CN102746681A - 一种以酒糟作为增强相的木塑材料及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了以酒糟作为增强相的木塑材料及其制作方法，该木塑材料是将酒糟预先处理粉碎成较小粒度的粉料再和塑料、改性剂、偶联剂、稳定剂、润滑剂、助剂及其他原料，按不同的比例进行混合后通过挤出机挤出造粒得到木塑粒料或直接挤出制备木塑板材、型材和管材等不同产品，也可通过热压成型和注塑成型得到其他制品。酒糟基的木塑板材、型材和管材可进行大规模连续批量生产，其具有产率高、成本低、性价比高等特点。利用酒糟和塑料或废旧塑料作为该种木塑材料的主要原料使得该系列木塑产品成本显著低于目前市场上所使用的木粉、竹粉生产的各种木塑材料，而本系列木塑材料机械强度却不低于它们。本系列木塑材料不但可广泛使用，而且通过大量使用酒糟和废旧塑料，有利于解决它们对自然环境的污染，实现资源的可循环再生利用。

Description

一种以酒糟作为增强相的木塑材料及其制作方法

技术领域

本发明属于新型材料技术领域，具体是一种以酒糟为增强相的木塑材料及其制造方法。 

背景技术

木材作为建筑、家具的主要原料已经被大量广泛地使用，但是随着森林资源的逐渐减少，木材越来越匮乏。随着人们的环保意识的增强，如何利用废弃的、废旧的材料制造替代木材的材料，有着非常重要的意义。 

木塑复合材料（Wood-Plastic Composites）简称WPC是利用废弃木材农作物秸秆等经粉碎而制成粉体后与塑料一并作为原料再加入各种助剂经热压复合、熔融挤出或注塑成型等加工工艺而制作的一种高性能高附加值的新型复合材料。其中以植物纤维作为增强相，塑料作为基体相。WPC兼有木材和塑料的优点。既有像天然木材那样的外观,又克服了其不足,具有防腐、防潮、防虫蛀、尺寸稳定性高、不开裂等优点。比纯塑料的硬度高,又有类似木材的加工性,可进行切割和粘接、可用钉子或螺栓固定连接。此外,WPC还可以采用发泡成型,这样不仅节省原料,简化后加工工序,而且发泡制品隔音、隔热性能也较好。 

美国和加拿大的木塑复合材料（WPC）研究开展的最早，其研究水平、生产能力和应用均处于世界领先水平。WPC最早可以追溯到1907年，一名国外科学家将热固性酚醛树脂与木粉混合加工制备了第一中木塑复合材料。1983年美国Woodstock公司使用挤压注塑技术，制备了木粉含量高达50%的汽车内衬板。到20世纪90年代，Anderson公司生产了PVC/木粉法式门底槛，使得木塑复合材料在型材市场得到持续增长。到21世纪，WPC的应用更是遍及各个领域，而其中铺板用量占总量（700kt）中的一半，门窗系统的用量也非常大，约70kt。WPC的产品中最重要的是挤出型材（铺板、托盘、门窗框系统）和铺面板（房屋的铺面板、墙面板），大约占木塑总产品用量的80%。 

巴斯夫公司目前已与华盛顿州立大学下属的木质材料工程实验室合作开发了一种新型的多重挤压木塑板材，有效地提高了其耐候性。该产品包括低密度聚乙烯（HDPE）和48%~68%松木木屑制成的木塑夹芯，连接层以及聚合物表层。这种多重挤压木塑板材可以使用现有的塑料挤压设备生产，而且产品的表面材料与木塑芯材具有很好的附着力。这种多重挤压的工艺具有易于监控和操作简单的特点，与蜂窝聚氯乙烯（PVC）板材比较，具有更多的颜色选择方案，更高的生产力和更少的原材料成本投入的特点。我国的木塑研究始于20世纪90年代，目前为止，对WPC技术已有多年研究，并取得了一些阶段性成果。但就在保证WPC的力学性能（如拉伸强度、弯曲强度和冲击强度等）与木材相当的前提下，尽可能地降低生产成本和提高生产效率以满足大规模工业生产需要，一直是WPC研究的一个难题。 

加拿大未来技术有限公司于1998年在北京成立了木塑研发中心，将WPC技术引入我国，开始了对木塑的研发和生产；安徽蒙城铝塑型材有限公司和蒙城铝塑研究所合作，共同开发WPC，在国内建立了第一条WPC大型生产线；2010年6月，青岛生物能源与过程所和广州化学有限公司合作在广州化学有限公司的小试技术基础上，在青岛生物能源与过程所建立了年产达1500吨的木塑产品的中试生产线，成功地进行了各项中试规模的相关实验，打通并优化了该类产品关键的生产工艺。 

近年来全球的森林资源日趋枯竭，社会环保意识日益增强，同时对木材的应用也提出了更高的要求，因而木塑复合材料受到了人们的广泛关注。由于它具有独特性能，世界上主要工业国家都积极致力于这种产品的工业化，更加重要的是，木塑复合材料生产技术既符合国家经济形势发展的需要，也符合国家的产业政策，而且产品使用范围广。因此，木塑复合材料是一种极具发展前途的绿色环保材料也是一项有生命力的创新技术，具有广阔的市场前景，良好的经济效益和社会效益。 

我国每年约产数百万吨的酒糟，酒精废糟、废液排放量高达几千万吨。无论是白酒糟、啤酒糟还是酒精糟，都含有一定的蛋白质，丰富的氨基酸、维生素和多种微量元素等。营养比较丰富，但是它们的酸度高，易腐败变质，若不及时处理，必然严重污染环境。综合利用酒糟可减轻环境污染，又可节约粮食、降低成本．因此回收利用丢糟，势在必行。 

另外，塑料制品的大量使用使得人们生活环境中的废旧塑料日益增多，且塑料在自然环境中不能降解，造成白色污染。因此，回收、利用废旧塑料有利于保护环境，使得资源循环利用，实现可持续发展。 

目前，市场上生产的木塑材料主要采用木粉、竹粉及一些植物秸秆粉，塑料主要是利用PP、PE、PVC，加工工艺以挤出成型为主，尚未见利用酒糟进行木塑材料生产的报道。 

本发明利用酒糟作为增强相生产木塑材料不但可广泛使用，而且通过大量使用酒糟和废旧塑料，既降低了生产成本又有利于解决它们对自然环境的污染，实现资源的可循环再生利用。 

发明内容

本发明的目的是提供以酒糟作为增强相的一种木塑材料及其制备方法。 

本发明的技术方案包括将酒糟经机械粉碎、磨细、分级后作为木塑材料的增强相，用量从10%~90%不等，制造工艺包括挤出成型、模压成型和注塑成型，该系列木塑材料可作为板材、管材和型材以及相应的发泡材料。主要应用领域如下： 

室外——户外地板、坪甬道、泳池包边、露天连廊 

花箱板——花箱、树池、篱笆、垃圾桶 

装饰板——外墙装饰板、遮阳板、百叶窗条 

板凳条——座凳、椅条、靠背条、休闲桌面 

标志牌——标志牌、指示牌、宣传栏 

结构材——立柱、横梁、龙骨 

亲水铺板——码头铺板、水上通道、近水建筑 

型材——栈道、步道、桥板、扶手、护栏、栅栏、隔断、衬档 

室内——地板、墙板、顶棚、天花 

装饰线条——各类角线、边条、镶条、装饰条 

其他场所——花架走廊、户外凉亭、露天平台、浴室板、门窗框套、吸音板、顶板。 

本发明的效果是：（1）采用酒糟作为木塑增强相，既降低木塑成本又解决酒糟对环境污染的问题。（2）大量利用废旧塑料作为基体相，不仅大大降低成本而且减少白色污染。（3）酒糟用量从10%~90%不等，可用于生产不同机械强度的木塑材料，应用广泛。（4）通过表面改性剂的改性处理，使加工温度从120~250℃不等，这样可使用塑化温度在此范围内的各种塑料。（5）所得木塑材料不溶于水、抗老化、可锯、可钉、可加筋，加工性能非常好，也可以直接成型，如制成各种门、桌、椅、花盆、花架等。 

由本发明得到木塑产品，成本显著低于目前市场上所使用的木粉、竹粉生产的各种木塑材料，而本系列木塑材料机械强度却不低于它们，产品质量高。从而为木塑材料的生产提供了一种新的方法。 

主要技术内容如下： 

酒糟粉、塑料、填料、改性剂、稳定剂、润滑剂、助剂按不同比例充分混匀，通过挤出成型、模压成型和注塑成型制造不同性能的板材、管材和型材。 

一种新型木塑复合材料，其特征在于其原料中使用酒糟作为增强相，其重量配比如下： 

所述的酒糟选自白酒糟、啤酒糟和酒精糟中的一种或多种；填料选自碳酸钙、硅灰石、滑石粉、矿物填料中的一种或多种；所述的改性剂是对酒糟进行表面改性，选自马来酸酐或者其接枝的PP、PE、聚丁二烯、聚1,4丁二烯丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯；热稳定剂为稀土脂肪酸盐系列热稳定剂中的一种或多种；润滑剂选自硬脂酸、聚乙烯蜡中的一种或多种。助剂选自紫外线吸收剂、增塑剂、防霉剂、 抗氧化剂、发泡剂、着色剂、抗菌剂、阻燃剂中的一种或多种。 

附图说明

图1为该系列木塑材料挤出成型的工艺流程图，图2为该系列木塑材料注塑成型工艺流程图，图3为该系列木塑材料模压成型工艺流程图。 

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更理解本发明。 

例1 

注塑成型工艺制备木塑样品： 

按上述配方利用注塑成型工艺制备木塑样品，具体过程是：先由双螺杆挤出机制得母粒（温度160℃），再经注塑机注射成型得到样条（注射压力60MPa，速度60cm3/s，保压时间40MPa下4s、30MPa下4s、20MPa下3s，冷却时间25s）。 

该工艺制备的木塑板材外观、加工性能良好，经测试机械强度高，拉伸强度15MPa，弯曲强度30MPa，冲击强度20KJ/m2。 

例2 

模压成型工艺制备木塑样品： 

将酒糟粉与HDPE、马来酸酐接枝PE、聚乙烯蜡、硬脂酸锌按比例充分混合后放入模具中，置于平板硫化机上模压成型，成型工艺如图3，其中热压5min，温度160℃，压力5MPa，冷压10min，压力10MPa。 

所得木塑制品外观、加工性能良好，经测试机械强度高，拉伸强度10MPa，弯曲强度23MPa，冲击强度5MPa。 

例3 

挤出木塑板材粒料或直接挤出木塑板材 

改性剂选自马来酸酐或者其接枝的PP、PE、聚丁二烯、聚1,4丁二烯、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯，将酒糟粉与改性剂混合加热至70℃左右，搅拌均匀，然后与其他物料混合通过挤出机挤出成型，偶联剂选自铝酸酯、钛酸酯、硅烷偶联剂中的一种或几种，助剂选自紫外线吸收剂、增塑剂、润滑剂、热稳定剂、防霉剂、抗氧化剂、发泡剂、着色剂、抗菌剂、阻燃剂中的一种或多种。 

根据产品性能需求上述配方各组分添加量各有不同，将处理后的酒糟粉与其他组分混合均匀，经双螺杆造粒再由挤出机挤出木塑制品，也可直接经挤出机挤出制品，加工温度100~200℃，螺杆转速20~500r/min，具体工艺流程见图1。 

例4 

挤出木塑管材粒料或直接挤出木塑管材 

热稳定剂为稀土脂肪酸盐系列的热稳定剂。 

例5 

挤出木塑型材粒料或直接挤出木塑型材 

按上述配方，根据型材性能的要求调整各组分的比例，加工温度因聚乙烯种类不同可从100℃~200℃不等，其工艺过程见图1。 

例6 

酒糟与聚乳酸复合制备生物可降解木塑材料 

按上述配方，通过调整各成分的比例经模压、挤出、注塑等工艺（工艺流程见附图1~3）可制备不同强度的生物可降解材料。 

需要理解到的是：上述实例虽然对本发明作了比较详细的描述，但这些描述只是对本发明思路的简单描述，而不是对利用酒糟作为增强相生产木塑材料这一新型思路的限制，任何不超出本发明思路的组合，增加或修改均落入本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种以酒糟作为增强相的木塑材料，将酒糟预先处理粉碎成较小粒度的粉料再和塑料、改性剂、偶联剂、润滑剂、热稳定剂、助剂及其他原料，按不同的比例进行混合后通过不同加工工艺得到木塑粒料或制品。其特征在于：以酒糟作为增强相，塑料作为基体相，并添加各种改性剂、润滑剂、热稳定剂、助剂及其他原料通过不同成型工艺制得木塑粒料或制品，加工温度120~250℃。

2.如权利要求书1所述木塑材料，其特征在于：采用酒糟作为增强相生产木塑材料，可以使用白酒糟、啤酒糟和酒精糟。

3.如权利要求书1所述木塑材料，其特征在于：酒糟在木塑材料中的添加比例从10%~90%不等。

4.如权利要求书1所述木塑材料，其特征在于：加工工艺可采用挤出成型、模压成型和注塑成型。

5.如权利要求书1所述木塑材料，其特征在于：采用塑料作为基体相，可以使用聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物（AB S）、聚碳酸酯（PC）、尼龙（PA）、苯乙烯/丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物（SB S）等通用热塑性塑料或回收再生的上述塑料。也可使用聚乙烯醇、聚乳酸等生物可降解塑料作为基体相。

6.如权利要求书1所述木塑材料，其特征在于：改性剂可采用马来酸酐或者其接枝的PP、PE、聚丁二烯、聚1,4丁二烯、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯。

7.如权利要求书1所述木塑材料，其特征在于：偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂等。

8.如权利要求书1所述木塑材料，其特征在于：润滑剂选自硬脂酸、脂肪酸酯、白油、石蜡中的一种或多种。

9.如权利要求书1所述木塑材料，其特征在于：稳定剂为稀土脂肪酸盐系列的热稳定剂。

10.如权利要求书1所述木塑材料，其特征在于：助剂可采用紫外线吸收剂、增塑剂、防霉剂、抗氧化剂、发泡剂、着色剂、抗菌剂、阻燃剂中的一种或多种。 

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