CN102643557A - 新型木粉、稻壳粉混合型热塑性木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型木粉、稻壳粉混合型热塑性木塑复合材料及其制备方法，该复合材料采用木粉、稻壳粉和HDPE树脂配以一定比例的表面处理剂、加工助剂，利用高分子界面化学原理和塑料填充改性的特点，于高速混合机中混合后经挤出机造粒而成。本发明加工的型材以廉价储量丰富的稻壳粉为主要原料，且有类似木质的外观，但比木材尺寸稳定性好，无裂纹、翘曲、节疤，硬度比塑料高，物理力学性能好，可使用通用的木工加工方法来进行二次加工，防水、防腐、防虫蛀、耐老化，可重复回收利用，对环境友好。

Description

新型木粉、稻壳粉混合型热塑性木塑复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料领域的木塑复合材料及其制备方法，更具体地说涉及一种新型木粉、稻壳粉混合型热塑性木塑复合材料及其制备方法。

背景技术

木塑复合材料(业内通称为WPC)，又称“塑木”、“生态木”或“环保木”，是以木屑等初级生物质材料为主原料，利用高分子界面化学原理和塑料填充改性的特点，配混一定比例的塑料基料，经特殊工艺处理后加工成型的一种可逆性循环利用的基础性材料。其中木质材料包括木屑、刨花、竹屑、麦秸谷糠、椰壳、甘蔗渣、花生壳、大麻等。塑料通常使用PE、PP、PVC、PS和ABS等，回收塑料被广泛使用在木塑复合材料中。

美国、日本等许多发达国家都对木塑复合材料在理论、生产和应用方面进行了大量的深入研究，有许多家公司生产了高质量的木塑复合材料，如日本以EINWOOD株式会社为代表的木塑研究机构，经过十多年的努力，开发出高品质的木塑材料。木塑材料产业化推广源于上世纪80年代的美国，最初是作为改性塑料应用的。随着技术水平的提高，木塑材料逐渐具备了塑料、木材、金属等单质材料的优点，成为自成体系的新型材料。

我国是水稻生产大国，水稻年产量位居世界前列，水稻生产的剩余物稻壳粉年产量为3000多万吨。使用稻壳粉作为木塑复合材料的原料，不仅资源丰富，而且成份稳定。稻壳是纤维性材料，其纤维短小，平均长度只有0.3mm，远低于木材的纤维长度。并且稻壳的外表面覆盖有光滑的、角质化的二氧化硅膜，形成了一种非极性的表层结构。此种结构在生产木塑复合材料挤出过程中能起到一定的润滑作用，并且挤出的产品比木粉挤出的产品更密实，结构更紧密。另外，我国现有木塑材料中基本上都使用木粉。一来我国木材资源并不丰富，且生长周期长，供需矛盾突出。而且使用木粉需消耗大量的木材，对资源环境也有一定的破坏，不是很符合国家提倡的绿色环保理念。

中国专利申请CN1513918A、CN1470568A、CN1740234A、CN1445285A、CN1464049A、CN1648158A、CN1482166A、CN1603088A、CN1470540A所公开的木塑复合材料均是木粉、塑料和/或接枝共聚物和/或苯乙烯、丙烯酸单体和/或热塑性树脂发泡物质制备的。这些木塑复合材料主要依赖于木粉为主要原料，并未解决使用木粉需消耗大量木材的问题，且加入的塑料等塑性成分导致复合材料加工性能和力学性能欠佳。

本发明的发明人充分考虑到稻壳粉的优势，通过深入试验研究开发出木粉、稻壳粉共混加工木塑复合材料及制备工艺，从而完成了本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型木粉、稻壳粉混合型热塑性木塑复合材料，旨在扩大原材料来源，综合利用农作物——稻壳粉，提高农民收入。

本发明的目的在于提供一种新型木粉、稻壳粉混合型热塑性木塑复合材料的制备方法，提高木塑复合材料的加工性能和力学性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种新型木粉、稻壳粉混合型热塑性木塑复合材料，其组分及各组分重量百分比为：木粉25-35％、稻壳粉25-35％、塑料20-35％、填充剂3-7％、表面处理剂4-8％、加工助剂0.4-1％。

在一个优选的实施方案中，所述新型木粉、稻壳粉混合型热塑性木塑复合材料，其组分及各组分重量百分比为：木粉25-35％、稻壳粉25-35％、塑料20-35％、滑石粉3-7％、接枝相容剂2-5％、复合润滑剂2-3％、抗氧剂0.2-0.5％、紫外线吸收剂0.2-0.5％。

其中，所述木粉的粒度至少为80目。

其中，所述稻壳粉为稻壳粉碎至粒度80目及以上的稻壳粉，含水率≤10％时就可以使用。

其中，所述塑料为热塑性高密度聚乙烯，可以是回收废旧的热塑性高密度聚乙烯(HDPE)。

其中，所述接枝相容剂选自聚烯烃(PE、PP)接枝马来酸酐、乙烯-乙酸乙烯共聚树脂接枝马来酸酐或聚烯烃弹性体POE接枝马来酸酐所得到的接枝共聚物中的一种或两种以上混合的相容剂。

其中，所述复合润滑剂选自木塑专用润滑处理剂。

其中，所述紫外线吸收剂选自通用名称为BP12、326中的一种或两种混合的紫外线吸收剂。

其中，所述抗氧剂选自通用名称为1010、1076、168或DLTP中的一种或两种以上混合的抗氧剂。

一种新型木粉、稻壳粉混合型热塑性木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)混合：将木粉、稻壳粉投入高速混合机中，高速搅拌升温至80-90℃时加入表面处理剂进行高速混合，升温至105-115℃时加入高密度聚乙烯、加工助剂和填充剂，继续高速混合至120-130℃时下至冷混机冷却；

2)造粒：将混合冷却后的物料通过专用的造粒机在160-190℃预塑化，经过专用的模具、旋转切割成一定直径、长度的粒子。

在一个优选的实施方案中，一种新型木粉、稻壳粉混合型热塑性木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)混合：将重量百分比为25-35％的木粉、25-35％的稻壳粉投入高速混合机中，高速搅拌升温至80-90℃时加入2-5％的接枝相容剂、2-3％的复合润滑剂进行高速混合，升温至105-115℃时加入20-35％的高密度聚乙烯、0.2-0.5％的抗氧剂、0.2-0.5％的紫外线吸收剂和3-7％的滑石粉，继续高速混合至120-130℃时下至冷混机冷却；

2)造粒：将混合冷却后的物料通过专用的造粒机在160-190℃预塑化，经过专用的模具、旋转切割成一定直径、长度的粒子。

本领域技术人员所知的是，前述高速混合机混合、冷混机冷却、专用的造粒机预塑化、专用的模具、旋转切割等过程与现有的木塑复合材料加工过程相同，在此不赘述。

根据本发明加工的型材(规格为27-135)经安徽省产品质量监督检验研究院检测(2011皖Q字第5401号)，各项指标均高于GB/T24508-2009标准，其中弯曲破坏载荷达到5210N，远高于指标要求的≥2500N。

根据本发明的新型木粉、稻壳粉混合型热塑性木塑复合材料及其制备方法，利用稻壳粉的优势，开发出木粉、稻壳粉共混加工木塑复合材料，旨在扩大原材料来源，综合利用农作物——稻壳粉，提高农民收入，同时提高木塑复合材料的加工性能和力学性能。

根据本发明加工的型材有类似木质的外观，但比木材尺寸稳定性好，无裂纹、翘曲、节疤，硬度比塑料高，物理力学性能好，可使用通用的木工加工方法来进行二次加工，防水、防腐、防虫蛀、耐老化，可重复回收利用，对环境友好。适用于室外园林景观、家庭装饰、物流设施、建筑行业等。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步展开说明，但需要指出的是，本发明的新型木粉、稻壳粉混合型热塑性木塑复合材料及其制备方法并不限于这种具体的组分或制备工艺。对于本领域技术人员显然可以理解的是，以下的说明内容即使不做任何调整或修正，也可以直接适用于在此未指明的其他类似的组分和制备工艺。

新型木粉、稻壳粉混合型热塑性木塑复合材料，其组分及各组分重量百分比为：木粉25-35％、稻壳粉25-35％、塑料20-35％、滑石粉3-7％、接枝相容剂2-5％、复合润滑剂2-3％、抗氧剂0.2-0.5％、紫外线吸收剂0.2-0.5％。

其制备方法包括以下步骤：1)混合：将重量百分比为25-35％的木粉、25-35％的稻壳粉投入高速混合机中，高速搅拌升温至80-90℃时加入2-5％的接枝相容剂、2-3％的复合润滑剂进行高速混合，升温至105-115℃时加入20-35％的高密度聚乙烯、0.2-0.5％的抗氧剂、0.2-0.5％的紫外线吸收剂和3-7％的滑石粉，继续高速混合至120-130℃时下至冷混机冷却；2)造粒：将混合冷却后的物料通过专用的造粒机在160-190℃预塑化，经过专用的模具、旋转切割成一定直径、长度的粒子。

上述组合物中，所述的接枝相容剂选自聚烯烃(PE、PP)接枝马来酸酐、乙烯-乙酸乙烯共聚树脂接枝马来酸酐以及聚烯烃弹性体POE接枝马来酸酐所得到的接枝共聚物中的一种或两种以上混合相容剂。

所述的抗氧剂选自台湾双键化工有限公司生产的1010、1076、168、DLTP中的一种或两种以上混合抗氧剂；紫外线吸收剂选自台湾双键化工有限公司生产的BP12、326中的一种或两种以上混合紫外线吸收剂。

复合润滑剂选自中塑光禹(北京)化学品科技有限公司生产的木塑专用润滑处理剂，特别是适用于聚氯乙烯及聚烯烃木塑加工的复合改性润滑剂。

实施例1

将木粉(80目)30份、稻壳粉(80目)30份投入高速混合机中，高速搅拌升温至80-90℃时加入聚烯烃(PE、PP)接枝马来酸酐所得到的接枝共聚物的接枝相容剂2份、木塑专用复合润滑剂3份进行高速混合，升温至105-115℃时加入高密度聚乙烯30份、1010抗氧剂0.5份、BP12紫外线吸收剂0.5份和滑石粉6份，继续高速混合至120-130℃时下至冷混机冷却。将混合冷却后的物料通过专用的造粒机在160-190℃预塑化，经过专用的模具、旋转切割成一定直径、长度的粒子。其加工的型材经检验，其弯曲破坏载荷达到5078N。

实施例2

操作同实施例1，取木粉(80目)35份，稻壳粉(80目)35份，乙烯-乙酸乙烯共聚树脂接枝马来酸酐所得到的接枝共聚物的接枝相容剂4份、木塑专用复合润滑剂7份，高密度聚乙烯35份，1076抗氧剂0.3份、326紫外线吸收剂0.3份和滑石粉5.4份。其加工的型材经检验，其弯曲破坏载荷达到5149N。

实施例3

操作同实施例1，取木粉(80目)32.5份，稻壳粉(80目)32.5份，聚烯烃弹性体POE接枝马来酸酐所得到的接枝共聚物的接枝相容剂3份、木塑专用复合润滑剂5份，高密度聚乙烯25份，DLTP抗氧剂0.2份、326紫外线吸收剂0.2份和滑石粉4.6份。其加工的型材经检验，其弯曲破坏载荷达到5109N。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种新型木粉、稻壳粉混合型热塑性木塑复合材料，其组分及各组分重量百分比为：木粉25-35％、稻壳粉25-35％、塑料20-35％、填充剂3-7％、表面处理剂4-8％、加工助剂0.4-1％。

2.根据权利要求1所述的混合型热塑性木塑复合材料，其特征在于所述填充剂为滑石粉。

3.根据权利要求1所述的混合型热塑性木塑复合材料，其特征在于表面处理剂为接枝相容剂、复合润滑剂，且在复合材料中组分重量百分比为接枝相容剂2-5％、复合润滑剂2-3％。

4.根据权利要求1所述的混合型热塑性木塑复合材料，其特征在于加工助剂为抗氧剂、紫外线吸收剂，且在复合材料中组分重量百分比为抗氧剂0.2-0.5％、紫外线吸收剂0.2-0.5％。

5.根据权利要求1所述的混合型热塑性木塑复合材料，其特征在于所述木粉的粒度至少为80目。

6.根据权利要求1所述的混合型热塑性木塑复合材料，其特征在于所述稻壳粉为稻壳粉碎至粒度80目及以上的稻壳粉，含水率≤10％。

7.根据权利要求1所述的混合型热塑性木塑复合材料，其特征在于所述塑料为热塑性高密度聚乙烯。

8.根据权利要求3所述的混合型热塑性木塑复合材料，其特征在于所述接枝相容剂选自聚烯烃接枝马来酸酐、乙烯-乙酸乙烯共聚树脂接枝马来酸酐或聚烯烃弹性体POE接枝马来酸酐所得到的接枝共聚物中的一种或两种以上混合的相容剂。

9.根据权利要求3所述的混合型热塑性木塑复合材料，其特征在于所述复合润滑剂选自木塑专用润滑处理剂。

10.根据权利要求4所述的混合型热塑性木塑复合材料，其特征在于所述紫外线吸收剂选自通用名称为BP12、326中的一种或两种混合的紫外线吸收剂。

11.根据权利要求4所述的混合型热塑性木塑复合材料，其特征在于所述抗氧剂选自通用名称为1010、1076、168或DLTP中的一种或两种以上混合的抗氧剂。

12.如权利要求1所述的一种新型木粉、稻壳粉混合型热塑性木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)混合：将木粉、稻壳粉投入高速混合机中，高速搅拌升温至80-90℃时加入表面处理剂进行高速混合，升温至105-115℃时加入高密度聚乙烯、加工助剂和填充剂，继续高速混合至120-130℃时下至冷混机冷却；

2)造粒：将混合冷却后的物料通过专用的造粒机在160-190℃预塑化，经过专用的模具、旋转切割成一定直径、长度的粒子。