CN103073778A - 一种木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种木塑复合材料及其制备方法。该木塑复合材料首先将纤维素类增强材料与无机纳米抗菌粒子共混后浸泡在硅烷溶液中进行预处理，然后加入聚烯烃、相容剂、抗氧化剂、润滑剂，共混后通过平行双螺杆挤出机挤出造粒制得。该木塑复合材料具有优良的力学性能，纤维素类增强材料与无机纳米抗菌粒子共混物经硅烷处理后，可有效改善植物纤维和抗菌剂在木塑复合材料中的分散性和相容性，由于木塑复合材料添加了抗菌剂，大大地增强了木塑复合材料的长期抗吸水性能。本发明的木塑复合材料可应用于室内外装饰、家具和包装等领域，特别适用于户外装饰。
Description
技术领域
本发明涉及一种木塑复合材料及其制备方法，属于高分子复合材料领域。
背景技术
木塑复合材料是将各种类型的植物纤维与塑料基体共混后制得的新型复合材料，具有成本低、性能好、环境友好、节约资源等优点，是目前最具有发展潜力的新型材料之一。其中植物纤维富含羟基，极性较高；而塑料基体主要是碳-碳链，极性较低，两者表面极性的差异使复合后植物纤维分散不均匀而发生团聚，在植物纤维和塑料基体的界面处不能形成良好的界面传递应力，最终导致材料的力学性能、耐水性等性能均较差，制约了木塑复合材料的发展和应用。因此日前木塑复合材料研究，主要是围绕改善植物纤维与塑料基体相容性，提高材料的性能而展开的。同时，植物纤维富含水分，其中的纤维素、半纤维素等容易滋生细菌及微生物，使材料容易发生霉变，进而导致材料性能劣化，如产生于材料表面的霉斑还会影响材料美观，因此改善木塑材料的抗菌性，对提高木塑复合材料的长期应用性能有很大作用。
复合材料中常用的抗菌剂有无机抗菌剂、有机抗菌剂和天然抗菌剂三大类，其中无机抗菌剂具有长效、不产生耐药性、无毒副作用等优点，有突出的缓释性和良好的耐热性。尤其是无机抗菌剂包括银、铜、锌等金属离子及其氧化物，通过在紫外线照射下金属离子形成自由电子和“空穴”，“空穴”能激活空气中的氧成为活性氧，有极强的化学活性，能氧化细菌或微生物中的有机物从而起到抗菌的作用。由于纳米级的金属化合物粒子有较高的表面能和较大的比表面积，因此容易团聚使其难以在复合材料中有较好地分散性。中国专利200610082332.4报道了向木塑复合材料中添加了纳米TiO2制备的一种多功能木塑复合材料，中国专利201010518242.1也报道了在秸秆粉和聚丙烯中添加复合防霉抗菌剂制备木塑复合材料，但是这些制备方法均未对抗菌剂进行一定预处理，因此在制得的木塑复合材料，普遍存在抗菌剂分散不佳，且抗菌剂与材料相容性不好，极大地影响了抗菌剂抗菌性能的发挥。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种木塑复合材料及其制备方法。在制备该木塑复合材料时，首先对抗菌剂和植物纤维通过共混后与硅烷进行预处理，然后加入其它材料制得。这种方法制得的木塑复合材料不但具有优良的力学性能，而且还有良好的长期抗吸水性能。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种木塑复合材料，各个组分的重量份用量如下：
聚烯烃 30~50份
纤维素类增强材料 50~70份
抗菌剂 1~5份
相容剂 1~5份
抗氧化剂 0.5~2份
润滑剂 3~5份。
上述的聚烯烃为线型低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯中的一种或几种。
上述的纤维素类增强材料为木粉、锯末、刨花、亚麻纤维、废旧报纸、棉纺厂下脚料、秸秆、稻壳、玉米芯纤维素类材料，经过粉碎、过筛、干燥处理后的一种或几种的混和物。
上述的抗菌剂为纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米载银、纳米氧化铜中的一种或两种的混合物。
上述的相容剂为反应型相容剂，是一种以聚烯烃为主链，丙烯酸酯类单体为功能单体，苯乙烯为共接枝单体，加入引发剂和界面剂，通过固相接枝法，获取增强纤维素类的复合材料用的反应型界面相容剂，具体制备方法申请者已经在专利申请号为 2012101864755的发明专利中进行了全面地阐述。
一种木塑复合材料的制备方法，具体步骤为：将纤维素类增强材料与抗菌剂共混后，浸泡在乙醇与水体积比为90:10的硅烷溶液中，将溶液置于80℃烘箱内待溶液完全挥发后烘干；再将纤维素类增强材料、抗菌剂与聚烯烃、相容剂、抗氧化剂、润滑剂在混料机中共混10~20min后，加入平行双螺杆挤出机，螺杆转速为30~50 r/min，挤出温度为160~190℃，即制得木塑复合材料。
上述的硅烷为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种的混合物。
与现有技术相比，本发明的木塑复合材料的突出和显著优点为：
1. 经过硅烷处理后，在纤维素类增强材料和无机纳米抗菌粒子表面用硅烷偶联剂处理后，生成一层聚合物层，降低其表面能，并使两者和聚烯烃基体的相容性及在复合材料中的分散性得到较大改善。
2. 在木塑复合材料的抗菌性中抑制材料的吸水性能有效协同提高材料的抗菌性，硅烷处理后的纤维素类增强材料其表面羟基与硅烷反应生成硅氧键削弱其吸水性；硅烷带有的氨基又能与自制反应型相容剂中的环氧基团反应生成共价键，在复合材料界面处形成良好的界面，提升材料的力学性能的同时改善其吸水性，协同增强了材料的抗菌性。
3. 本发明中添加的抗菌剂在吸收紫外线后抗菌效果更加明显，因此本发明中的木塑复合材料特别适合用于户外装饰，如制备户外园林景观、花坛、围栏、户外木塑铺板等。
具体实施方式
实施例1：
将400g杨木粉和20g纳米TiO2充分共混后，浸泡于乙醇与水体积比为90:10，2%KH550溶液中，置于80℃烘箱中待溶液挥发后烘干。之后将其与600g聚丙烯、50g反应型相容剂、20g抗氧化剂、50g润滑剂共混后，加入平行双螺杆挤出机，螺杆转速为40r/min，挤出温度为180℃。所制得复合材料与在相同工艺条件下制备的未进行硅烷处理的复合材料相比，拉伸强度由30.9MPa提高到34.6MPa；缺口冲击强度由5.9kJ/m2提高到6.5 kJ/m2；经过一个月户外吸水率测定后，吸水率由17.6%降低至8.9%。
实施例2：
将400g杨木粉和30g纳米TiO2充分共混后，浸泡于乙醇与水体积比为90:10，2%KH550溶液中，置于80℃烘箱中待溶液挥发后烘干。之后将其与600g聚丙烯、50g自制反应型相容剂、20g抗氧化剂、50g润滑剂共混后，加入平行双螺杆挤出机，螺杆转速为40r/min，挤出温度为180℃。所制得复合材料与在相同工艺条件下制备的未进行硅烷处理的复合材料相比，拉伸强度由29.3MPa提高到33.6MPa；缺口冲击强度由6.1kJ/m2提高到6.7 kJ/m2；经过一个月户外吸水率测定后，吸水率由18.7%降低至10.1%。
实施例3：
将400g杨木粉和20g纳米ZnO充分共混后，浸泡于乙醇与水体积比为90:10，2%KH550溶液中，置于80℃烘箱中待溶液挥发后烘干。之后将其与600g聚丙烯、50g自制反应型相容剂、20g抗氧化剂、50g润滑剂共混后，加入平行双螺杆挤出机，螺杆转速为40r/min，挤出温度为180℃。所制得复合材料与在相同工艺条件下制备的未进行硅烷处理的复合材料相比，拉伸强度由31.2MPa提高到36.1MPa；缺口冲击强度由5.7kJ/m2提高到6.5 kJ/m2；经过一个月户外吸水率测定后，吸水率由21.6%降低至16.2%。
实施例4：
将400g杨木粉和40g纳米ZnO充分共混后，浸泡于乙醇与水体积比为90:10，2%KH550溶液中，置于80℃烘箱中待溶液挥发后烘干。之后将其与600g聚丙烯、50g自制反应型相容剂、20g抗氧化剂、50g润滑剂共混后，加入平行双螺杆挤出机，螺杆转速为40r/min，挤出温度为180℃。所制得复合材料与在相同工艺条件下制备的未进行硅烷处理的复合材料相比，拉伸强度由30.9MPa提高到36.1MPa；缺口冲击强度由5.4kJ/m2提高到6.8 kJ/m2；经过一个月户外吸水率测定后，吸水率由19.6%降低至12.7%。
实施例5：
将400g杨木粉和30g纳米TiO2充分共混后，浸泡于乙醇与水体积比为90:10，2%KH550溶液中，置于80℃烘箱中待溶液挥发后烘干。之后将其与600g聚丙烯、60g自制反应型相容剂、20g抗氧化剂、50g润滑剂共混后，加入平行双螺杆挤出机，螺杆转速为40r/min，挤出温度为180℃。所制得复合材料与在相同工艺条件下制备的未进行硅烷处理的复合材料相比，拉伸强度由29.9MPa提高到35.4MPa；缺口冲击强度由6.1kJ/m2提高到6.7 kJ/m2；经过一个月户外吸水率测定后，吸水率由20.3%降低至13.8%。
Claims (7)
1.一种木塑复合材料，其特征在于，各个组分的重量份用量如下：
聚烯烃 30~50份
纤维素类增强材料 50~70份
抗菌剂 1~5份
相容剂 1~5份
抗氧化剂 0.5~2份
润滑剂 3~5份。
2.根据权利要求1所述的一种木塑复合材料，其特征在于，所述的聚烯烃为线型低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种木塑复合材料，其特征在于，所述的纤维素类增强材料为木粉、锯末、刨花、亚麻纤维、废旧报纸、棉纺厂下脚料、秸秆、稻壳、玉米芯纤维素类材料，经过粉碎、过筛、干燥处理后的一种或几种的混和物。
4.根据权利要求1所述的一种木塑复合材料，其特征在于，所述的抗菌剂为纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米载银、纳米氧化铜中的一种或两种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种木塑复合材料，其特征在于，所述的相容剂为反应型相容剂，是一种以聚烯烃为主链，丙烯酸酯类单体为功能单体，苯乙烯为共接枝单体，加入引发剂和界面剂，通过固相接枝法，获取增强纤维素类的复合材料用的反应型界面相容剂。
6.一种木塑复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：将纤维素类增强材料与抗菌剂共混后，浸泡在乙醇与水体积比为90:10的硅烷溶液中，将溶液置于80℃烘箱内待溶液完全挥发后烘干；再将纤维素类增强材料、抗菌剂与聚烯烃、相容剂、抗氧化剂、润滑剂在混料机中共混10~20min后，加入平行双螺杆挤出机，螺杆转速为30~50 r/min，挤出温度为160~190℃，即制得木塑复合材料。
7.根据权利要求6所述的一种木塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述的硅烷为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种的混合物。
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| PB01 | Publication | ||
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Application publication date: 20130501 |