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一种竹塑复合发泡材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种竹塑复合发泡材料及其制备方法，该竹塑复合发泡材料由基料竹纤维和低密度聚乙烯树脂及适量添加剂马来酸酐接枝聚烯烃、发泡剂偶氮二甲酰胺、发泡助剂氧化锌、抗氧化剂1010和润滑剂液体石蜡混配制成；所述竹纤维在基料中的含量为50-80wt%,低密度聚乙烯树脂在基料中的含量为20-50wt%。本发明之竹塑复合材料成本低，物理机械强度高，表面光洁度好，耐水耐化学腐蚀，易降解，应用范围广，是一种绿色环保的代木代塑新产品。

Description

一种竹塑复合发泡材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种竹塑复合材料及其制备方法，尤其是涉及一种以竹纤维和低密度聚乙烯塑料为基料，并添加发泡剂等相关改性助剂而制成的易降解的竹塑复合发泡材料及其制备方法。
背景技术
      塑料的来源主要为天然石油，而这些能源的贮藏量是有一定限度的，而且塑料在天然条件下很难快速降解，从而给环境和资源造成了很大的压力。
木塑复合材料使用方便，可锯、可刨、可钉，既保留了木材在加工性能方面的优势，又克服了木材怕虫蛀的缺点，近些年来得到了快速发展。
但由于植物纤维在加工过程中被压缩，导致制品密度大于普通木材，纤维的加入降低了塑料的韧性，而亲水性纤维与疏水性塑料之间的低粘结力又导致复合材料的抗冲击强度和抗弯曲强度等力学性能逊于纯塑料。加之添加剂成本昂贵，使得这种复合材料的市场价格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解决现有技术存在的上述缺陷，提供一种价格低廉，综合性能优良的新型竹塑复合发泡材料及其制备方法。
      本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明之竹塑复合发泡材料由基料竹纤维和低密度聚乙烯树脂（可用回收低密度聚乙烯塑料粒料或低密度聚乙烯树脂与回收低密度聚乙烯塑料粒料的混合料代替）及添加剂马来酸酐接枝聚烯烃、发泡剂偶氮二甲酰胺、发泡助剂氧化锌、抗氧化剂1010（即四[甲基-β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯）和润滑剂液体石蜡混配制成；所述竹纤维在基料中的含量为50-80wt%, 低密度聚乙烯树脂或回收低密度聚乙烯塑料粒料在基料中的含量为20-50wt%，发泡剂偶氮二甲酰胺的含量为基料竹纤维和低密度聚乙烯树脂总重量的5-15wt%，发泡助剂氧化锌为发泡剂偶氮二甲酰胺重量的29-31%，马来酸酐接枝聚烯烃用量为竹纤维含量的1-6 wt %，抗氧化剂1010为基料竹纤维和低密度聚乙烯树脂总重量的0.5-2%，润滑剂液体石蜡为基料竹纤维和低密度聚乙烯树脂总重量的1-4%。
所述回收低密度聚乙烯塑料粒料的制备方法是：将回收的低密度聚乙烯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，即得到所需回收低密度聚乙烯塑料粒料。
本发明之竹塑复合发泡材料的制备方法包括以下步骤：（1）竹粉预处理：将竹材加工剩余物用粉碎机粉碎成40-120目的粉末，制得竹粉，再将竹粉用质量浓度为2%-10%的氢氧化钠溶液浸泡4-8小时，然后用清水洗涤至中性，取出后于70-80℃烘干至含水率<4%；（2）将经步骤（1）预处理的竹纤维与所述添加剂马来酸酐接枝聚烯烃、抗氧化剂1010和润滑剂液体石蜡置于高速混合机中混合8-12分钟；（3）将发泡剂偶氮二甲酰胺、发泡助剂氧化锌与低密度聚乙烯树脂（或回收低密度聚乙烯塑料粒料）混合4-6分钟；（4）设定螺杆挤出机温度150-185℃；将步骤（3）所得发泡剂偶氮二甲酰胺、发泡助剂氧化锌与低密度聚乙烯树脂（或回收低密度聚乙烯塑料粒料）混合物置于螺杆挤出机中塑化熔融为粘性液体，然后将步骤（2）所得竹纤维与所述相关添加剂的混合物加入已成为粘性液体的塑化熔融物中，在螺杆作用下，竹纤维粉末在塑化熔融物中均匀分散、取向，得到表观均一分散度高的竹纤维、低密度聚乙烯树脂并含有相关添加剂的复合体系；发泡剂在挤出过程中分解，到达口模时压力骤降而在复合材料中形成泡孔，再通过口模直接挤出成型所需型材，或者通过相应的口模和切粒机挤出造粒，形成竹塑复合发泡材料母料，再将所得到的母料通过模压或注射成型的方法制成最终制品。
竹纤维的主要成分为纤维素、半纤维素、果胶质和一些非纤维素糖，除了纤维素之外的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的影响不大，但是它们需要更多的偶联剂来处理，使得成本过高，而效果并不明显，故用2%-10wt%的氢氧化钠溶液对竹纤维进预处理，以除掉其中大部分非纤维素杂质。
由于竹纤维呈强极性而低密度聚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，当加入偶联剂以后，由于偶联剂一方面含有与竹纤维相结合的极性基团，另一方面具有与低密度聚乙烯树脂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，并为增加复合材料中竹纤维含量提供了条件。
本发明之竹塑复合发泡材料，纤维含量高，制造成本低，物理机械强度高，表面光洁度好，耐水耐化学腐蚀，易降解，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阐述： 
本实施例竹塑复合发泡材料配方：基料中，竹纤维含量为70wt%,低密度聚乙烯树脂含量为15wt%，低密度聚乙烯回收塑料粒料的含量为15wt%；添加剂偶联剂马来酸酐接枝聚乙烯，用量为竹纤维的10wt %，发泡剂偶氮二甲酰胺用量为基料总重量的10wt%，发泡助剂氧化锌为偶氮二甲酰胺的30%，抗氧化剂1010的用量为基料总重量的1.5 wt %，润滑剂液体石蜡的用量为基料总重量的2.5wt%。
制备：（1）将竹纤维用质量浓度8wt%的氢氧化钠溶液浸泡10小时，然后用清水洗涤至中性，淘出后于75℃烘干至含水率3.9%；（2）将经步骤（1）预处理的竹纤维与偶联剂马来酸酐接枝聚乙烯、抗氧化剂1010、润滑剂液体石蜡置于高速混合机中混合10分钟；（3）将发泡剂偶氮二甲酰胺、发泡助剂氧化锌与低密度聚乙烯树脂和回收低密度聚乙烯塑料粒料置于高速混合机中混合5分钟；（4）设定螺杆挤出机温度175℃；将步骤（3）所得发泡剂偶氮二甲酰胺、发泡助剂氧化锌与低密度聚乙烯树脂和回收低密度聚乙烯塑料粒料混合物置于螺杆挤出机中塑化熔融为粘性液体，然后将步骤（2）所得竹纤维与所述相关添加剂的混合物加入已成为粘性液体的塑化熔融物中，在螺杆作用下，竹纤维粉末在塑化熔融物中均匀分散、取向，得到表观均一分散度高的竹纤维、低密度聚乙烯树脂并含有相关添加剂的复合体系；发泡剂在挤出过程中分解，到达口模时压力骤降而在复合材料中形成泡孔，再通过口模直接挤出成型所需型材，或者通过相应的口模和切粒机挤出造粒，形成竹塑复合发泡材料母料，再将所得到的母料通过模压或注射成型的方法制成最终制品。
本实施例竹塑复合发泡材料性能测试方法为：拉伸强度按GB/T1040-92规定方法测试；悬臂梁缺口冲击强度按GB/T1843-80规定方法测试；弯曲强度按GB/T1042-79规定方法测试；密度测试：将本实施例竹塑复合发泡材料制成80mm×15mm×4mm大小的试样，每组取5个重复试样，用电子天平测出质量，精确到0.001g，得到质量m（单位：g）；在试样每个特征方向上均匀分布的三个点上，测量试样尺寸，精确到0.01mm，取三个点所得尺寸的算术平均值为此方向的尺寸，从而得出体积V（单位：cm3）。利用密度公式：ρ=m/V，得出材料密度（单位：g/ cm3；目前木塑复合材料密度测定方法还没有标准，所得密度仅供参考）。
测试结果为：拉伸强度23MPa，断裂伸长率高达39%，抗弯强度达到38MPa，I-zod抗冲击强度达34KJ/m2，密度为0.85g/cm3。

Claims (4)

1. 一种竹塑复合发泡材料，其特征在于，由基料竹纤维和低密度聚乙烯树脂及添加剂马来酸酐接枝聚烯烃、发泡剂偶氮二甲酰胺、发泡助剂氧化锌、抗氧化剂1010和润滑剂液体石蜡混配制成；所述竹纤维在基料中的含量为50-80wt%, 低密度聚乙烯树脂在基料中的含量为20-50wt%，发泡剂偶氮二甲酰胺的含量为基料竹纤维和低密度聚乙烯树脂总重量的5-15wt%，发泡助剂氧化锌为发泡剂偶氮二甲酰胺重量的29-31%，马来酸酐接枝聚烯烃用量为竹纤维含量的1-6 wt %，抗氧化剂1010为基料竹纤维和低密度聚乙烯树脂总重量的0.5-2%，润滑剂液体石蜡为基料竹纤维和低密度聚乙烯树脂总重量的1-4%。
2.根据权利要求1所述的竹塑复合发泡材料，其特征在于：所述低密度聚乙烯树脂用回收低密度聚乙烯塑料粒料或低密度聚乙烯树脂与回收低密度聚乙烯塑料粒料的混合料代替。
3.根据权利要求2所述的竹塑复合发泡材料，其特征在于：所述回收低密度聚乙烯塑料粒料采用以下方法制成：将回收低密度聚乙烯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。
4.一种如权利要求1所述竹塑复合发泡材料的制备方法，包括以下步骤：（1）竹粉预处理：将竹材加工剩余物用粉碎机粉碎成40-120目的粉末，制得竹粉，再将竹粉用质量浓度为2%-10%的氢氧化钠溶液浸泡4-8小时，然后用清水洗涤至中性，取出后于70-80℃烘干至含水率<4%；（2）将经步骤（1）预处理的竹纤维与所述添加剂马来酸酐接枝聚烯烃、抗氧化剂1010和润滑剂液体石蜡置于高速混合机中混合8-12分钟；（3）将发泡剂偶氮二甲酰胺、发泡助剂氧化锌与低密度聚乙烯树脂混合4-6分钟；（4）设定螺杆挤出机温度165-180℃；将步骤（3）所得发泡剂偶氮二甲酰胺、发泡助剂氧化锌与低密度聚乙烯树脂混合物置于螺杆挤出机中塑化熔融为粘性液体，然后将步骤（2）所得竹纤维与所述相关添加剂的混合物加入已成为粘性液体的塑化熔融物中，在螺杆作用下，竹纤维粉末在塑化熔融物中均匀分散、取向，得到表观均一分散度高的竹纤维、低密度聚乙烯树脂并含有相关添加剂的复合体系；发泡剂在挤出过程中分解，到达口模时压力骤降而在复合材料中形成泡孔，再通过口模直接挤出成型所需型材，或者通过相应的口模和切粒机挤出造粒，形成竹塑复合发泡材料母料，再将所得到的母料通过模压或注射成型的方法制成最终制品。
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Patentee after: Dongguan Mingfeng Packaging Manufacturer Co., Ltd.

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