CN101967294B - 一种植物纤维聚氯乙烯塑料复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种植物纤维聚氯乙烯塑料复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种植物纤维聚氯乙烯塑料复合材料及其制备方法，该植物纤维聚氯乙烯塑料复合材料主要由基料植物纤维60-90wt%、聚氯乙烯树脂10-40wt%混配制成；另含有适量助剂硅烷偶联剂、增塑剂DOP、抗氧化剂1010、润滑剂聚乙烯蜡。本发明还包括所述植物纤维聚氯乙烯塑料复合材料制备方法。本发明之植物纤维聚氯乙烯塑料复合材料成本低，物理机械强度高，表面光洁度好，耐水耐化学腐蚀，应用范围广，易降解，是一种绿色环保的代木代塑新产品。

Description

一种植物纤维聚氯乙烯塑料复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种木塑复合材料及其制备方法，尤其是涉及一种以天然植物纤维与聚氯乙烯塑料基体为原料制造的木塑复合材料及其制备方法。
背景技术
木塑复合材料性能优良，使用方便，可锯、可刨、可钉，既保留了木材在加工性能方面的优势，又克服了木材不耐用怕虫蛀的缺点，可以替代外运货物木制包装材料和铺垫材料，也可以用于化工行业的耐腐工棚、装饰板、地板、通道、台架及铸造模型、机器罩、水泵壳、电器用材等。
然而植物纤维与树脂基体表面性能不同，两者复合时界面粘接效果较差，从而导致复合材料各项性能的降低，影响了该复合材料的普及应用。另一方面，由于木塑复合材料中纤维与塑料基体之间较差的相容性以及纤维本身的特点，使得纤维的添加量受到严重限制，目前大部分工业化生产的木塑复合材料，纤维的含量多为10-25%，这个含量对于降低木塑复合材料的成本而言意义并不太大，而昂贵的改性添加剂成本使得这种复合材料的市场价格提高，相当于甚至高于通用塑料及实木，从而制约了木塑复合材料的发展与应用。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有木塑复合材料存在的上述缺陷，提供一种价格低廉，综合性能优良的植物纤维聚氯乙烯塑料复合材料及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明之植物纤维聚氯乙烯塑料复合材料，主要由基料植物纤维和聚氯乙烯树脂或回收聚氯乙烯塑料粒料或聚氯乙烯树脂与回收聚氯乙烯塑料粒料的混合料混配制成，另添加有以下助剂：硅烷偶联剂、增塑剂DOP（邻苯二甲酸二辛酯）、抗氧化剂1010（四[甲基-β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯）和润滑剂聚乙烯蜡，其特征在于，基料中，植物纤维的含量为60-90wt%, 聚氯乙烯树脂或回收聚氯乙烯塑料粒料或聚氯乙烯树脂与回收聚氯乙烯塑料粒料的混合料的含量为10-40wt%；各助剂含量为：硅烷偶联剂为植物纤维的1-10wt%，增塑剂为聚氯乙烯树脂的4-6 wt%，抗氧化剂1010为植物纤维和聚氯乙烯树脂总重量的0.5-2 wt%，润滑剂聚乙烯蜡为植物纤维和聚氯乙烯树脂总重量的1-5wt%。
所述植物纤维可以是木粉、竹粉、稻壳粉或其他植物纤维粉。
本发明之植物纤维聚氯乙烯塑料复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）植物纤维预处理：将植物纤维粉碎成40-100目的粉末，用清水浸泡8-12小时；接着将浸泡后的植物纤维粉置于爆破罐中，在150℃-180℃汽相蒸煮温度、0.8-1.5MPa压力下处理9-11分钟，然后骤然释压，得到蒸汽爆破处理植物纤维；再将经蒸汽爆破处理的植物纤维放入质量浓度为1%-2%的NaOH溶液中浸泡3-5小时，最后用水清洗至中性，放入干燥箱中于75-85℃下干燥至含水率＜4%；（2）混配：将经过步骤（1）预处理的植物纤维和聚氯乙烯树脂或回收聚氯乙烯塑料粒料或聚氯乙烯树脂与回收聚氯乙烯塑料粒料的混合料及硅烷偶联剂、增塑剂DOP、抗氧化剂1010和润滑剂聚乙烯蜡置于高速混合机中混合4-10分钟；（3）成型：将步骤（2）所得混合料送入双螺杆挤出机中，挤出机温度设定为165℃-190℃，通过口模挤出成型为所需型材或者用相应口模和切粒机进行挤出造粒，形成粒料，再将所得粒料通过模压或注射成型的方法获得最终制品。
木粉、竹粉、稻壳等植物纤维，主要成分为纤维素，另外还含有半纤维素、果胶质和非纤维素糖等非纤维素成分，这些非纤维素成分在结构上分子量相对较小，强度较低，加入到复合材料中，对复合材料的力学性能会有负面影响，同时它们需要足够的偶联剂来处理，使得成本过高。用蒸汽爆破技术对其进行预处理，可以除掉大部分非纤维素成分。
由于植物纤维呈强极性而聚氯乙烯树脂为非极性材料，两者极性相斥，在混合过程中两者结合效果很差，当加入硅烷偶联剂以后，由于相容剂一方面含有与植物纤维相结合的极性基团，另一方面具有与高分子材料相容的高分子链或可相容结构，从而在两个体系之间形成一种过渡并将两者紧密连接在一起，进而提高复合材料的强度及复合材料中植物纤维的含量。
所述回收热塑性塑料粒子可采用以下方法制备：将回收的塑料经塑料粉碎机粉碎成20-30目的粉料后，用清水洗涤，然后在挤出机中挤出造粒并干燥，即成。
本发明之植物纤维聚氯乙烯塑料复合材料，植物纤维含量高，成本低，物理机械强度高，表面光洁度好，耐水耐化学腐蚀，易降解，应用范围广，是一种绿色环保的代木代塑新产品。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例植物纤维聚氯乙烯塑料复合材料由基料竹粉、聚氯乙烯树脂及助剂硅烷偶联剂、增塑剂DOP、抗氧化剂1010、润滑剂聚乙烯蜡混配制成；基料竹粉含量为80wt%，聚氯乙烯树脂含量为10wt%，聚氯乙烯回收粒料含量为10wt%；助剂硅烷偶联剂用量为竹粉的10wt %，抗氧化剂1010用量为基料总重量的1 wt %，润滑剂的用量为基料总重量的2wt%，增塑剂用量为聚氯乙烯的5 wt %。
制备：（1）将制得的80目竹粉用清水浸泡10小时；接着将竹粉置于爆破罐中，在170℃汽相蒸煮温度、1MPa压力下处理10分钟，然后骤然释压，得到蒸汽爆破植物纤维；再将植物纤维放入质量浓度为1%的NaOH溶液中浸泡4小时，最后用水清洗至中性，放入干燥箱中于80℃下干燥至含水率＜4%，得到所用的植物纤维；（2）将经过步骤（1）预处理的竹粉、聚氯乙烯树脂及其回收粒料与相关助剂硅烷偶联剂、增塑剂DOP、抗氧化剂1010、润滑剂聚乙烯蜡置于高速混合机中混合5分钟，出料备用；（3）将步骤（2）所得各组分混合料送入双螺杆挤出机中，挤出机温度设定为180℃，通过口模挤出成型为所需型材或者用相应口模和切粒机进行挤出造粒，形成粒料，再将所得粒料通过模压或注射成型的方法获得最终制品。
本实施例竹粉聚氯乙烯塑料复合材料拉伸强度按GB/T1040-92测试；悬臂梁缺口冲击强度按GB/T1843-80测试；弯曲强度按GB/T1042-79测试。结果为：拉伸强度为19MPa，断裂伸长率高达146%，抗弯强度达到36MPa，I-zod抗冲击强度达57KJ/m2。
实施例2
本实施例植物纤维聚氯乙烯塑料复合材料由基料木粉、聚氯乙烯树脂及助剂硅烷偶联剂、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯、抗氧化剂1010、润滑剂聚乙烯蜡混配制成；基料木粉含量为70wt%，聚氯乙烯树脂含量为10wt%，聚氯乙烯回收粒料含量为20wt%；助剂硅烷偶联剂用量为木粉的8wt %，抗氧化剂用量为基料总重量的1wt %，润滑剂的用量为基料总重量的1.5wt%，增塑剂用量为聚氯乙烯的5 wt %。
制备：（1）将制得的60目木粉用清水浸泡10小时；接着将纤维置于爆破罐中，在165℃汽相蒸煮温度、1MPa压力下处理10分钟，然后骤然释压，得到蒸汽爆破植物纤维；再将植物纤维放入质量浓度为1.5%的氢氧化钠溶液中浸泡4小时，最后用水清洗至中性，放入干燥箱中于80℃下干燥至含水率＜4%，得到所用的植物纤维；（2）将经过步骤（1）预处理的木粉、聚氯乙烯树脂及其回收粒料与相关助剂硅烷偶联剂、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯、抗氧化剂1010、润滑剂聚乙烯蜡置于高速混合机中混合5分钟，出料备用；（3）将步骤（2）所得混合料送入双螺杆挤出机中，挤出机温度设定为180℃，通过口模挤出成型为所需型材或者用相应口模和切粒机进行挤出造粒，形成粒料，再将所得粒料通过模压或注射成型的方法获得最终制品。
本实施例木粉聚氯乙烯塑料复合材料拉伸强度按GB/T1040-92测试；悬臂梁缺口冲击强度按GB/T1843-80测试；弯曲强度按GB/T1042-79测试。结果为：拉伸强度为36MPa，断裂伸长率高达43%，抗弯强度达到60MPa，I-zod抗冲击强度达29KJ/m2。
实施例3： 
本实施例植物纤维聚氯乙烯塑料复合材料由基料稻壳粉、聚氯乙烯树脂及助剂硅烷偶联剂、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯、抗氧化剂1010、润滑剂聚乙烯蜡混配制成；基料竹粉含量为85wt%，聚氯乙烯树脂含量为10wt%，聚氯乙烯回收粒料含量为5wt%；助剂硅烷偶联剂用量为稻壳粉的10wt %，抗氧化剂用量为基料总重量的1 wt %，润滑剂的用量为基料总重量的2wt%，增塑剂用量为聚氯乙烯的5 wt %。
制备：（1）将制得的100目稻壳粉用清水浸泡10小时；接着将纤维置于爆破罐中，在170℃汽相蒸煮温度、1MPa压力下处理10分钟，然后骤然释压，得到蒸汽爆破植物纤维；再将植物纤维放入质量浓度为2%的氢氧化钠溶液中浸泡4小时，最后用水清洗至中性，放入干燥箱中于80℃下干燥至含水率＜4%，得到所用的植物纤维；（2）将经过步骤（1）预处理的稻壳粉、聚氯乙烯树脂及其回收粒料与相关助剂硅烷偶联剂、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯、抗氧化剂1010、润滑剂聚乙烯蜡置于高速混合机中混合5分钟，出料备用；（3）将步骤（2）所得混合料送入双螺杆挤出机中，挤出机温度设定为180℃，通过口模挤出成型为所需型材或者用相应口模和切粒机进行挤出造粒，形成粒料，再将所得粒料通过模压或注射成型的方法获得最终制品。
本实施例稻壳粉聚氯乙烯塑料复合材料拉伸强度按GB/T1040-92测试；悬臂梁缺口冲击强度按GB/T1843-80测试；弯曲强度按GB/T1042-79测试。结果为：拉伸强度为32MPa，断裂伸长率高达30%，抗弯强度达到49MPa，I-zod抗冲击强度达31KJ/m2。

Claims (2)

1.一种植物纤维聚氯乙烯塑料复合材料，主要由基料植物纤维、聚氯乙烯树脂的混合料混配制成，另含有以下助剂：硅烷偶联剂、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯、抗氧化剂1010和润滑剂聚乙烯蜡，其特征在于，基料中，植物纤维的含量为60-90wt%, 聚氯乙烯树脂的含量为10-40wt%；各助剂含量为：硅烷偶联剂为植物纤维的1-10wt%，增塑剂为聚氯乙烯树脂的4-6 wt%，抗氧化剂1010为植物纤维和聚氯乙烯树脂总重量的0.5-2 wt%，润滑剂聚乙烯蜡为植物纤维和聚氯乙烯树脂总重量的1-5wt%；
所述植物纤维聚氯乙烯塑料复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）植物纤维预处理：将植物纤维粉碎成40-100目的粉末，用清水浸泡8-12小时；接着将浸泡后的植物纤维粉置于爆破罐中，在150℃-180℃汽相蒸煮温度、0.8-1.5MPa压力下处理9-11分钟，然后骤然释压，得到蒸汽爆破处理植物纤维；再将经蒸汽爆破处理的植物纤维放入质量浓度为1%-2%的NaOH溶液中浸泡3-5小时，最后用水清洗至中性，放入干燥箱中于75-85℃下干燥至含水率＜4%；（2）混配：将经过步骤（1）预处理的植物纤维和聚氯乙烯树脂及硅烷偶联剂、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯、抗氧化剂1010和润滑剂聚乙烯蜡置于高速混合机中混合4-10分钟；（3）成型：将步骤（2）所得混合料送入双螺杆挤出机中，挤出机温度设定为165℃-190℃，通过口模挤出成型为所需型材或者用相应口模和切粒机进行挤出造粒，形成粒料，再将所得粒料通过模压或注射成型的方法获得最终制品。
2.根据权利要求1所述的植物纤维聚氯乙烯塑料复合材料，其特征在于，所述植物纤维是木粉、竹粉或稻壳粉。
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