CN102942798B - 一种纳米木塑复合材料的制备原料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳米木塑复合材料的制备原料及制备方法，该制备原料包含的成分及重量百分比为：木质纤维40%～60%、塑料25%～35%、纳米无机粒子1%～5%、偶联剂0.5%～4%和其他助剂5%～20%；制备时，首先将木质纤维、纳米粒子与偶联剂进行预处理，然后与接枝单体高速共混，使接枝单体充分浸润纳米粒子和木质纤维，接着加入相容剂、润滑剂、引发剂和特殊功能改性剂，使不相容的无机纳米粒子、木质纤维与塑料在熔融共混时发生双逾渗效应，复合一起，最后进行造粒、挤出成型、水冷却、牵引、切割处理；即可生产出具有高纤维含量、高模量、高强度、高耐水性、甲醛释放量低及良好加工性能的新型环保高性能的纳米木塑复合材料。

Description

一种纳米木塑复合材料的制备原料及制备方法

【技术领域】

本发明属于木塑材料或塑木材料加工技术领域，涉及一种纳米木塑复合材料的制备原料及制备方法。

【背景技术】

目前，国内木塑复合材料刚从发展之初的托盘、包装箱、汽车内饰件等制品，转到户外铺板、栅栏、桌椅等园林景观装饰材料开发应用，然而现在国外已经向市场更加广阔的建筑结构材料领域渗透，包括门窗制品、装饰板、家具板材、房屋基础件等。

    但是，现阶段的木塑材料并不宜用于承载要求较高的结构件，制约了木塑材料的应用范围和高端产品的开发，产品附加值也不高，使行业的良性发展受到很大的阻碍。为了制作高性能结构用木塑复合材料，必须对基体材料和复合材料性能进一步提升。

另外，现有木塑材料一般都采用强亲水性极性的植物纤维制作，且制作时必须加入相容剂和润滑剂等助剂才能保证基本性能；但是，目前多采用聚烯烃接枝马来酸酐为主的相容剂，接枝率低（＜1％），增容效果不理想。

【发明内容】

本发明为解决的上述技术问题，提供了一种可生产出具有高纤维含量、高模量、高强度、高耐水性、甲醛释放量低及良好加工性能的新型环保高性能纳米木塑复合材料的制备原料及制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种纳米木塑复合材料的制备原料，包含的成分及重量百分比为：木质纤维40%～60%、塑料25%～35%、纳米无机粒子1%～5%、偶联剂0.5%～4%和其他助剂5%～20%。

进一步地，所述木质纤维至少是木粉或农业废纤维中的一种，所述塑料为PE塑胶或PP塑胶。

进一步地，所述纳米无机粒子是纳米二氧化硅或纳米碳酸钙。

进一步地，所述其他助剂包括有相容剂、润滑剂引发剂和特殊功能改性剂，所述引发剂的重量百分比为0.5%～2%，所述特殊功能改性剂重量百分比为0.5%～2%，余下重量百分比为所述相容剂和润滑剂。

进一步地，所述相容剂为高分子相容剂，且其接枝率为1.5%～2.0%。

进一步地，所述高分子相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐聚丙烯。

一种纳米木塑复合材料的制备方法，包括有以下步骤：

a.将木质纤维、纳米粒子与偶联剂进行预处理；

b.将经预处理后的木质纤维、纳米粒子与接枝单体高速共混，使接枝单体充分浸润纳米粒子和木质纤维；

c. 将浸润后纳米粒子、木质纤维与引发剂和废塑料，并配以特殊功能改性剂及其他助剂，将不相容的无机纳米粒子、木质纤维与塑料复合在一起；

d.将充分相容、复合一起的无机纳米粒子、木质纤维与塑料依次进行造粒、挤出成型、水冷却、牵引机牵引、切割锯切割处理，制得本纳米木塑复合材料。

进一步地，所述将浸润后纳米粒子、木质纤维与引发剂和废塑料，并配以特殊功能改性剂及其他助剂，将不相容的无机纳米粒子、木质纤维与塑料复合在一起，具体为：在浸润后纳米粒子、木质纤维与引发剂和废塑料加入相容剂、润滑剂、引发剂和特殊功能改性剂，使将不相容的无机纳米粒子、木质纤维与塑料在熔融共混时发生双逾渗效应，复合在一起。

本发明的有益效果是：

本发明通过上述技术方案，即可生产出具有高纤维含量、高模量、高强度、高耐水性、甲醛释放量低及良好加工性能的新型环保高性能纳米木塑复合材料，实现工业化，产品进入市场附加值更高的建筑结构领域，提升行业技术水平和产品档次，达到国内领先水平；而且挤出造粒过程中，同步实现纳米粒子、木质纤维表面改性接枝，纳米改性效果明显，可以显著提高木塑复合材料的综合性能。这种改性技术与一般多步法改性相比，具有能耗低、占地面积小、投资少等优点。

【附图说明】

图1是本发明所述的纳米木塑复合材料的制备方法实施例的流程图；

图2是本发明所述的纳米木塑复合材料的制备方法实施例中木质纤维、塑料、接枝单元的化学反应示意图；

图3是本发明所述的纳米木塑复合材料的制备方法实施例中双逾渗效应的原理示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种纳米木塑复合材料的制备原料，包含的成分及重量百分比为：木质纤维40%～60%、塑料25%～35%、纳米无机粒子1%～5%、偶联剂0.5%～4%和其他助剂5%～20%。其中，所述木质纤维至少是木粉（如锯末、下脚料、枝桠等）或农业废纤维（如稻壳、果壳、秸秆等）中的一种，所述塑料为PE塑胶或PP塑胶；所述纳米无机粒子是纳米二氧化硅、纳米碳酸钙等；所述其他助剂包括有相容剂、润滑剂、引发剂和特殊功能改性剂，引发剂的重量百分比为0.5%～2%，特殊功能改性剂重量百分比为0.5%～2%，余下重量百分比为相容剂和润滑剂，且相容剂为高分子相容剂，如马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐聚丙烯，其接枝率为1.5%～2.0%。

如图1至图3中所示，本发明所述的纳米木塑复合材料的制备方法，包括有以下步骤：

步骤A.将木质纤维、纳米粒子与偶联剂进行预处理，使其充分混合、相互偶联一起；

步骤B.将经预处理后的木质纤维、纳米粒子与接枝单体高速共混，使接枝单体充分浸润纳米粒子和木质纤维；

步骤C. 将浸润后纳米粒子、木质纤维与引发剂和废塑料，并配以特殊功能改性剂及其他助剂，将不相容的无机纳米粒子、木质纤维与塑料复合在一起；

步骤D.将充分相容、复合一起的无机纳米粒子、木质纤维与塑料依次进行造粒、挤出成型、水冷却、牵引机牵引、切割锯切割处理，制得本纳米木塑复合材料。

其中，所述将浸润后纳米粒子、木质纤维与引发剂和废塑料，并配以特殊功能改性剂及其他助剂，将不相容的无机纳米粒子、木质纤维与塑料复合在一起，具体可以为：在浸润后纳米粒子、木质纤维与引发剂和废塑料加入相容剂、润滑剂、引发剂和特殊功能改性剂，使将不相容的无机纳米粒子、木质纤维与塑料在熔融共混时发生双逾渗效应，复合在一起；也就是，在接枝改性纳米粒子填充聚合物复合材料中实际上存在着两个可以产生逾渗的组元，即纳米微粒团聚体(由纳米粒子、接枝聚合物和均聚物所组成的接枝改性纳米粒子复合颗粒)，本身可以形成逾渗结构，同时这些团聚体又能够在塑料基体内形成逾渗，高分子相容剂中的接枝单体（马来酸酐）发生聚合并接枝到纳米粒子和木质纤维表面，将使纳米粒子团聚体撑开，大大降低纳米粒子表面能，保证最后制备的纳米木塑复合材料中纳米粒子和木粉的良好分散。这种分散相内和基体连续相内应力体积球的双逾渗，使纳米粒子团聚体能够承受载荷并传递应力，促使粒子周围的基体发生强烈的塑性剪切屈服，吸收大量的能量。

这样，按照本发明所述的纳米木塑复合材料的制备原料以及制备方法，即可生产出具有高纤维含量、高模量、高强度、高耐水性、甲醛释放量低及良好加工性能的新型环保高性能纳米木塑复合材料，实现工业化，产品进入市场附加值更高的建筑结构领域，提升行业技术水平和产品档次，达到国内领先水平；而且挤出造粒过程中，同步实现纳米粒子、木质纤维表面改性接枝，纳米改性效果明显，可以显著提高木塑复合材料的综合性能。这种改性技术与一般多步法改性相比，具有能耗低、占地面积小、投资少等优点。

   下面结合几个实施例对本发明所述的纳米木塑复合材料的制备原料和制备方法进一步进行说明。

实施例一：

将本发明所述的纳米木塑复合材料的制备原料，包含的成分及重量百分比为：木质纤维40%、塑料35%、纳米无机粒子1%、偶联剂4%和其他助剂20%，按照本发明所述的制备方法，首先将木质纤维、纳米粒子与偶联剂进行预处理；然后与接枝单体高速共混，使接枝单体充分浸润纳米粒子和木质纤维；接着加入相容剂、润滑剂、引发剂和特殊功能改性剂，使不相容的无机纳米粒子、木质纤维与塑料在熔融共混时发生双逾渗效应，复合在一起；最后依次进行造粒、挤出成型、水冷却、牵引机牵引、切割锯切割处理，生产出具有高纤维含量、高模量、高强度、高耐水性、甲醛释放量低及良好加工性能的新型环保高性能的纳米木塑复合材料。

实施例二：

将本发明所述的纳米木塑复合材料的制备原料，其包含的成分及重量百分比为：木质纤维60%、塑料25%、纳米无机粒子1%、偶联剂4%和其他助剂10%，按照本发明所述的制备方法，首先将木质纤维、纳米粒子与偶联剂进行预处理；然后与接枝单体高速共混，使接枝单体充分浸润纳米粒子和木质纤维；接着加入相容剂、润滑剂、引发剂和特殊功能改性剂，使不相容的无机纳米粒子、木质纤维与塑料在熔融共混时发生双逾渗效应，复合在一起；最后依次进行造粒、挤出成型、水冷却、牵引机牵引、切割锯切割处理，生产出具有高纤维含量、高模量、高强度、高耐水性、甲醛释放量低及良好加工性能的新型环保高性能的纳米木塑复合材料。

实施例三：

将本发明所述的纳米木塑复合材料的制备原料，其包含的成分及重量百分比为：木质纤维50%、塑料30%、纳米无机粒子5%、偶联剂4%和其他助剂11%，按照本发明所述的制备方法，首先将木质纤维、纳米粒子与偶联剂进行预处理；然后与接枝单体高速共混，使接枝单体充分浸润纳米粒子和木质纤维；接着加入相容剂、润滑剂、引发剂和特殊功能改性剂，使不相容的无机纳米粒子、木质纤维与塑料在熔融共混时发生双逾渗效应，复合在一起；最后依次进行造粒、挤出成型、水冷却、牵引机牵引、切割锯切割处理，生产出具有高纤维含量、高模量、高强度、高耐水性、甲醛释放量低及良好加工性能的新型环保高性能的纳米木塑复合材料。

以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种纳米木塑复合材料，其特征在于，包含的成分及重量百分比为：木质纤维40％～50％、塑料25％～35％、纳米无机粒子1％～5％、偶联剂0.5％～4％和其他助剂10％～20％；所述木质纤维是木粉，所述纳米无机粒子是纳米碳酸钙；所述其他助剂包括有相容剂、润滑剂、引发剂和特殊功能改性剂，所述引发剂的重量百分比为0.5％～2％，所述特殊功能改性剂重量百分比为0.5％～2％，余下重量百分比为所述相容剂和润滑剂，所述相容剂为接枝率为1.5％～2.0％的马来酸酐接枝聚乙烯。

2.一种纳米木塑复合材料的制备方法，其特征在于，该纳米木塑复合材料的制备原料包含的成分及重量百分比为：木质纤维40％～50％、塑料25％～35％、纳米无机粒子1％～5％、偶联剂0.5％～4％和其他助剂10％～20％；所述木质纤维是木粉，所述纳米无机粒子是纳米碳酸钙；所述其他助剂包括有相容剂、润滑剂、引发剂和特殊功能改性剂，所述引发剂的重量百分比为0.5％～2％，所述特殊功能改性剂重量百分比为0.5％～2％，余下重量百分比为所述相容剂和润滑剂，所述相容剂为接枝率为1.5％～2.0％的马来酸酐接枝聚乙烯；其制备方法包括有以下步骤：

a.将木质纤维、纳米无机粒子与偶联剂进行预处理；

b.将经预处理后的木质纤维、纳米无机粒子与相容剂高速共混，使相容剂充分浸润纳米无机粒子和木质纤维；

c.将浸润后纳米无机粒子、木质纤维与引发剂和塑料，并配以特殊功能改性剂及润滑剂，将不相容的纳米无机粒子、木质纤维与塑料在熔融共混时发生双逾渗效应，复合在一起；

d.将充分相容、复合一起的纳米无机粒子、木质纤维与塑料依次进行造粒、挤出成型、水冷却、牵引机牵引、切割锯切割处理，制得本纳米木塑复合材料。