CN102127257A - 一种制备超高分子量聚乙烯基的木塑复合材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备超高分子量聚乙烯基的木塑复合材料的方法。现有的木塑复合材料成本高，难以广泛应用。本发明首先将高密度聚乙烯、马来酸酐和引发剂过氧化二异丙苯放在转矩流变仪中进行熔融接枝，得到相容剂HDPE-g-MAH，其次将硅烷偶联剂用质量分数为95％的乙醇溶液稀释，然后将木粉浸渍在稀释后的硅烷偶联剂中，搅拌，放置通风处自然风干，再放置烘箱中在80℃下干燥2小时，即得到改性木粉，最后将超高分子量聚乙烯、改性木粉、相容剂放入密炼机中混合，密炼，压片，破碎造粒，制备出木塑复合材料。本发明工艺简单，所用设备为常用塑料加工设备，可以实现工业化应用。

Description

一种制备超高分子量聚乙烯基的木塑复合材料的方法

技术领域

本发明属于高分子材料及木材加工技术领域，涉及一种木塑复合材料，具体涉及一种超高分子量聚乙烯基的木塑复合材料。

背景技术

木塑复合材料(Wood plastic composites，WPC)，兼有木材和塑料的优点，可作为替代实木的新型材料，已应用于汽车工业、建筑行业、室内装饰和运输等行业。木塑复合材料主要有三类：第一类是木质填料和酚醛树脂、脲醛树脂等热固性树脂经热压成型而制得的复合材料，这类材料由于在使用过程中会释放甲醛，使用范围正受到越来越多的限制；第二类是采用乙烯基单体或含有碳碳双键的预聚物浸渍处理实体木材，然后采用高能射线或自由基引发剂引发聚合，形成高性能的木塑复合材料，通常称为塑合木，这类材料性能优异，但成本高，难以广泛应用；第三类则是木质填料/热塑性塑料复合材料，用于制造此类木塑复合材料的热塑性塑料主要有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等聚烯烃和聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)，包括热塑回收料以及二者的混合料，纤维部分最初是以木材为主要原料，近几年也正向其它植物纤维材料拓展，如木屑、稻壳、麦秸等资源丰富的天然植物纤维材料。木塑复合材料产品充分体现了可再生资源的有效利用与石油产品的循环利用，它的兴起对于缓解当前木材与石油资源紧缺，废弃物回收利用困难，环境污染严重等急待解决的问题，具有十分重要的意义和广阔的市场前景。然而亲水性的木纤维与疏水性的塑料相容性差，导致复合材料各项性能降低，限制了其广泛使用。因此改善复合材料的界面相容性一直是研究木塑复合材料的关键问题，目前研究工作主要集中在两个方面：一方面采用偶联剂对木粉表面进行处理改善木粉/塑料之间的界面相容性，以提高材料的力学性能；另一方面就是加入相容剂，以增进憎水性塑料和亲水性木粉界面的相互作用，提高复合材料的力学性能。然而单独采用其中一种方法对木塑复合材料性能的提高是有限的。

发明内容

为解决上述现有技术的不足之处，本发明的首要目的在于提供一种超高分子量聚乙烯(UHMWPE)基的木塑复合材料。本发明利用偶联剂与相容剂同时使用的方法，解决了亲水性的木纤维与疏水性的塑料相容性差的问题，来增加木粉 与塑料的相容性，提高木塑复合材料的力学性能。

本发明首先制备相容剂HDPE-g-MAH，具体是：将40～70份的高密度聚乙烯(HDPE)、0.4～2份的马来酸酐(MAH)和0.12～2份的过氧化二异丙苯(DCP)放在转矩流变仪中进行熔融接枝；

熔融接枝完毕后，得到接枝混合物；将接枝混合物取出、压片、破碎成颗粒状，对接枝混合物提纯，称取2～4g颗粒状的接枝混合物，把接枝混合物放入到装有50～70mL二甲苯溶剂的烧瓶中加热2～4h，使接枝混合物完全溶解，冷却至室温后，再加入250～350mL丙酮，沉淀、过滤、干燥，即得到相容剂HDPE-g-MAH；

所述的转矩流变仪一区的温度设定为150～170℃，二区和三区的温度都设定为160～180℃，转矩流变仪的转数设定为30～50rpm，反应时间设定为5～15min。

其次制备改性木粉，将木粉放入真空烘箱中，在60～80℃下干燥2～4h，使木粉干燥，把干燥后的木粉放入球磨机中磨细，把磨细后的木粉通过震动筛过筛，得到50～150目的木粉，将硅烷偶联剂用质量分数为95％的乙醇溶液稀释，硅烷偶联剂与乙醇溶液的体积比为1∶40～50，然后木粉浸渍在稀释后的硅烷偶联剂中，搅拌5～15min，放置通风处自然风干，再放置烘箱中在60～80℃下干燥2～4h，即得到改性木粉；

最后制备木塑复合材料，将70～100份的高密度聚乙烯(UHMWPE)、30～75份的改性木粉、2～15份的相容剂HDPE-g-MAH放入密炼机中混合，密炼，压片，破碎造粒，即得到本发明的木塑复合材料。

本发明的优点好处：本发明兼有木材和塑料的优点，耐虫蛀、耐老化、耐腐蚀、吸水性小，不会吸水变形，使用寿命长，类似木质的外观，但比木材尺寸稳定性好，不会产生裂缝、翘曲且无木材疤痕，有类似木材的二次加工性，可切割、粘贴、用钉子或螺栓连接固定，比塑料硬度高，具有热塑性塑料的加工性，能重复使用和回收再利用，有利于环境保护。

本发明工艺简单，所用设备为常用塑料加工设备，可以实现工业化应用。

具体实施方式

实施例1：

本发明首先制备相容剂HDPE-g-MAH，具体是：将40份的高密度聚乙烯(HDPE)、0.4份的马来酸酐(MAH)和0.12份的过氧化二异丙苯(DCP)放在转矩流变仪中进行熔融接枝；

熔融接枝完毕后，得到接枝混合物；将接枝混合物取出、压片、破碎成颗 粒状，对接枝混合物提纯，称取2g颗粒状的接枝混合物，把接枝混合物放入到装有50mL二甲苯溶剂的烧瓶中加热2h，使接枝混合物完全溶解，冷却至室温后，再加入250mL丙酮，沉淀、过滤、干燥，即得到相容剂HDPE-g-MAH；

所述的转矩流变仪一区的温度设定为150℃，二区和三区的温度都设定为160℃，转矩流变仪的转数设定为30rpm，反应时间设定为5min。

其次制备改性木粉，将木粉放入真空烘箱中，在60℃下干燥2h，使木粉干燥，把干燥后的木粉放入球磨机中磨细，把磨细后的木粉通过震动筛过筛，得到50目的木粉，将硅烷偶联剂用质量分数为95％的乙醇溶液稀释，硅烷偶联剂与乙醇溶液的体积比为1∶40，然后木粉浸渍在稀释后的硅烷偶联剂中，搅拌5min，放置通风处自然风干，再放置烘箱中在60℃下干燥2h，即得到改性木粉；

最后制备木塑复合材料，将70份的高密度聚乙烯(UHMWPE)、30份的改性木粉、2份的相容剂HDPE-g-MAH放入密炼机中混合，密炼，压片，破碎造粒，即得到本发明的木塑复合材料。

实施例2：

本发明首先制备相容剂HDPE-g-MAH，具体是：将70份的高密度聚乙烯(HDPE)、2份的马来酸酐(MAH)和2份的过氧化二异丙苯(DCP)放在转矩流变仪中进行熔融接枝；

熔融接枝完毕后，得到接枝混合物；将接枝混合物取出、压片、破碎成颗粒状，对接枝混合物提纯，称取2g颗粒状的接枝混合物，把接枝混合物放入到装有70mL二甲苯溶剂的烧瓶中加热4h，使接枝混合物完全溶解，冷却至室温后，再加入350mL丙酮，沉淀、过滤、干燥，即得到相容剂HDPE-g-MAH；

所述的转矩流变仪一区的温度设定为170℃，二区和三区的温度都设定为180℃，转矩流变仪的转数设定为50rpm，反应时间设定为15min。

其次制备改性木粉，将木粉放入真空烘箱中，在80℃下干燥4h，使木粉干燥，把干燥后的木粉放入球磨机中磨细，把磨细后的木粉通过震动筛过筛，得到150目的木粉，将硅烷偶联剂用质量分数为95％的乙醇溶液稀释，硅烷偶联剂与乙醇溶液的体积比为1∶50，然后木粉浸渍在稀释后的硅烷偶联剂中，搅拌15min，放置通风处自然风干，再放置烘箱中在80℃下干燥4h，即得到改性木粉；

最后制备木塑复合材料，将100份的高密度聚乙烯(UHMWPE)、75份的改性木粉、15份的相容剂HDPE-g-MAH放入密炼机中混合，密炼，压片，破碎造粒，即得到本发明的木塑复合材料。

实施例3：

本发明首先制备相容剂HDPE-g-MAH，具体是：将55份的高密度聚乙烯 (HDPE)、1份的马来酸酐(MAH)和1份的过氧化二异丙苯(DCP)放在转矩流变仪中进行熔融接枝；

熔融接枝完毕后，得到接枝混合物；将接枝混合物取出、压片、破碎成颗粒状，对接枝混合物提纯，称取3g颗粒状的接枝混合物，把接枝混合物放入到装有60mL二甲苯溶剂的烧瓶中加热3h，使接枝混合物完全溶解，冷却至室温后，再加入300mL丙酮，沉淀、过滤、干燥，即得到相容剂HDPE-g-MAH；

所述的转矩流变仪一区的温度设定为160℃，二区和三区的温度都设定为170℃，转矩流变仪的转数设定为40rpm，反应时间设定为10min。

其次制备改性木粉，将木粉放入真空烘箱中，在70℃下干燥3h，使木粉干燥，把干燥后的木粉放入球磨机中磨细，把磨细后的木粉通过震动筛过筛，得到100目的木粉，将硅烷偶联剂用质量分数为95％的乙醇溶液稀释，硅烷偶联剂与乙醇溶液的体积比为1∶45，然后木粉浸渍在稀释后的硅烷偶联剂中，搅拌10min，放置通风处自然风干，再放置烘箱中在70℃下干燥3h，即得到改性木粉；

最后制备木塑复合材料，将90份的高密度聚乙烯(UHMWPE)、55份的改性木粉、10份的相容剂HDPE-g-MAH放入密炼机中混合，密炼，压片，破碎造粒，即得到本发明的木塑复合材料。

实施例4：

本发明首先制备相容剂HDPE-g-MAH，具体是：将50份的高密度聚乙烯(HDPE)、0.7份的马来酸酐(MAH)和0.15份的过氧化二异丙苯(DCP)放在转矩流变仪中进行熔融接枝；

熔融接枝完毕后，得到接枝混合物；将接枝混合物取出、压片、破碎成颗粒状，对接枝混合物提纯，称取2.5g颗粒状的接枝混合物，把接枝混合物放入到装有55mL二甲苯溶剂的烧瓶中加热3h，使接枝混合物完全溶解，冷却至室温后，再加入300mL丙酮，沉淀、过滤、干燥，即得到相容剂HDPE-g-MAH；

所述的转矩流变仪一区的温度设定为150℃，二区和三区的温度都设定为160℃，转矩流变仪的转数设定为30rpm，反应时间设定为10min。

其次制备改性木粉，将木粉放入真空烘箱中，在70℃下干燥2h，使木粉干燥，把干燥后的木粉放入球磨机中磨细，把磨细后的木粉通过震动筛过筛，得到150目的木粉，将硅烷偶联剂用质量分数为95％的乙醇溶液稀释，硅烷偶联剂与乙醇溶液的体积比为1∶45，然后木粉浸渍在稀释后的硅烷偶联剂中，搅拌8min，放置通风处自然风干，再放置烘箱中在70℃下干燥2.5h，即得到改性木粉；

最后制备木塑复合材料，将80份的高密度聚乙烯(UHMWPE)、50份的改性木粉、7份的相容剂HDPE-g-MAH放入密炼机中混合，密炼，压片，破碎造粒， 即得到本发明的木塑复合材料。

实施例5：

本发明首先制备相容剂HDPE-g-MAH，具体是：将60份的高密度聚乙烯(HDPE)、1.5份的马来酸酐(MAH)和0.15份的过氧化二异丙苯(DCP)放在转矩流变仪中进行熔融接枝；

熔融接枝完毕后，得到接枝混合物；将接枝混合物取出、压片、破碎成颗粒状，对接枝混合物提纯，称取3.5g颗粒状的接枝混合物，把接枝混合物放入到装有60mL二甲苯溶剂的烧瓶中加热3h，使接枝混合物完全溶解，冷却至室温后，再加入310mL丙酮，沉淀、过滤、干燥，即得到相容剂HDPE-g-MAH；

所述的转矩流变仪一区的温度设定为170℃，二区和三区的温度都设定为180℃，转矩流变仪的转数设定为45rpm，反应时间设定为12min。

其次制备改性木粉，将木粉放入真空烘箱中，在70℃下干燥3.5h，使木粉干燥，把干燥后的木粉放入球磨机中磨细，把磨细后的木粉通过震动筛过筛，得到100目的木粉，将硅烷偶联剂用质量分数为95％的乙醇溶液稀释，硅烷偶联剂与乙醇溶液的体积比为1∶45，然后木粉浸渍在稀释后的硅烷偶联剂中，搅拌12min，放置通风处自然风干，再放置烘箱中在70℃下干燥3h，即得到改性木粉；

最后制备木塑复合材料，将90份的高密度聚乙烯(UHMWPE)、65份的改性木粉、12份的相容剂HDPE-g-MAH放入密炼机中混合，密炼，压片，破碎造粒，即得到本发明的木塑复合材料。

Claims (1)

1.一种制备超高分子量聚乙烯基的木塑复合材料的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

首先制备相容剂HDPE-g-MAH，具体是：将40～70份的高密度聚乙烯、0.4～2份的马来酸酐和0.12～2份的过氧化二异丙苯放在转矩流变仪中进行熔融接枝；

熔融接枝完毕后，得到接枝混合物；将接枝混合物取出、压片、破碎成颗粒状，对接枝混合物提纯，称取2～4g颗粒状的接枝混合物，把接枝混合物放入到装有50～70mL二甲苯溶剂的烧瓶中加热2～4h，使接枝混合物完全溶解，冷却至室温后，再加入250～350mL丙酮，沉淀、过滤、干燥，即得到相容剂HDPE-g-MAH；

所述的转矩流变仪一区的温度设定为150～170℃，二区和三区的温度都设定为160～180℃，转矩流变仪的转数设定为30～50rpm，反应时间设定为5～15min；

其次制备改性木粉，具体是：将木粉放入真空烘箱中，在60～80℃下干燥2～4h，使木粉干燥，把干燥后的木粉放入球磨机中磨细，把磨细后的木粉通过震动筛过筛，得到50～150目的木粉，将硅烷偶联剂用质量分数为95％的乙醇溶液稀释，硅烷偶联剂与乙醇溶液的体积比为1∶40～50，然后木粉浸渍在稀释后的硅烷偶联剂中，搅拌5～15min，放置通风处自然风干，再放置烘箱中在60～80℃下干燥2～4h，即得到改性木粉；

最后制备木塑复合材料，具体是：将70～100份的高密度聚乙烯、30～75份的改性木粉、2～15份的相容剂HDPE-g-MAH放入密炼机中混合，密炼，压片，破碎造粒，即得到木塑复合材料。