CN102093734A - 一种木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种木塑复合材料：包括不饱和聚酯树脂体系和活化植物纤维粉，基于所述的不饱和聚酯树脂体系和活化植物纤维粉，不饱和聚酯树脂体系的质量分数为10～70％、活化植物纤维粉的质量分数为30～90％；所述不饱和聚酯树脂体系由不饱和聚酯树脂、交联单体、引发剂和促进剂组成；所述活化植物纤维粉由植物纤维粉和表面活性剂组成。本发明还公开了所述木塑复合材料的制备方法。本发明以不饱和聚酯为基材，可在常温、常压下成型，对设备及成型模具要求低，可根据要求加工各类型制品，生产成本易于控制。

Description

一种木塑复合材料及其制备方法

一、技术领域

本发明涉及一种木塑复合材料及其制备方法，尤其涉及一种不饱和聚酯基的木塑复合材料的制备方法。

二、背景技术

木塑复合材料是以农林废弃物(植物纤维)和塑料为主要原料制备的一种性能和外观似木，可替代天然木材的一种绿色环保材料，国内外关于木塑复合材料的研究、生产可见大量论文及专利报道，但其主要以通用热塑性塑料(如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等)为树脂基体，并采用挤出、注射或压制的方法成型。此类木塑复合材料存在以下诸多缺点：

(1)采用熔融加工方法制备，加工温度高，其中的植物纤维易氧化、分解，加工条件苛刻；

(2)热塑性树脂熔融黏度大，植物纤维不易分散，树脂对纤维的滑润性差，因此纤维的添加量及材料性能的提高受到较大限制；

(3)高温、高压下成型，能源消耗大。

三、发明内容

本发明所解决的技术问题即是克服前述传统热塑性聚合物基木塑复合材料的缺点，而提出一种加工工艺性强、成本低、性能优异的新型木塑复合材料及其制备方法。

本发明采用的技术方案为：

一种木塑复合材料，包括不饱和聚酯树脂体系和活化植物纤维粉，基于所述的不饱和聚酯树脂体系和活化植物纤维粉，不饱和聚酯树脂体系的质量分数为10～70％、活化植物纤维粉的质量分数为30～90％；

所述不饱和聚酯树脂体系由不饱和聚酯树脂、交联单体、引发剂和促进剂组成，基于不饱和聚酯树脂体系，交联单体的质量分数为10～50％，引发剂的质量分数为0.01～3％，促进剂的质量分数为0.01～2％，余量为不饱和聚酯树脂；

所述活化植物纤维粉由植物纤维粉和表面活性剂组成，表面活性剂的质量为植物纤维粉质量的0.1～5％；

所述植物纤维粉为50目以下的植物纤维粉末；

所述交联单体为苯乙烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、邻苯二甲酸二烯丙酯、三聚氢酸三烯丙酯、中的一种或两种以上的混合；

所述引发剂为有机过氧化物类引发剂或偶氮化合物类引发剂中的一种或两种以上的混合；

所述促进剂为金属化合物促进剂或叔胺类促进剂中的一种或两种以上的混合；

所述表面活性剂为丙烯酸、顺丁烯二酸酐、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、、乙烯基缩水甘油酯、油胺、油酸、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的一种或两种以上的混合。

进一步，所述不饱和聚酯树脂为由二元羧酸或酸酐与多元醇缩聚而成的主链具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物中的一种或多种的混合物。

进一步，所述植物纤维粉末为木质粉、竹粉、糠粉、秸秆粉或果壳粉中的一种或两种以上的混合。

进一步，所述有机过氧化物类引发剂为过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酮、过氧化二苯甲酰、过氧化环己酮、异丙苯过氧化氢、过氧化苯甲酰、过氧化2，4戊二酮、过氧化二碳酸二-2-苯氧基酯、过氧化二碳酸二(4-叔丁基环己烷)、2，5-二甲基-2，5二(叔丁基过氧基)己烷、叔丁基过氧化-2-乙基己酸酯、过氧化二异丙苯、双(2，4-二氯过氧化苯甲酰、乙基-3，3-二(过氧化叔丁基)丁酸酯、过苯甲酸叔丁酯、1，1-二(叔丁基过氧)环己烷、1，1-二(叔丁基过氧)-3，3，5-三甲基环己烷、O，O-叔丁基-O-异丙基单过氧化碳酸酯或3，3-二(过氧化叔丁基)丁酸乙酯。

进一步，所述偶氮化合物类引发剂为2-叔丁基偶氮-2-氰基丙烷、2-叔丁基偶氮-二氰基丁烷或1-叔丁基偶氮-1-氰基环己烷。

进一步，所述金属化合物促进剂为辛酸盐类促进剂或环烷酸盐类促进剂。

进一步，所述辛酸盐类促进剂为辛酸钴、辛酸锰、辛酸锌、辛酸钾、辛酸钙、辛酸镍、辛酸铅、辛酸钒或辛酸锆。

进一步，所述的环烷酸盐类促进剂为环烷酸钴、环烷酸锰、环烷酸锌、环烷酸镍或环烷酸铅。

进一步，所述叔胺类促进剂为N、N-二甲基苯胺、三乙醇胺、三乙胺、2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚、苄基二甲胺、邻羟苄基二甲胺或二甲胺基二甲烷。

更具体的，所述木塑复合材料由质量分数10～70％的不饱和聚酯树脂体系和质量分数30～90％质量份的活化植物纤维粉组成，所述不饱和聚酯树脂体系由不饱和聚酯树脂、交联单体、引发剂和促进剂组成，基于不饱和聚酯树脂体系，交联单体质量分数为10～50％，引发剂的质量分数为0.01～3％，促进剂的质量分数为0.01～2％，所述活化植物纤维粉由植物纤维粉和表面活性剂组成，表面活性剂的质量为植物纤维粉质量的0.1～5％。

所述的不饱和聚酯树脂优选为191树脂、196树脂或298树脂。

所述植物纤维粉优选为50目以下的木粉或竹粉。

所述交联单体优选为苯乙烯或丙烯酸酯。

所述引发剂优选为过氧化环己酮、过氧化二异丙苯或过氧化苯甲酰。

所述促进剂优选为环烷酸钴或辛酸钴。

所述表面活性剂优选为顺丁烯二酸酐或丙烯酸。

所述木塑复合材料还可以包括抑制剂、活化增强填料、增韧剂、稳定剂、阻燃剂、消泡剂或颜料；

基于所述的木塑复合材料，抑制剂、增韧剂、活化增强填料、稳定剂、阻燃剂、消泡剂或颜料的质量百分分数为：

抑制剂              0～1％

增韧剂：            0～20％

活化增强填料：      0～30％

稳定剂：            0～10％

阻燃剂：            0～40％

消泡剂：            0～1％

颜料：              0～2％；

所述抑制剂为对苯二酚、叔丁基对苯二酚、2，5-二叔丁基对苯二酚、甲基对苯二酚、对苯醌或4-叔丁基邻苯二酚，优选对苯二酚；所述增韧剂为液态丁腈橡胶、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚氨酯橡胶等中的一种或两种以上的混合物，优选液态丁腈橡胶；

所述活化增强填料为用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂进行活化处理过的增强填料，所述增强填料为玻璃纤维、玻璃微珠、二氧化硅粉、滑石粉、碳酸钙、云母粉、粘土或蒙脱土中的一种或两种以上的混合物，优选玻璃纤维、碳酸钙或滑石粉。所述活化处理时，硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂的用量为增强填料质量的0.1～5％。

本发明所述抑制剂、增韧剂、活化增强填料、稳定剂、阻燃剂、消泡剂或颜料的质量分数中的0是指可以不含有相应原料。

更具体的，所述的玻璃纤维为玻璃纤维长纱、玻璃纤维织物、短切玻璃纤维或玻璃纤维粉。

所述的玻璃微珠为尺度小于100目的中空或实心玻璃微球。

所述的滑石粉、碳酸钙、二氧化硅、云母粉、粘土、蒙脱土为尺度小于200目的微粉。

所述的稳定剂为市售的各类光稳定剂、热稳定剂中的一种或几种的混合物。

所述的阻燃剂为市售的各类阻燃剂如卤素阻燃剂、有机硅阻燃剂、磷酸酯阻燃剂、硼系阻燃剂、氮系阻燃剂、三水合氧化铝阻燃剂、氢氧化镁阻燃剂、三氧化钼、二钼酸铵、三氧化锑等中的一种或几种的混合物。

所述的消泡剂为市售的有机硅类消泡剂和聚醚型消泡剂中的一种或几种的混合物。

所述的颜料即为市售的各类聚合物用颜料或其配合物。

本发明所述还含有其他组分的木塑复合材料可按以下方法制备得到：

(1)组方量的表面活性剂与植物纤维粉高速搅拌混合制得活化植物纤维粉；

(2)按组方取不饱和聚酯树脂、交联单体、活化植物纤维粉、促进剂、引发剂和其他所有组分，经常温高速搅拌、捏合均匀后，加入到成型模具中在0～170℃和1～20MPa压力下固化，制得所述木塑复合材料。

所述固化温度优选60～160℃，固化压力优选6～12MPa。

进一步，所述由质量分数10～70％的不饱和聚酯树脂体系和质量分数30～90％质量份的活化植物纤维粉组成的木塑复合材料按以下方法制备得到：

(1)组方量的表面活性剂与植物纤维粉高速搅拌混合制得活化植物纤维粉；

(2)按组方取不饱和聚酯树脂、交联单体、活化植物纤维粉、促进剂、引发剂经高速搅拌、捏合均匀后，加入到成型模具中在0～170℃和1～20MPa压力下固化，制得所述木塑复合材料。

本发明的有益效果在于：

1.本发明以不饱和聚酯树脂为基体，其常温下为黏度较低的液体，有利于植物纤维及其它各类助剂的均匀分散，并有利于树脂基体对各填充组分的充分浸润，利于制备高植物纤维粉填充量、性能优异的复合材料。

2.不饱和聚酯固化体系可选择性强，通过固化体系选择可控制复合材料的固化温度、时间，工艺可设计性强；

3.不饱和聚酯复合材料可在常温、常压下成型，对设备及成型模具要求低，可根据要求加工各类型制品，生产成本易于控制。

四、具体实施方式

下面以具体实施例来对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。

实施例1：

(1)称取250目的杨木粉360g，加入3.6g的顺丁烯二酸酐在高速混合机搅拌5分钟，制得活化木粉备用；(2)称取市售的DC191树脂20g，苯乙烯20g，与0.2g过氧化环己酮、0.04g辛酸钴加入高速搅拌釜中混合均匀；(3)将(2)所得物料迅速放入捏合机中与(1)所得活化木粉充分捏合混炼得到混合均匀的物料；(4)将(3)所得的物料加入到成型模具中在20MPa压力下于室温固化1星期，即得所需的木塑复合材料制品。

实施例2：

(1)称取50目的竹粉120g，加入0.6g的丙烯酸在高速混合机搅拌5分钟，制得活化竹粉备用；(2)称取市售的DC196树脂252g，苯乙烯28g，与0.28g过氧化二异丙苯、0.28g环烷酸钴以及(1)所得的活化竹粉加入捏合机中混炼均匀；(3)将(2)所得的物料加入到成型模具中在170℃、常压下固化10min即得所需的木塑复合材料制品。

实施例3：

(1)称取100目的糠粉200g，加入3g甲基丙烯酸在高速混合机搅拌5分钟，制得活化糠粉备用；(2)称取100目的玻璃纤维粉50g，加入0.25g硅烷偶联剂(KH550)在高速混合机中搅拌5分钟制得活化的玻璃纤维粉备用；(3)称取市售的298树脂90g、丙烯酸酯60g、过氧化苯甲酰1g、辛酸钴0.03g及(1)所得的活化糠粉与(2)所得的活化的玻璃纤维粉加入到捏合机中于常温下捏合均匀；(4)将(3)所得的物料加入到成型模具中于60℃，12MPa压力下固化60min后脱模即得所需的木塑复合材料制品。

实施例4：

(1)称取150目的竹粉200g，加入5g顺丁烯二酸酐在高速混合机搅拌5分钟，制得活化竹粉备用；(2)称取2500目的碳酸钙40g，加入0.2g钛酸酯偶联剂(NDZ201)在高速混合机中搅拌5分钟制得活化的碳酸钙备用；(3)称取市售的196树脂80g、苯乙烯60g、液体丁腈橡胶20g，过氧化二苯甲酰1.2g、环烷酸锰0.02g及(1)所得的活化竹粉与(2)所得的活化碳酸钙加入到捏合机中于常温下捏合均匀；(4)将(3)所得的物料加入到成型模具中于80℃，6MPa压力下固化15min后脱模即得所需的木塑复合材料制品。

实施例5：

(1)称取100目的秸杆粉200g，加入3g顺丁烯二酸酐在高速混合机搅拌5分钟，制得活化的秸杆粉备用；(3)称取市售的191树脂100g、三聚氢酸三烯丙酯20g、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物40g，2-叔丁基偶氮-二氰基丁烷3g、环烷酸锌0.5g、三水合氧化铝40g及(1)得的活化秸杆粉加入到捏合机中于常温下捏合均匀；(4)将(3)所得的物料加入到成型模具中于120℃，8MPa压力下固化10min后脱模即得所需的木塑复合材料制品。

实施例6：

(1)称取60目的杉木粉250g，加入4g丙烯酸在高速混合机搅拌5分钟，制得活化的木粉备用；(3)称取市售的196树脂80g、丙烯酸酯40g、聚氨酯橡胶30g，过氧化甲乙酮0.8g、环烷酸钴0.02g、对苯二酚0.05g及(1)得的活化木粉加入到捏合机中于常温下捏合均匀；(4)将(3)所得的物料加入到成型模具中于85℃，15MPa压力下固化10min后脱模即得所需的木塑复合材料制品。

Claims (10)

1.一种木塑复合材料，其特征在于所述木塑复合材料包括不饱和聚酯树脂体系和活化植物纤维粉，基于所述的不饱和聚酯树脂体系和活化植物纤维粉，不饱和聚酯树脂体系的质量分数为10～70％、活化植物纤维粉的质量分数为30～90％；

所述不饱和聚酯树脂体系由不饱和聚酯树脂、交联单体、引发剂和促进剂组成，基于不饱和聚酯树脂体系，交联单体的质量分数为10～50％，引发剂的质量分数为0.01～3％，促进剂的质量分数为0.01～2％，余量为不饱和聚酯树脂；

所述活化植物纤维粉由植物纤维粉和表面活性剂组成，表面活性剂的质量为植物纤维粉质量的0.1～5％；

所述植物纤维粉为50目以下的植物纤维粉末；

所述交联单体为苯乙烯、邻苯二甲酸二烯丙酯、三聚氢酸三烯丙酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯中的一种或两种以上的混合；

所述引发剂为有机过氧化物类引发剂或偶氮化合物类引发剂中的一种或两种以上的混合；

所述促进剂为金属化合物促进剂或叔胺类促进剂中的一种或两种以上的混合；

所述表面活性剂为丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、顺丁烯二酸酐、乙烯基缩水甘油酯、油胺、油酸、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的一种或两种以上的混合。

2.如权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于所述不饱和聚酯树脂为由二元羧酸或酸酐与多元醇缩聚而成的主链具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物中的一种或多种的混合物。

3.如权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于所述植物纤维粉末为木质粉、竹粉、糠粉、秸秆粉或果壳粉中的一种或两种以上的混合。

4.如权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于所述有机过氧化物类引发剂为过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酮、过氧化二苯甲酰、过氧化环己酮、异丙苯过氧化氢、过氧化苯甲酰、过氧化2，4戊二酮、过氧化二碳酸二-2-苯氧基酯、过氧化二碳酸二(4-叔丁基环己烷)、2，5-二甲基-2，5二(叔丁基过氧基)己烷、叔丁基过氧化-2-乙基己酸酯、过氧化二异丙苯、双(2，4-二氯过氧化苯甲酰、乙基-3，3-二(过氧化叔丁基)丁酸酯、过苯甲酸叔丁酯、1，1-二(叔丁基过氧)环己烷、1，1-二(叔丁基过氧)-3，3，5-三甲基环己烷、O，O-叔丁基-O-异丙基单过氧化碳酸酯或3，3-二(过氧化叔丁基)丁酸乙酯。

5.如权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于所述偶氮化合物类引发剂为2-叔丁基偶氮-2-氰基丙烷、2-叔丁基偶氮-二氰基丁烷或1-叔丁基偶氮-1-氰基环己烷。

6.如权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于所述金属化合物促进剂为辛酸盐类促进剂或环烷酸盐类促进剂；

所述辛酸盐类促进剂为辛酸钴、辛酸锰、辛酸锌、辛酸钾、辛酸钙、辛酸镍、辛酸铅、辛酸钒或辛酸锆；

所述的环烷酸盐类促进剂为环烷酸钴、环烷酸锰、环烷酸锌、环烷酸镍或环烷酸铅；

所述叔胺类促进剂为N、N-二甲基苯胺、三乙醇胺、三乙胺、2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚、苄基二甲胺、邻羟苄基二甲胺或二甲胺基二甲烷。

7.如权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于所述木塑复合材料由质量分数10～70％的不饱和聚酯树脂体系和质量分数30～90％的活化植物纤维粉组成，所述不饱和聚酯树脂体系由不饱和聚酯树脂、交联单体、引发剂和促进剂组成，基于不饱和聚酯树脂体系，交联单体质量分数为10～50％，引发剂的质量分数为0.01～3％，促进剂的质量分数为0.01～2％，所述活化植物纤维粉由植物纤维粉和表面活性剂组成，表面活性剂的质量为植物纤维粉质量的0.1～5％，所述的不饱和聚酯树脂为191树脂、196树脂或298树脂，所述植物纤维粉为50目以下的木粉或竹粉，所述交联单体为苯乙烯或丙烯酸酯，所述引发剂为过氧化环己酮、过氧化二异丙苯或过氧化苯甲酰，所述促进剂为环烷酸钴或辛酸钴，所述表面活性剂为顺丁烯二酸酐或丙烯酸。

8.如权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于所述木塑复合材料还包括抑制剂、活化增强填料、增韧剂、稳定剂、阻燃剂、消泡剂或颜料；

基于所述的木塑复合材料，抑制剂、增韧剂、活化增强填料、稳定剂、阻燃剂、消泡剂或颜料的质量百分分数为：

抑制剂      0～1％

增韧剂：    0～20％

活化增强填料：  0～30％

稳定剂：        0～10％

阻燃剂：        0～40％

消泡剂：        0～1％

颜料：          0～2％；

所述抑制剂为对苯二酚、叔丁基对苯二酚、2，5-二叔丁基对苯二酚、甲基对苯二酚、对苯醌或4-叔丁基邻苯二酚；

所述增韧剂为液态丁腈橡胶、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚氨酯橡胶等中的一种或两种以上的混合物；

所述活化增强填料为用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂进行活化处理过的增强填料，所述增强填料为玻璃纤维、玻璃微珠、二氧化硅粉、滑石粉、碳酸钙、云母粉、粘土或蒙脱土中的一种或两种以上的混合物。

9.如权利要求7所述的木塑复合材料，其特征在于所述木塑复合材料按以下方法制备得到：

(1)组方量的表面活性剂与植物纤维粉高速搅拌混合制得活化植物纤维粉；

(2)按组方取不饱和聚酯树脂、交联单体、活化植物纤维粉、引发剂、促进剂，经高速搅拌、捏合均匀后，加入到成型模具中在0～170℃和1～20MPa压力下固化，制得所述木塑复合材料。

10.如权利要求8所述的木塑复合材料，其特征在于所述木塑复合材料按以下方法制备得到：

(1)组方量的表面活性剂与植物纤维粉高速搅拌混合制得活化植物纤维粉；

(2)按组方取不饱和聚酯树脂、交联单体、活化植物纤维粉、引发剂、促进剂和其他所有组分，经高速搅拌、捏合均匀后，加入到成型模具中在0～170℃和1～20MPa压力下固化，制得所述木塑复合材料。