份；

将木粉、纳米吸附剂以及超微细滑石粉高速(1800～2000转)混合10-15分钟后，加入钛酸酯偶联剂后再高速(1800～2000转)混合5-6分钟。最后加入其他物料，经高速(1800～2000转)、低速(400～500转/分)混合20分钟、5分钟后，得到预混料。预混料经挤出机挤出造粒后，得到木塑粒料。

先将偶氮二甲酰胺与硬脂酸高速(1800～2000转)混合15分钟后。加入其他物料后，将上述物料经高速(1800～2000转)、低速(400～500转/分)混合20分钟、5分钟后，得到预混料。上述预混料经挤出机挤出造粒后，可得到发泡母粒。

将木塑粒料以及发泡母粒按15∶4质量比置于注塑机中注塑发泡。

(2)实施效果

所得材料的性能如下：

比重 0.85

孔隙率 21.4％

微孔密度 2.0×10⁶个/cm³微孔孔径

微孔孔径 48um

断裂伸长率 9.6％

比抗拉模量 1.25GPa

抗拉强度 16.2MPa

比抗弯模量 1.3GPa

抗弯强度 22.4MPa

无缺口Izod中击强度 170.5J/m

冲击断口SEM如图2所示。

实施例2：

(1)工艺过程

工艺配方

1.木塑粒料

①粒度为120～160目的木粉 40.0质量份；

②再生的 PP 60.0质量份；

③硬脂酸 3.0质量份；

④分子量在2.5～3.0之间的马来酸酐接枝的PP 8.0质量份；

⑤钛酸酯偶联剂 2.0质量份；

⑥纳米氧化钙 5.0质量份；

⑦纳米氧化锌 1.0质量份；

⑧超微细滑石粉 1.5质量份。

2.发泡母粒

①LDPE 82.5质量份；

②乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 5.0质量份；

③偶氮二甲酰胺 15.0质量份；

④硬脂酸 1.5质量份；

将木粉、纳米吸附剂以及超微细滑石粉高速(1500～1700转)混合10-15分钟后，加入钛酸酯偶联剂后再高速(1500～1700转)混合5-6分钟。最后加入其他物料，经高速(1500～1700转)、低速(500～600转/分)混合30分钟、10分钟后，得到预混料。预混料经挤出机挤出造粒后，得到木塑粒料。

先将偶氮二甲酰胺与硬脂酸高速(1500～1700转)混合10-15分钟后。加入其他物料后，将上述物料经高速(1500～1700转)、低速(500～600转/分)混合30分钟、10分钟后，得到预混料。上述预混料经挤出机挤出造粒后，可得到发泡母粒。

将木塑粒料以及发泡母粒按4∶1质量比置于注塑机中注塑发泡。

(2)实施效果

所得材料的性能如下：

比重 0.77

孔隙率 23.2％

微孔密度 2.4×10⁶个/cm³

微孔孔径 53um

断裂伸长率 7.7％

比抗拉模量 1.8GPa

抗拉强度 21.3MPa

比抗弯模量 2.2GPa

抗弯强度 25.8MPa

缺口Izod中击强度 180.2J/m

冲击断口SEM如图3所示。

实施例3：

(1)工艺过程

工艺配方

1.木塑粒料

①粒度为160～200目的木粉 50.0质量份；

②再生的PP 50.0质量份；

③硬脂酸 5.0质量份；

④分子量在2.5～3.0万之间的马来酸酐接枝的PP 10.0质量份；

⑤钛酸酯偶联剂 1.0质量份；

⑥纳米氧化钙 7.5质量份；

⑦纳米氧化锌 1.0质量份；

⑧超微细滑石粉 1.0质量份。

2.发泡母粒

①LDPE 90.0质量份；

②乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 7.5质量份；

③偶氮二甲酰胺 10.0质量份；

④硬脂酸 0.5质量份；

将木粉、纳米吸附剂以及超微细滑石粉高速(2200～2400转)混合15分钟后，加入钛酸酯偶联剂后再高速(2200～2400转)混合6分钟。最后加入其他物料，经高速(2200～2400转)、低速(300～500转/分)混合25分钟、5分钟后，得到预混料。预混料经挤出机挤出造粒后，得到木塑粒料。

先将偶氮二甲酰胺与硬脂酸高速(2200～2400转)混合10-15分钟后。加入其他物料后，将上述物料经高速(2200～2400转)、低速(300～500转/分)混合25分钟、5分钟后，得到预混料。上述预混料经挤出机挤出造粒后，可得到发泡母粒。

(2)实施效果

所得材料的性能如下：

比重 0.88

孔隙率 18.5％

微孔密度 1.6×10⁶个/cm³

微孔孔径 62um

断裂伸长率 5.4％

比抗拉模量 1.9GPa

抗拉强度 24.5MPa

比抗弯模量 2.45GPa

抗弯强度 28.7MPa

缺口Izod中击强度 157.4J/m

冲击断口SEM如图4所示。

Claims

1.一种注塑微发泡木塑复合材料，包括木塑粒料和发泡母粒，其特征在于：

所述木塑粒料包括如下组成：

(1)粒度为100～200目的木粉 30～50质量份；

(2)再生的PP 50～70质量份；

(3)硬脂酸或其盐 3.0～5.0质量份；

(5)钛酸酯偶联剂 1.0～2.0质量份。

(6)纳米吸附剂 5.0～10.0质量份；

(7)纳米助发泡剂 1.0～1.5质量份；

(8)超微细成核剂 0.75～1.5质量份；

所述发泡母粒包括如下组成：

(a)LDPE 75～90质量份；

(b)乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 5.0～10.0质量份；

(c)偶氮二甲酰胺 5～15质量份；

(d)硬脂酸或其盐 0.5～1.5质量份。

2.如权利要求1所述的注塑微发泡木塑复合材料，其特征在于所用纳米吸附剂为粒径100-500nm的氧化钙粉末，纯度大于98％。

3.如权利要求1所述的注塑微发泡木塑复合材料，其特征在于所用纳米助发泡剂为粒径为30～60nm的纳米氧化锌。

4.如权利要求1所述的注塑微发泡木塑复合材料，其特征在于所用超微细成核剂为超微细滑石粉。

5.一种制备如权利要求1所述的注塑发泡木塑复合材料的方法，其特征在于运用两步法，即先制备木塑粒料和发泡母粒，然后将制备的木塑粒料与发泡母粒按比例15∶4～17∶4通过注塑发泡制备注塑微发泡木塑复合材料。

6.如权利要求5所述的注塑发泡木塑复合材料的制备方法，其特征在于所述木塑粒料的制备方法如下：

7.如权利要求5所述的注塑发泡木塑复合材料的制备方法，其特征在于所述发泡母粒的制备方法如下：