CN103059381A - 一种无机矿物填充木塑复合材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无机矿物填充木塑复合材料及其制备方法。该复合材料的原料及重量份数为：有机高分子树脂5-50、无机矿物材料1-100、木质原料2.5-30.0、增塑剂0-5、偶联剂0.25-5.00、发泡剂0.05-2.00、发泡调节剂0.01-3.00、冲击改性剂0.05-4.00、润滑剂0.05-4.00和稳定剂0.1-5.0。制备方法是将各原料进行粉碎干燥，再经过混料和挤出机挤出即得到无机矿物填充木塑复合材料成品。本发明以无机矿物作为填充剂，一方面体现了无机矿物的特殊功能特性，另一方面又保持了原有配方的力学性能和加工性能，减少了成本较高的木质原料及其他材料的投入，大大降低了木塑复合材料的成本。

Description

一种无机矿物填充木塑复合材料及制备方法
技术领域
本发明涉及木塑复合材料领域，具体涉及一种由有机高分子树脂、木质原料和无机矿物材料复合而成的一种无机矿物填充木塑复合材料及其制备方法。 
背景技术
木塑复合材料（Wood-polymer Composites，简称WPC）是以木屑等初级生物质材料为主原料，配混一定比例的塑料基料，利用高分子界面化学原理和塑料填充改性的特点，经特殊工艺处理后加工成型的一种新型环保材料。该材料兼有木材和塑料的优点，具有优秀的力学性能与加工性能，且具有克服木材的虫蛀、吸潮、变形等缺点。与木材相比，该材料质轻、阻燃、机械性能好，使用寿命长，且木屑及热塑型塑料均可回收利用，可大大地降低资源浪费的问题。该材料无有害添加剂，在生产期及使用期均无有害物质释放，因而又称之为生态木、环保木。由于该材料加工性能良好，可通过挤压压制成各种样式的材料，因而产品类型丰富，在建筑材料、户外设施、园艺娱乐、家具用品等方面具有广大的市场前景。 
原木塑复合材料需要大量木质材料，因保护林木资源的需要，木质原料不宜多用，但目前还没有用其他原料替代木质材料生产木塑复合材料的报道。 
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种用无机矿物材料代替木质材料制备的无机矿物填充木塑复合材料。将无机矿物材料代替木质材料，一方面减少对木质材料的使用量，另一方面，由于无机矿物材料的一些特点，可以改变原木塑材料的性能，得到功能全、适用范围广的新型木塑复合材料。 
本发明提供的无机矿物填充木塑复合材料，其原料及重量份数为： 
有机高分子树脂           5-50；
无机矿物材料               1-100；
木质原料                       2.5-30.0；
增塑剂                           0-5；
偶联剂                           0.25-5.00；
发泡剂                           0.05-2.00；
发泡调节剂                   0.01-3.00；
冲击改性剂                   0.05-4.00；
润滑剂                           0.05-4.00；
稳定剂                           0.1-5.0。
优选地，所述有机高分子树脂为聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚氯乙烯（PVC）中的一种或几种。三种材质均属于有机高分子热塑性树脂材料，受热软化、冷却后硬化，可反复塑制。 
优选地，所述无机矿物材料的粒度为80-200目。 
优选地，所述无机矿物材料为碳酸钙、滑石、硅灰石、高岭土、蛭石、硅藻土和珍珠岩中的一种或几种。以上优选的无机矿物材料主要为硅酸盐矿物，其主要成分是二氧化硅等无机氧化物，该材料传热系数小，热稳定性和耐强酸性均非常高，并且与所述其他材料组成的配方相容性更好，可以实现顺利的挤出成型，因而在保温、隔热、耐强酸方面性能更加优异。 
优选地，所述木质原料为木屑、竹屑和麦秆中的一种或几种；木质原料的粒度为80-200目。 
优选地，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯（DBP）；所述偶联剂为乙烯-丙烯酸共聚物、马来酸酐接枝聚丙烯和硅烷偶联剂中的一种或几种。 
优选地，所述发泡剂为碳酸氢钠和偶氮二甲酰胺（AC）中的一种或两种；所述发泡调节剂为PVC发泡调节剂ZB-530（简称ZB-530）；所述冲击改性剂为氯化聚乙烯（CPE）、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA，或E/VAC）和丙烯酸酯类共聚物（ACR）中的一种或几种。 
优选地，所述润滑剂为石蜡、聚乙烯蜡、大豆油和硬脂酸中的一种或几种；所述稳定剂为铅盐和镁盐中的一种或两种。 
优选地，所述的无机矿物填充木塑复合材料，原料及重量份数为： 
有机高分子树脂           10；
无机矿物材料               10-28；
木质原料                       3.0；
增塑剂                           0.72；
偶联剂                           0.36；
发泡剂                           0.12；
发泡调节剂                   1.2；
冲击改性剂                   1.2；
润滑剂                           0.5~0.6；
稳定剂                           0.72；
其中，所述有机高分子树脂为聚氯乙烯，所述无机矿物材料为珍珠岩、碳酸钙和硅藻土中的任意两种，所述木质原料为木屑，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯，所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺，所述发泡调节剂为PVC发泡调节剂ZB-530（简称ZB-530），所述冲击改性剂为丙烯酸酯类共聚物和氯化聚乙烯的混合物，所述润滑剂为大豆油、聚乙烯蜡和硬脂酸的混合物，所述稳定剂为铅盐。
本发明还提供了上述无机矿物填充木塑复合材料的制备方法，步骤如下： 
（1）粉碎：将木质原料和无机矿物材料分别粉碎至颗粒粒度为80~200目；
（2）干燥：将粉碎的木质原料在115-120℃干燥2小时；
（3）混料：按配比称取各原料，在混合机中100~130℃温度条件下混合，自然冷却；
（4）挤出：将冷却后的混合料投入木塑专用挤出机，在160~180℃的温度条件下挤出成型产品；
其中，步骤（4）所述木塑专用挤出机为双螺杆挤出机，其中机筒一区温度为166℃，机筒二区温度为169℃，机筒三区温度为171℃，机头温度为174℃。
本发明具有以下有益效果： 
本发明首次提出以高岭土、蛭石、硅藻土、珍珠岩等无机矿物作为木塑复合材料的填充剂，产品一方面充分体现了无机矿物的特殊功能特性，另一方面又保持了原有配方的力学性能和加工性能，减少了成本较高的木质原料及其他材料的投入，大大降低了木塑复合材料的成本。此外，本发明工艺简单，可以一次成型，可大大降低制造成本。产品可加工性能良好，可制成各式各样的产品，前景广阔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。 
（1） 取粉碎后的80目木屑若干放入干燥机进行干燥，干燥温度为115℃～120℃，干燥时间为2小时； 
（2） 准确称取表1中各原料，混合后投入高速混合机，待其自摩擦生热至106℃，自然降至常温；
（3） 启动双螺杆挤出机，由喂料口、机筒至出料口模间设置四段温区，分别为机筒一区166℃，机筒二区169℃，机筒三区171℃，机头174℃，待机体升至设定温度后，投入步骤（2）之混合好的原料，控制挤出速度在每小时5-15kg之间，将珍珠岩填充木塑复合材料挤出成型。
表1 
Figure 2013100124230100002DEST_PATH_IMAGE001
以上各实施例制备所得产品进行性质检测，测试数据结果见表2。
表2 
  密度 冲击韧性 拉伸强度 压缩强度
实施例1 1.3g/cm3 15 KJ/m2 12MP 22MP
实施例2 1.4g/cm3 18 KJ/m2 10MP 25MP
实施例3  1.25 g/cm3 15 KJ/m2 12MP 22MP
实施例4 1.3g/cm3 16 KJ/m2 11 MP 23MP
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种无机矿物填充木塑复合材料，其特征在于，原料及重量份数为：
有机高分子树脂       5-50；
无机矿物材料          1-100；
木质原料                  2.5-30.0；
增塑剂                      0-5；
偶联剂                     0.25-5.00；
发泡剂                      0.05-2.00；
发泡调节剂              0.01-3.00；
冲击改性剂              0.05-4.00；
润滑剂                      0.05-4.00；
稳定剂                      0.1 -5.0。
2.根据权利要求1所述的无机矿物填充木塑复合材料，其特征在于，所述有机高分子树脂为聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的无机矿物填充木塑复合材料，其特征在于，所述无机矿物材料的粒度为80-200目。
4.根据权利要求1所述的无机矿物填充木塑复合材料，其特征在于，所述无机矿物材料为碳酸钙、滑石、硅灰石、高岭土、蛭石、硅藻土和珍珠岩中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的无机矿物填充木塑复合材料，其特征在于，所述木质原料为木屑、竹屑和麦秆中的一种或几种；木质原料的粒度为80-200目。
6.根据权利要求1所述的无机矿物填充木塑复合材料，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；所述偶联剂为乙烯-丙烯酸共聚物、马来酸酐接枝聚丙烯和硅烷偶联剂中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的无机矿物填充木塑复合材料，其特征在于，所述发泡剂为碳酸氢钠和偶氮二甲酰胺中的一种或两种；所述发泡调节剂为PVC发泡调节剂ZB-530；所述冲击改性剂为氯化聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和丙烯酸酯类共聚物中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的无机矿物填充木塑复合材料，其特征在于，所述润滑剂为石蜡、聚乙烯蜡、大豆油和硬脂酸中的一种或几种；所述稳定剂为铅盐和镁盐中的一种或两种。
9.根据权利要求1所述的无机矿物填充木塑复合材料，其特征在于，原料及重量份数为：
有机高分子树脂          10；
无机矿物材料             10-28；
木质原料                   3.0；
增塑剂                      0.72；
偶联剂                      0.36；
发泡剂                      0.12；
发泡调节剂              1.2；
冲击改性剂              1.2；
润滑剂                      0.5~0.6；
稳定剂                      0.72；
其中，所述有机高分子树脂为聚氯乙烯，所述无机矿物材料为珍珠岩、碳酸钙和硅藻土中的任意两种，所述木质原料为木屑，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯，所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺，所述发泡调节剂为PVC发泡调节剂ZB-530，所述冲击改性剂为丙烯酸酯类共聚物和氯化聚乙烯的混合物，所述润滑剂为大豆油、聚乙烯蜡和硬脂酸的混合物，所述稳定剂为铅盐。
10.权利要求1~9任一所述无机矿物填充木塑复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
（1）粉碎：将木质原料和无机矿物材料分别粉碎至颗粒粒度为80~200目；
（2）干燥：将粉碎的木质原料在115-120℃干燥2小时；
（3）混料：按配比称取各原料，在混合机中100~130℃温度条件下混合，自然冷却；
（4）挤出：将冷却后的混合料投入木塑专用挤出机，在160~180℃的温度条件下挤出成型产品；
其中，步骤（4）所述木塑专用挤出机为双螺杆挤出机，其中机筒一区温度为166℃，机筒二区温度为169℃，机筒三区温度为171℃，机头温度为174℃。
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