CN103087400B

CN103087400B - 一种木塑复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103087400B
Application number: CN201110331164.9A
Authority: CN
Inventors: 徐龙彬
Original assignee: Shanghai Genius Advanced Materials Group Co Ltd
Current assignee: Shanghai Genius Advanced Materials Group Co Ltd
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2031-10-27
Also published as: CN103087400A

Abstract

本发明属于高分子材料改性技术领域，公开了一种木塑复合材料及其制备方法。本发明的木塑复合材料由包括以下重量份的组分制成：40～75份塑料基材、20～50份木粉和5～10份助剂。该木塑复合材料的制备方法包括以下步骤：(1)将经过硅烷化处理后干燥的20～50份木粉、40～75份塑料基材和5～10份助剂充分混合，混合10～60min；(2)将步骤(1)中的均匀混合物通过双螺杆挤出机挤出造粒，然后进入注塑机或者平板硫化机成型；或者步骤(1)中的均匀混合物进入平板硫化机成型。本发明在木粉表面形成了一层无机物层，有助于提高其与塑料基体的界面结合性能，同时提高了木粉的耐热温度，使其在加工过程中不易分解。

Description

一种木塑复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料改性技术领域，涉及一种木塑复合材料及其制备方法。

背景技术

木塑复合材料(wood-plasticscomposites，简称WPC)是用木粉填充塑料的改性热塑性复合材料，通过挤出、注塑、模压等方法成型。木粉一般为传统的木粉、竹粉、稻秸秆、果壳粉等，热塑性塑料主要有聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)。木塑复合材料的原材料基本上是来自于废旧物，是一种环境友好型材料。

由于，吸水性极强的木粉具有较强的极性，而塑料具有非极性特性，导致木粉与塑料之间的界面相容性不好。目前解决这一问题的方法主要是通过添加马来酸酐接枝物、硅烷偶联剂、钛酸酯类等增溶剂来提高木粉与塑料之间的相容性。同时，木粉的耐热温度较低(一般加工温度不超过180℃)，在加工中容易出现分解，这也间接的导致了选择的塑料基体材料只能是一些加工温度较低的材料，比如PP、PE、PVC、PS、ABS等，导致很多具有更优异性能的高温热塑性塑料无法与其共同制备复合材料。因此，需要选择一种较优的方法对木粉与塑料之间的界面进行改性。目前，对木塑的改性方法主要是有机类改性，通过无机物包覆改性的技术发明还较少。无机物包覆改性在木塑领域是一个比较新颖的方法，北京化工大学的赵永生在《蒙脱土/硅烷改性木粉/PVC复合材料》一文中，在木粉/PVC中加入一定量的经硅烷偶联剂改性的蒙脱土(骨架为Si-O-Si结构)后，提高了木塑复合材料的力学性能，这预示着蒙脱土与PVC之间具有不错的界面结合性能。但是其蒙脱土是直接添加，容易发生团聚，影响产品的性能。

发明内容

针对现有技术中木粉与塑料之间的界面相容性不好的缺陷，本发明的目的是提供一种木塑复合材料，本发明的木塑复合材料显著提高了木粉与塑料基体的界面结合性能。

本发明的另一个目的是提供一种上述木塑复合材料的制备方法，该方法提高了木粉与塑料之间的界面相容性和木粉的加工温度。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种木塑复合材料，该木塑复合材料由包括以下重量份的组分制成：

塑料基材40～75份，

木粉20～50份，

助剂5～10份。

所述的塑料基材为塑料新料或废弃塑料，优选塑料新料。

所述的塑料基材选自聚丙烯(PP，T30S)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)或丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)中的一种或一种以上的物质。

所述的木粉选自普通木粉、竹粉、稻秸秆或果壳粉中的一种或一种以上的物质。

所述的助剂选自润滑剂、抗氧剂或紫外线稳定剂中的一种或一种以上的物质。

所述的润滑剂选自聚乙烯蜡或硬脂酸中的一种。

所述的抗氧剂选自抗氧剂1010或抗氧剂168中的一种。

所述的紫外线稳定剂选自UV-531或UV-327中的一种。

本发明还提供了一种上述木塑复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将经过硅烷化处理后干燥的20～50份木粉、40～75份塑料基材和5～10份助剂充分混合，混合10～60min；

(2)将步骤(1)中的均匀混合物通过双螺杆挤出机挤出造粒，然后进入注塑机或者平板硫化机成型；或者步骤(1)中的均匀混合物进入平板硫化机成型。

所述的经过硅烷化处理后干燥的木粉处理方法如下：

(1)取20～50份木粉在100℃空气气氛下，干燥2～5h；

(2)将步骤(1)中得到的干燥的木粉，置于由正硅酸乙酯(TEOS)、硅烷偶联剂、无水乙醇、酸催化剂组成的混合处理液中，其中：混合处理液中正硅酸乙酯(TEOS)、硅烷偶联剂和无水乙醇的质量比：正硅酸乙酯(TEOS)∶硅烷偶联剂∶无水乙醇＝6∶4～9∶6～18；酸催化剂用量控制在混合处理液的质量分数为0.5～2％；常温下搅拌10～60min，发生水解缩聚反应在木粉表面形成一层二氧化硅溶胶；

(3)将步骤(2)中的木粉取出沥干，置于空气气氛下干燥48～120h后；100℃空气气氛下，干燥1～3h得到经硅烷化处理的木粉，备用。

所述的硅烷偶联剂选自KH550、KH560、KH570或KH792中的一种。

所述的酸催化剂选自盐酸或对甲基苯磺酸中的一种。

所述的双螺杆挤出机螺杆各区的温度范围设置为140～240℃。

所述的注塑机各段温度设置为170～230℃。

所述的平板硫化机成型过程中，其中加压温度为180～200℃，加压至5～12MPa；加压两次，预热5～10min，压一次，去除压力；继续预热2～5min，压第二次，保压1～3min，去除压力，待冷却取出样品。

本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

1、本发明在木粉表面形成了一层无机物层，有助于提高其与塑料基体的界面结合性能。

2、本发明在木粉表面形成一层二氧化硅层有利于提高木粉的耐热温度，使其在加工过程中不易分解。

3、本发明的混合处理液不加水，混合处理液自身较稳定，可以重复使用，基本没有废液排放，既节省成本，也保护了环境。

4、本发明中无机二氧化硅是通过溶胶-凝胶工艺制备得到的，分散均匀。

5、本发明中由于有二氧化硅的存在，有利于木塑复合材料的刚性等力学性能的提高。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的说明。

为了使试验工艺的调整更加方便，下述实施例中所用塑料基材均是塑料新料。

下述实施例中，混合处理液的用量为能够完全浸渍木粉即可。

实施例1

(1)木粉的处理：将20份普通木粉在100℃下干燥3h，放入配好的混合处理液中，其中混合处理液中TEOS∶KH550∶无水乙醇的质量比为1∶1∶1，加入0.5％的盐酸(盐酸用量为混合处理液的质量分数为0.5％)，在常温下搅拌10min，发生水解缩聚反应在木粉表面形成一层二氧化硅溶胶；取出沥干；置于空气气氛下干燥48h，然后100℃空气气氛下，干燥1h，得到经硅烷化处理的木粉，备用。

(2)木塑复合材料的制备：将上述20份经硅烷化处理的木粉、75份PP(T30S)、0.5份抗氧剂1010、4.5份紫外线稳定剂UV-327，先在开炼机上进行预混合，10min；再通过平板硫化机进行模压成型，其中加压温度为190℃，压力为8MPa，先预热8min，压一次，很快去除压力；继续预热4min，重复压第二次，保压2min，去除压力，待冷却取出样品。该材料的力学性能测试情况请见表1。

表1

	拉伸强度	弯曲强度	弯曲模量
				实施例1	25.6MPa	40.3MPa	1402MPa

其中：拉伸强度是按照GB/T1040.2-2006，弯曲模量和弯曲强度是按照GB/T9341-2008测定的。

由表1可知，该方法所制备的木塑复合材料具有较高的弯曲模量，相比于常见PP-g-MAH和偶联剂等方法处理的具有一定优势。

实施例2

(1)木粉的处理：将35份普通木粉在100℃下干燥3h，放入配好的混合处理液中，其中混合处理液中TEOS∶KH550∶无水乙醇的质量比为1∶1∶1.5，加入1.2％的盐酸(盐酸用量为混合处理液的质量分数为1.2％)，在常温下搅拌10min，发生水解缩聚反应在木粉表面形成一层二氧化硅溶胶；取出沥干；置于空气气氛下干燥48h，然后100℃空气气氛下，干燥2h，得到经硅烷化处理的木粉，备用。

(2)木塑复合材料的制备：将35份经硅烷化处理的木粉、60份PP(T30S)、0.5份抗氧剂1010、3份紫外线稳定剂UV-327、5份聚乙烯蜡充分混合60min后；加入双螺杆挤出机挤出造粒，其中挤出机1～6区温度分别为160～180℃，180～190℃，190～200℃，200～210℃，210～220℃，210～220℃，机头温度为210～220℃；然后将造好的粒子通过平板硫化机模压成型，其中加压温度为180℃，压力为5MPa，先预热5min，压一次，很快去除压力；继续预热2min，重复压第二次，保压1min，去除压力，待冷却取出样品。制品成型效果好。

实施例3

(1)木粉的处理：将50份普通木粉在100℃下干燥3h，放入配好的混合处理液中，混合处理液中TEOS∶KH550∶无水乙醇的质量比为1∶1.5∶1.5，加入2％的盐酸(盐酸用量为混合处理液的质量分数为2％)，在常温下搅拌60min，发生水解缩聚反应在木粉表面形成一层二氧化硅溶胶；取出沥干；置于空气气氛下干燥120h，然后再100℃空气气氛下，干燥3h，得到经硅烷化处理的木粉，备用。

(2)木塑复合材料的制备：将50份经硅烷化处理的木粉、40份PP(T30S)、0.25份抗氧剂1010、2份紫外线稳定剂UV-327、7份聚乙烯蜡充分混合60min后；加入双螺杆挤出机挤出造粒，其中挤出机1～6区温度分别为160～180℃，180～190℃，190～200℃，200～210℃，210～220℃，210～220℃，机头温度为210～220℃，然后将造好的粒子通过平板硫化机模压成型，其中加压温度为200℃，压力为12MPa，先预热10min，压一次，很快去除压力；继续预热5min，重复压第二次，保压3min，去除压力，待冷却取出样品。制品成型效果较好。

实施例4

(1)木粉的处理：将35份竹粉在100℃下干燥3h，放入配好的混合处理液中，混合处理液中TEOS∶KH560∶无水乙醇的质量比为1∶1.5∶3，加入0.7％的对甲基苯磺酸(对甲基苯磺酸为混合处理液的质量分数为0.7％)，在常温下搅拌60min，发生水解缩聚反应在竹粉表面形成一层二氧化硅溶胶；取出沥干；置于空气气氛下干燥120h，然后再100℃空气气氛下，干燥3h，得到经硅烷化处理的竹粉，备用。

(2)木塑复合材料的制备：将35份经硅烷化处理的竹粉、60份聚乙烯(PE)、0.25份抗氧剂168、2份紫外线稳定剂UV-531、7份硬脂酸充分混合60min后；加入双螺杆挤出机挤出造粒，其中挤出机1～6区温度分别为140～150℃，150～165℃，165～175℃，175～190℃，190～200℃，190～200℃，机头温度为190～200℃；然后将造好的粒子加入注塑机注塑成型，注塑温度范围为170～190℃，制品成型效果较好。

实施例5

(1)木粉的处理：将35份稻秸秆在100℃下干燥3h，放入配好的混合处理液中，混合处理液中TEOS∶KH570∶无水乙醇的质量比为1∶1.5∶1.5，加入2％的对甲基苯磺酸(对甲基苯磺酸为混合处理液的质量分数为2％)，在常温下搅拌60min，发生水解缩聚反应在稻秸秆表面形成一层二氧化硅溶胶；取出沥干；置于空气气氛下干燥120h，然后再100℃空气气氛下，干燥3h，得到经硅烷化处理的稻秸秆，备用。

(2)木塑复合材料的制备：将35份经硅烷化处理的稻秸秆、60份聚氯乙烯(PVC)、0.25份抗氧剂168、2份紫外线稳定剂UV-531、7份硬脂酸充分混合60min后；加入双螺杆挤出机挤出造粒，其中挤出机1～6区温度分别为155～160℃，160～170℃，170～180℃，180～185℃，185～190℃，185～190℃，机头温度为185～190℃；然后将造好的粒子加入注塑机注塑成型，注塑温度范围为170～190℃，制品成型效果较好。

实施例6

(1)木粉的处理：将35份果壳粉在100℃下干燥3h，放入配好的混合处理液中，混合处理液中TEOS∶KH792∶无水乙醇的质量比为1∶1.5∶1.5，加入2％的对甲基苯磺酸(对甲基苯磺酸为混合处理液的质量分数为2％)，在常温下搅拌60min，发生水解缩聚反应在果壳粉表面形成一层二氧化硅溶胶；取出沥干；置于空气气氛下干燥120h，然后再100℃空气气氛下，干燥3h，得到经硅烷化处理的果壳粉，备用。

(2)木塑复合材料的制备：将35份经硅烷化处理的果壳粉、60份聚苯乙烯(PS)、0.25份抗氧剂168、2份紫外线稳定剂UV-531、7份硬脂酸充分混合60min后；加入双螺杆挤出机挤出造粒，其中挤出机1～6区温度分别为155～165℃，165～175℃，175～190℃，190～200℃，200～210℃，210～220℃，机头温度为210～220℃。然后将造好的粒子加入注塑机注塑成型，注塑温度范围为190～210℃，制品成型效果较好。

实施例7

(1)木粉的处理：将40份果壳粉在100℃下干燥3h，放入配好的混合处理液中，混合处理液中TEOS∶KH792∶无水乙醇的质量比为1∶1.5∶1.5，加入1.2％的对甲基苯磺酸(对甲基苯磺酸为混合处理液的质量分数为1.2％)，在常温下搅拌60min，发生水解缩聚反应在果壳粉表面形成一层二氧化硅溶胶；取出沥干；置于空气气氛下干燥120h，然后再100℃空气气氛下，干燥3h，得到经硅烷化处理的果壳粉，备用。

(2)木塑复合材料的制备：将40份经硅烷化处理的果壳粉、50份丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)、0.25份抗氧剂168、2份紫外线稳定剂UV-327、7份硬脂酸充分混合60min后；加入双螺杆挤出机挤出造粒，其中挤出机1～6区温度分别为165～175℃，175～190℃，190～210℃，210～220℃，220～230℃，230～240℃，机头温度为230～240℃；然后将造好的粒子加入注塑机注塑成型，注塑温度范围为220～230℃，制品成型效果较好。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种木塑复合材料，其特征在于：该木塑复合材料包括以下重量份的组分：

塑料基材40～75份，

木粉20～50份，

助剂5～10份；

所述的塑料基材选自聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯或丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物中的一种或一种以上的物质；

20～50份木粉经过硅烷化处理后干燥；

经过硅烷化处理后干燥的20～50份木粉的处理方法如下：

(1)、取20～50份木粉在100℃空气气氛下，干燥2～5h；

(2)、将步骤(1)中得到的干燥的木粉，置于由正硅酸乙酯、硅烷偶联剂、无水乙醇和酸催化剂组成的混合处理液中，其中：混合处理液中正硅酸乙酯、硅烷偶联剂和无水乙醇的质量比为正硅酸乙酯：硅烷偶联剂：无水乙醇＝6：4～9：6～18；酸催化剂用量控制在混合处理液的质量分数为0.5～2％；常温下搅拌10～60min，发生水解缩聚反应在木粉表面形成一层二氧化硅溶胶；

(3)、将步骤(2)中的木粉取出沥干，置于空气气氛下干燥48～120h后；100℃空气气氛下，干燥1～3h得到经硅烷化处理的木粉，备用；

所述的混合处理液不加水；

所述的酸催化剂选自盐酸或者对甲基苯磺酸中的一种。

2.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于：所述的木粉选自普通木粉、竹粉、稻秸秆或果壳粉中的一种或一种以上的物质。

3.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于：所述的助剂选自润滑剂、抗氧剂或紫外线稳定剂中的一种或一种以上的物质；其中：润滑剂选自聚乙烯蜡或硬脂酸中的一种；抗氧剂选自抗氧剂1010或抗氧剂168中的一种；紫外线稳定剂选自UV-531或UV-327中的一种。

4.权利要求1至3任一所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(2)将步骤(1)中的均匀混合物通过双螺杆挤出机挤出造粒，然后进入注塑机或者平板硫化机成型；或者步骤(1)中的均匀混合物进入平板硫化机成型；

经过硅烷化处理后干燥的20～50份木粉的处理方法如下：

(1)、取20～50份木粉在100℃空气气氛下，干燥2～5h；

(2)、将步骤(1)中得到的干燥的木粉，置于由正硅酸乙酯、硅烷偶联剂、无水乙醇、酸催化剂组成的混合处理液中，其中：混合处理液中正硅酸乙酯、硅烷偶联剂和无水乙醇的质量比为正硅酸乙酯：硅烷偶联剂：无水乙醇＝6：4～9：6～18；酸催化剂用量控制在混合处理液的质量分数为0.5～2％；常温下搅拌10～60min，发生水解缩聚反应在木粉表面形成一层二氧化硅溶胶；

所述的混合处理液不加水；

所述的酸催化剂选自盐酸或者对甲基苯磺酸中的一种。

5.根据权利要求4所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于：所述的硅烷偶联剂选自KH550、KH560、KH570或KH792中的一种。

6.根据权利要求4所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于：所述的双螺杆挤出机螺杆温度范围设置为140～240℃；所述的注塑机各段温度设置为170～230℃。

7.根据权利要求4所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于：所述的平板硫化机成型过程中，其中加压温度为180～200℃，加压至5～12MPa；加压两次，预热5～10min，压一次，去除压力；继续预热2～5min，压第二次，保压1～3min，去除压力，待冷却取出样品。