CN103073859B - 一种木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种木塑复合材料，该复合材料包括聚乳酸、木粉、骨粉和分散剂；以木塑复合材料的总重量为基准，所述聚乳酸的含量为45-75wt%，所述木粉的含量为10-30wt%，所述骨粉的含量为10-20wt%，所述分散剂的含量为2-8wt%；所述骨粉含有骨胶和脂肪。本发明还提供了该复合材料的制备方法，本发明的复合材料的冲击性能好。

Description

一种木塑复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于复合材料领域，涉及一种木塑复合材料及其制备方法。

背景技术

目前常用于制备木塑材料的塑料主要有聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）等几类。其方法均是以塑料为基体，加入木粉、相容剂、分散剂、增韧剂等添加剂熔融共混改性之后挤出成型所得。

随着石油资源的日益枯竭和石油价格的不断上升，以石油为原料的塑料工业面临着原料耗尽和成本增加的巨大压力。而可降解材料可从根本上解决环境污染问题。聚乳酸（PLA）是一种具有优良生物相容性的可完全生物降解的脂肪族聚酯类高分子材料，她在自然界中可以完全分解成CO2和H2O。但是现有的以聚乳酸为塑料原料的木塑复合材料存在空隙及裂纹等缺陷。

例如CN101020780A公开了一种木塑复合材料，该复合材料包括聚乳酸30-90份、木粉5-65份、相容剂0.5-30份、光亮剂0.1-5份、增塑剂0.5-10份、成核剂0.5-5份、分散剂0.5-10份和稳定剂0.2-5份，各原料组成总和为100份。该复合材料的冲击强度低。

发明内容

本发明为解决现有的木塑复合材料冲击强度低的技术问题，提供一种冲击强度高的木塑复合材料及其制备方法。

本发明提供了一种木塑复合材料，该复合材料包括聚乳酸、木粉、骨粉和分散剂；以木塑复合材料的总重量为基准，所述聚乳酸的含量为45-75wt%，所述木粉的含量为10-30wt%，所述骨粉的含量为10-20wt%，所述分散剂的含量为2-8wt%；所述骨粉含有骨胶和脂肪。

本发明还提供了一种本发明所述的木塑复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

包括以下步骤：

S1、将骨粉用分散剂进行包覆处理；

S2、然后将木粉、处理后的骨粉、聚乳酸加入至高速搅拌机进行混合；

S3、将步骤S2得到的混合物加入已经预热的模具型腔中，模具预热温度为60-80℃；然后压制成型。

现有的复合材料中，木粉与聚乳酸复合时存在孔隙和裂纹，造成应力集中引起微裂纹。本发明的复合材料中的骨粉能抑制裂纹的扩张，从而提高其冲击性能。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，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。

本发明提供了一种木塑复合材料，该复合材料包括聚乳酸、木粉、骨粉和分散剂；以木塑复合材料的总重量为基准，所述聚乳酸的含量为45-75wt%，所述木粉的含量为10-30wt%，所述骨粉的含量为10-20wt%，所述分散剂的含量为2-8wt%；所述骨粉含有骨胶和脂肪。

本发明的复合材料中的骨粉能抑制裂纹的扩张，从而提高其冲击性能。

优选地，所述骨粉含有骨胶和脂肪，骨粉中的骨胶和脂肪可以确保骨粉在聚乳酸基体中均匀分散且起到增塑和增韧作用。当骨胶和脂肪的含量较大时，骨粉会发生团聚现象，不能在聚合物基体中均匀分散，从而影响复合材料的性能，当骨粉和脂肪含量较少时，骨胶和脂肪对复合材料的冲击强度的贡献将不足，进一步优选为，以骨粉的总重量为基准，所述骨胶的含量为10-15wt%，所述脂肪的含量为10-15wt%。

优选地，所述骨粉的平均粒径为40-500目。本发明的混合物全采用粉料混合，为了更好地进行共混改性，增加聚乳酸、骨粉、木粉之间的接触面积以提高各组分之间的相互作用。

根据本发明所提供的复合材料，所述聚乳酸为本领域常用的聚乳酸，例如可以为乳酸或丙交酯的缩聚物。

优选地，所述聚乳酸的平均粒径为40-500目。本发明的混合物全采用粉料混合，为了更好地进行共混改性，增加聚乳酸、骨粉、木粉之间的接触面积以提高各组分之间的相互作用，聚乳酸的粒径一般大于40目，另外综合考虑制备粉料的可行性及共混时的粉尘污染等，聚乳酸的粒径一般小于500目。

根据本发明所提供的复合材料，所述木粉可以为本领域公开的各种木粉，例如所述木粉是指木屑粉、稻壳粉和秸秆粉中的至少一种。

根据本发明所提供的复合材料，所述分散剂没有特别的限制，可以为本领域常用的各种分散剂，如硅酮、有机硅烷、液体石蜡、硅油和白蜡油中的至少一种。

本发明还提供了一种本发明所述的木塑复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

S1、将骨粉用包覆剂进行包覆处理；

S2、将木粉、步骤S1处理后的骨粉、聚乳酸加入至高速搅拌机进行混合；

S3、将步骤S2得到的混合物加入已经预热的模具型腔中，模具预热温度为60-80℃；然后压制成型。

根据本发明所提供的制备方法，所述压制成型的条件为：温度170-250℃，压力5-20MPa，压制时间10-20min。

根据本发明所提供的制备方法，为了使操作方便及成型更稳定，优选地，在压制结束后冷却5-15min后脱模。

根据本发明所提供的制备方法，所述骨粉可以商购也可以自己制备，本发明采用自己制备。骨粉的制备方法为将废弃动物骨骼压碎，经煮沸3-8小时，除去部分油脂和骨胶并沥尽水分后，在100-140℃的温度下烘干，烘干之后以无水酒精作为湿磨剂，进行研磨成粉状，其粒径为40-500目。

根据本发明所提供的制备方法，为了节约时间并混合均匀，优选地，所述高速搅拌机的转速为3000-9000r/min。

本发明将废弃动物骨头煮沸脱脂后，去掉了大部分的脂肪和骨胶，以利于保存，但通过上述的办法制成的骨粉中还会含有少量的骨胶和脂肪成分，其本身作为分散相均匀分布在聚合物基体中起到了增塑和增韧的作用，大大提高了复合材料的冲击性能；单独加入木粉，会使木粉与PLA复合材料中存在空隙及裂纹等缺陷，造成应力集中会引起微裂纹，而骨粉的加入恰恰能抑制这种裂纹的扩张，从而提高其抗弯、拉伸及冲击性能，但是单独加入骨粉容易造成团聚明显，从而影响其分散性，所以骨粉和木粉一起加入具有一定的协同效应，改善单独加入的缺点；本发明减少其它化学添加剂的加入，利用木粉和骨粉相互作用，而制成复合板材；本发明木粉和骨粉均利用自然界的废弃物，变废为宝，其基体树脂为聚乳酸，为一种绿色环保材料，有利于环境保护。

下面应用实施例对本发明进行进一步的详细说明。

实施例1

原料为：聚乳酸粉末60份、木粉20份、骨粉18份、分散剂2份；

1）先将废弃动物骨骼压碎，经煮沸4小时后沥尽水分后，在100℃下，烘烤6h，烘干之后以无水酒精作为湿磨剂，进行研磨成粉状，得到含有骨胶1.5份，脂肪1.5份的骨粉15份，骨粉的粒径为40目；

2）然后在骨粉中加入分散剂，对其进行包覆处理；然后将木粉、处理后的骨粉、聚乳酸粉末加入至高速搅拌机进行混合，高速搅拌机的转速为4000r/min，搅拌时间为5min；

3）将混合好的混合物加入已经预热的模具型腔中，模具预热温度为60℃，合模，在温度为220℃，压力为15Mpa下压制10min，压制结束后冷却10min后脱模即可得到复合材料A1。

实施例2

原料为：聚乳酸粉末50份、木粉22份、骨粉20份、分散剂8份；

1）先将废弃动物骨骼压碎，经煮沸3小时后沥尽水分后,在120℃下，烘烤6h，烘干之后以无水酒精作为湿磨剂，进行研磨成粉状，得到含有骨胶3份，脂肪3份的骨粉20份，骨粉的粒径为100目；

2）然后在骨粉中加入分散剂，对其进行包覆处理；然后依次加入木粉、处理后的骨粉、聚乳酸粉末至高速搅拌机进行混合，高速搅拌机的转速为3000r/min，搅拌时间为5min；

3）将混合好的混合物加入已经预热的模具型腔中，模具预热温度为80℃，合模，在温度为200℃，压力为10Mpa下压制15min，压制结束后冷却10min后脱模即可得到复合材料A2。

实施例3

原料为：聚乳酸粉末45份、木粉30份、骨粉20份、分散剂5份；

1）先将废弃动物骨骼压碎，经煮沸8小时后沥尽水分后,在140℃下，烘烤6h，烘干之后以无水酒精作为湿磨剂，进行研磨成粉状，得到含有骨胶2份，脂肪2份的骨粉20份，骨粉的粒径为500目；

2）然后在骨粉中加入分散剂，对其进行包覆处理；然后依次加入木粉、处理后的骨粉、聚乳酸粉末至高速搅拌机进行混合，高速搅拌机的转速为9000r/min，搅拌时间为5min；

3）将混合好的混合物加入已经预热的模具型腔中，模具预热温度为80℃，合模，在温度为170℃，压力为5Mpa下压制10min，压制结束后冷却5min后脱模即可复合材料A3。

实施例4

原料为：聚乳酸粉末75份、木粉10份、骨粉10份、分散剂5份；

1）先将废弃动物骨骼压碎，经煮沸4小时后沥尽水分后,在100℃下，烘烤6h，烘干之后以无水酒精作为湿磨剂，进行研磨成粉状，得到含有骨胶1.2份，脂肪1.5份的骨粉10份，骨粉的粒径为100目；

2）然后在骨粉中加入分散剂，对其进行包覆处理；然后依次加入木粉、处理后的骨粉、聚乳酸粉末至高速搅拌机进行混合，高速搅拌机的转速为6000r/min，搅拌时间为5min；

3）将混合好的混合物加入已经预热的模具型腔中，模具预热温度为80℃，合模，在温度为250℃，压力为200Mpa下压制20min，压制结束后冷却15min后脱模即可复合材料A4。

对比例1

按CN101020780A的方法制备复合材料DA1，该复合材料包括聚乳酸60份、木粉20份、相容剂5份、光亮剂5份、增塑剂5份、成核剂1份、分散剂2份和稳定剂2份。

测试方法及测试结果

1、拉伸强度

按照ASTMD638在万能试验机测试实施例1-4的复合材料A1-A4及对比例1的复合材料DA1的拉伸性能，结果见表1。

2、冲击强度

按照ASTMD256在记忆式冲击试验机测试实施例1-4的复合材料A1-A4及对比例1的复合材料DA1的冲击强度，结果见表1。

3、弯曲强度

按照ASTM(D790)标准测试实施例1-4的复合材料A1-A4及对比例1的复合材料DA1的弯曲强度，结果见表1。

表1

	拉伸强度（Mpa）	冲击强度（J/m）	弯曲强度（Mpa）
				A1	56	88	70
A2	59	89	73
				A3	57.5	91	71
A4	58.1	87	72
				DA1	57	55	69

从表1中可以看出本发明的复合材料的拉伸强度和弯曲强度与对比例1得到的复合材料的差不多，但是本发明的复合材料的冲击强度最小为87J/m，而对比例1的复合材料的冲击强度仅为55J/m，远远小于本发明的复合材料。

Claims (10)

1.一种木塑复合材料，其特征在于，该复合材料包括聚乳酸、木粉、骨粉和分散剂；以木塑复合材料的总重量为基准，所述聚乳酸的含量为45-75wt%，所述木粉的含量为10-30wt%，所述骨粉的含量为10-20wt%，所述分散剂的含量为2-8wt%；所述骨粉含有骨胶和脂肪；以骨粉的总重量为基准，所述骨胶的含量为10-15wt%，所述脂肪的含量为10-15wt%。

2.根据权利要求1所述木塑复合材料，其特征在于，所述骨粉的平均粒径为40-500目。

3.根据权利要求1所述木塑复合材料，其特征在于，所述聚乳酸的平均粒径为40-500目。

4.根据权利要求1所述木塑复合材料，其特征在于，所述木粉是指木屑粉、稻壳粉和秸秆粉中的至少一种。

5.根据权利要求1所述木塑复合材料，其特征在于，所述分散剂为有机硅烷、液体石蜡、硅油和白蜡油中的至少一种。

6.一种权利要求1所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将骨粉用分散剂进行包覆处理；

S2、将木粉、步骤S1处理后的骨粉、聚乳酸加入至高速搅拌机进行混合；

S3、将步骤S2得到的混合物加入已经预热的模具型腔中，模具预热温度为60-80℃；然后压制成型。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述压制成型的条件为：温度170-250℃，压力5-20MPa，压制时间10-20min。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在压制结束后冷却5-15min后脱模。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，该方法还包括骨粉的制备方法，该方法为将废弃动物骨骼压碎，经煮沸3-8小时，除去部分油脂和骨胶并沥尽水分后，在100-140℃的温度下烘干，烘干之后以无水酒精作为湿磨剂，进行研磨成粉状，其粒径为40-500目。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述高速搅拌机的转速为3000-9000r/min。