CN101974239B - 一种木塑复合材料及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
一种木塑复合材料及其制备工艺，该木塑复合材料由基料木粉、高密度聚乙烯树脂及添加剂铝钛复合偶联剂、抗氧化剂1010和润滑剂硬脂酸锌混配制成；所述木粉在基料中的含量为50-90wt%, 高密度聚乙烯树脂在基料中的含量为10-50wt%，铝钛复合偶联剂用量为木粉含量的1-6 wt %，抗氧化剂1010的用量为基料木粉和高密度聚乙烯树脂总重量的0.2-2 wt %，润滑剂硬脂酸锌的用量为基料木粉和高密度聚乙烯树脂总重量的1-5%。本发明之木塑复合材料木粉含量高，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。
Description
技术领域
本发明涉及一种木塑复合材料及其制备工艺，尤其是涉及一种以天然木粉与热塑性塑料为基料，并添加相关改性助剂制成的木塑复合材料及其制备工艺。
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搭建，装饰板、地板、通道、台架及铸造模型机器罩、水泵壳、电器结构件等制造。
另一方面，由于木塑复合材料中木纤维与树脂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的限制，目前工业化生产的木塑复合材料中，植物纤维的含量大多为10-25%，植物纤维的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，又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，综合性能优良的新型木塑复合材料及其制备工艺。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明之新型木塑复合材料，其主要由基料木粉、高密度聚乙烯树脂及添加剂铝钛复合偶联剂、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）和润滑剂硬脂酸锌混配制成；所述木粉在基料中的含量为50-90wt%, 高密度聚乙烯树脂在基料中的含量为10-50wt%，铝钛复合偶联剂用量为木粉含量的1-6 wt %（优选3 wt %），抗氧化剂1010的用量为基料木粉和高密度聚乙烯树脂总重量的0.2-2 wt %（优选1 wt %），润滑剂硬脂酸锌的用量为基料木粉和高密度聚乙烯树脂总重量的1-5%（优选3%）。
本发明之木塑复合材料的制备工艺，包括以下步骤：（1）木粉预处理：将木材采伐剩余物和/或造材加工剩余物粉碎成40-120目的粉末，制得木粉，将木粉置于质量浓度为1%-8%的氢氧化钠溶液中浸泡1-8h，干燥后将其置于用铝钛复合偶联剂配成的质量浓度为7%-9%的乙醇溶液中浸泡1-5h，再将木粉从所述铝钛复合偶联剂乙醇溶液中取出后于70-80℃条件下烘干至含水率<5%，备用；（2）将经步骤（1）预处理的木粉与添加剂抗氧化剂1010和润滑剂硬脂酸锌置于高速混合机中混合4-6分钟；（3）挤出成型：设定螺杆挤出机温度为165-180℃；将高密度聚乙烯树脂置于螺杆挤出机中塑化熔融为粘性液体，然后将步骤（2）所得木粉与添加剂抗氧化剂1010和润滑剂硬脂酸锌的混合物加入已成为粘性液体的高密度聚乙烯树脂塑化熔融物中，在螺杆作用下，木粉在塑化熔融物中均匀分散、取向，得到表观均一，分散程度较高的木粉高密度聚乙烯树脂并含有相关助剂的复合材料体系，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，形成木塑复合材料粒料，再将所得到的粒料通过模压或注射成型的方法制成最终制品。
木粉的主要成分为纤维素，其次，还含有半纤维素、木质素、果胶质、树胶质和非纤维素多醣等非纤维素，除纤维素之外，其它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力学性能的改善作用不大，然而它们需要更多的偶联剂来处理，徒然增加复合材料成本，故用质量浓度为1%-8wt%的氢氧化钠溶液对木粉进行预处理，以除掉大部分非纤维素杂质。
由于木粉呈强极性而高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木粉相结合的极性基团，另一方面具有与高密度聚乙烯分子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，从而可以提高复合材料中木粉的含量。
本发明之木塑复合材料，木纤维含量高，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，应用范围广，是一种绿色环保代木代塑新产品。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述：
本木塑复合材料实施例组分及配比为：基料由木粉70wt%和高密度聚乙烯树脂30wt%构成；添加剂铝钛复合偶联剂用量为木粉的2wt%，抗氧化剂1010的用量为基料总重量的1 wt %，润滑剂硬脂酸锌的用量为基料总重量的2wt%。
制备：（1）将木材采伐剩余物和/或造材加工剩余物粉碎成80-100目的粉末，制得木粉，将木粉用质量浓度8wt%的氢氧化钠溶液浸泡8h，干燥后将其置于用铝钛偶联剂配成的质量浓度为7.7%的乙醇溶液中浸泡5h，再将木粉从所述铝钛复合偶联剂乙醇溶液中取出后于80℃下烘干至含水率4.8%，备用；（2）将经过步骤（1）预处理的木粉和抗氧化剂1010、润滑剂硬脂酸锌置于高速混合机中混合5min，出料备用；（3）挤出机温度设定为175℃；先将将高密度聚乙烯树脂置于螺杆挤出机中，在螺杆的作用下被塑化熔融，再将步骤（2）所得木粉与抗氧化剂1010、润滑剂硬脂酸锌的混合料加入，当高密度聚乙烯树脂熔体遇到木粉时，熔体已成为粘性液体，这样，木粉就更容易在树脂熔体中分散、取向，进而得到表观均一，分散程度较高的木粉、高密度聚乙烯树脂并含有相关助剂的复合体系，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，形成木塑复合材料粒料，再将所得到的粒料通过模压或注射成型的方法制成最终制品。
对得到的木塑复合材料进行力学性能测试：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。测试结果为：拉伸强度37MPa，断裂伸长率高达51%，抗弯强度达到59MPa，I-zod抗冲击强度达18KJ/m2。
Claims (2)
1. 一种木塑复合材料，其特征在于，由基料木粉和高密度聚乙烯树脂及添加剂铝钛复合偶联剂、抗氧剂1010和润滑剂硬脂酸锌混配制成；所述木粉在基料中的含量为50-90wt%, 高密度聚乙烯树脂在基料中的含量为10-50wt%，铝钛复合偶联剂用量为木粉含量的1-6 wt %，抗氧化剂1010的用量为基料木粉和高密度聚乙烯树脂总重量的0.2-2 wt %，润滑剂硬脂酸锌的用量为基料木粉和高密度聚乙烯树脂总重量的1-5%；
所述木塑复合材料的制备工艺，包括以下步骤：（1）木粉预处理：将木材采伐剩余物和/或造材加工剩余物粉碎成40-120目的粉末，制得木粉，将木粉置于质量浓度为1%-8%的氢氧化钠溶液中浸泡1-8h，干燥后将其置于用铝钛复合偶联剂配成的质量浓度为7%-9%的乙醇溶液中浸泡1-5h，再将木粉从所述铝钛复合偶联剂乙醇溶液中取出后于70-80℃条件下烘干至含水率<5%，备用；（2）将经步骤（1）预处理的木粉与添加剂抗氧化剂1010和润滑剂硬脂酸锌置于高速混合机中混合4-6分钟；（3）挤出成型：设定螺杆挤出机温度为165-180℃；将高密度聚乙烯树脂置于螺杆挤出机中塑化熔融为粘性液体，然后将步骤（2）所得木粉与添加剂抗氧化剂1010和润滑剂硬脂酸锌的混合物加入已成为粘性液体的高密度聚乙烯树脂塑化熔融物中，在螺杆作用下，木粉在塑化熔融物中均匀分散、取向，得到表观均一，分散程度较高的木粉高密度聚乙烯树脂并含有相关助剂的复合材料体系，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，形成木塑复合材料粒料，再将所得到的粒料通过模压或注射成型的方法制成最终制品。
2.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于，铝钛复合偶联剂用量为木粉含量的3 wt %，抗氧化剂1010的用量为基料木粉和高密度聚乙烯树脂总重量的1 wt %，润滑剂硬脂酸锌的用量为基料木粉和高密度聚乙烯树脂总重量的3%。
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