CN103102556A - 一种竹塑复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种竹塑复合材料，由包括以下重量份的组分制成：竹纤维20-60份，热塑性塑料30-70份，偶联剂0.5-2份，相容剂1.5-5份，成核剂0.5-2份，润滑剂0.5-2份，混合助剂2-5份。本发明还公开了该竹塑复合材料的制备方法。本发明的竹塑复合材料重量轻、尺寸稳定性好，相较于木塑复合材料具有更好的力学性能和强度，可应用于内外墙体材料方面；另一方面，该竹塑复合材料表面光洁度好，耐水、耐磨、耐化学腐蚀性好，可作为铺垫板等建筑装饰材料；该材料采用价廉的天然纤维，环保且易于降解，是一种绿色环保的新型代木代塑材料。本发明竹塑复合材料的制备方法工艺简单，易于控制，产品稳定性良好。

Description

一种竹塑复合材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及高分子复合材料技术领域，尤其涉及一种竹塑复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着环保与经济时代的来临，成本低、性能好并且具备一定环境相容性的复合材料具有越来越广阔的市场前景。近年来，天然植物纤维作为增强材料的优势越来越受大众的关注。因为它不仅具有资源丰富，价格低廉，密度比其他无机纤维都小，而模量和拉伸强度与无机纤维相近的优点，同时还具有可反复加工、不易吸水受潮、可生物降解等特点。我国竹资源丰富，有着“竹子王国”之称，而竹纤维作为植物纤维的一类，有其自身的特点，具有独特的抗菌、防臭性能及优良的着色性、耐磨性，且成本较低，可塑性好。

竹塑复合材料是一种新型的复合材料，是利用竹质纤维填料（粉）和塑料（可用边角料或废料）为主要原料，经挤出、热压成型制得板材。该材料表面光洁，质地密实，既克服了木材强度低和变异性等使用局限性，又克服了有机材料模量低等缺点，具有较好的力学及吸音性能，且其耐腐蚀、抗虫蛀、吸水性小、易回收，是一种新型的代木环保材料，对其进行深入研究有利于缓解目前木材资源紧缺和塑料废弃物污染等严重问题，且用途及市场前景非常广阔，可广泛应用于建筑、包装、运输和家装等领域，目前已有大量文献和专利报道，对竹塑复合材料的研究和开发应用也取得了很大的进展。

   公开号为CN 102229749 A的专利公开了一种新型竹塑复合材料，该材料克服了复合材料因纤维的加入而使冲击强度大幅度降低的弊端；专利CN 101798414 A公开了一种可降解注塑级竹塑复合材料及制备方法，制备出一种易于降解的环境友好材料。此外，目前根据实际需求的不同也开发出具有特殊性能的竹塑材料，如专利CN 100432139C公开了一种竹塑结皮发泡复合材料及其制备方法，采用一步挤出生产方法，并添加了冷却水套，获得表面结皮光滑不发泡与内部发泡的PVC竹塑结皮发泡材料，可应用于建筑装饰型材、地板、踢脚板、扶手、园林用板凳、栅栏等领域，是以塑代木的新一代产品。

但是，竹纤维和塑料的复合依然面临很多技术难题，如竹纤维是强极性的，亲水性好，而塑料是非极性的，疏水性强，导致竹纤维和塑料间的相容性差，界面粘结力小，从而影响了竹塑复合材料的复合性能。此外，竹纤维本身成分的复杂性也决定了竹塑复合材料成型加工的难度，如，随着竹纤维比例的增加，加工流动性和力学性能均随之降低，不能生产形状复杂的制品。

发明内容

本发明就是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种机械性能高、表面光洁度好、耐水耐磨性优良的竹塑复合材料，且该材料易于降解，是一种环境友好材料。

本发明的另一目的是提供上述竹塑复合材料的制备方法。

本发明的再一目的是提供上述竹塑复合材料的应用。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种竹塑复合材料，由包括以下重量份的组分制成：

竹纤维                20-60份，

热塑性塑料            30-70份，

偶联剂                0.5-2份，

相容剂                1.5-5份，

成核剂                0.5-2份，

润滑剂                0.5-2份，

混合助剂              2-5份。

优选的，所述竹纤维为竹粉，40-100目。

优选的，所述热塑性塑料选自聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）中的一种或几种。

优选的，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或几种。

所述硅烷偶联剂选自KH550、KH560、KH570，所述钛酸酯偶联剂为NDZ-101。

优选的，所述相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）、马来酸酐接枝聚乙烯（PE-g-MAH）、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物（POE-g-MAH）中的一种或几种。

优选的，所述成核剂选自轻质碳酸钙、滑石粉中的一种或几种。

优选的，所述润滑剂选自聚乙烯蜡、硅油、硬脂酸中的一种或几种。

优选的，所述混合助剂选自稳定剂、抗氧剂、改性剂中的一种或几种。

优选的，所述混合助剂为氧化锌：抗氧剂1010：辅助抗氧剂168：丙烯酸酯共聚物为2:1:1:1的混合物。

一种竹塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照以下重量份称取各组分原料：竹纤维20-60份，热塑性塑料30-70份，偶联剂0.5-2份，相容剂1.5-5份，成核剂0.5-2份，润滑剂0.5-2份，混合助剂2-5份；

（2）将竹纤维在40-100目筛网过筛，并在90-100℃下干燥3-5小时，备用；

（3）将步骤（2）得到的竹纤维和热塑性塑料置于高速混合机中加热混匀，同时加入偶联剂、相容剂、成核剂、润滑剂和混合助剂混合均匀，控制混合温度在100-120℃，转速在100-300r/min；混合均匀后冷却至20-40℃，得预混料；

（4）将预混料置于温度为160-190℃、转速为40-60r/min的双螺杆挤出机中进行熔融复合得到竹塑复合材料熔体；

（5）将步骤（4）中竹塑复合材料熔体通过平行双螺杆挤出机挤出成型，分切，冷却，即得竹塑复合材料。

本发明的竹塑复合材料应用于铺垫板、内外墙板等建筑材料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的竹塑复合材料重量轻、尺寸稳定性好，相较于木塑复合材料具有更好的力学性能和强度，可应用于内外墙体材料方面；另一方面，该竹塑复合材料表面光洁度好，耐水、耐磨、耐化学腐蚀性好，可作为铺垫板等建筑装饰材料；同时，该材料采用价廉的天然纤维，环保且易于降解，是一种绿色环保的新型代木代塑材料。本发明竹塑复合材料的制备方法工艺简单，易于控制，产品稳定性良好。

具体实施方式

下面结合各实施例详细描述本发明。

实施例1

按照下面的重量称取原料（重量份）：

竹纤维                 20份，

聚乙烯                 70份，

偶联剂KH550          0.5份，

相容剂PE-g-MAH       1.5份，

成核剂轻质碳酸钙       0.5份，

润滑剂聚乙烯蜡         0.5份，

混合助剂               2份。

混合助剂具体为，氧化锌 0.8份，抗氧剂1010 0.4份，辅助抗氧剂168 0.4份，丙烯酸酯共聚物 0.4份。

将竹纤维在40-100目筛网过筛，并在90℃下干燥5小时；然后将上述竹纤维和聚乙烯置于高速混合机中加热混匀，同时加入偶联剂、相容剂、润滑剂、成核剂和混合助剂混合均匀，控制混合温度在100℃，转速在100r/min；混合均匀后冷却至20℃，得预混料；将上述预混料置于温度为160-190℃、转速为40r/min的双螺杆挤出机中进行熔融复合得到竹塑复合材料熔体；将上述竹塑复合材料熔体通过平行双螺杆挤出机挤出成型，分切，冷却，即得竹塑复合材料。

实施例2

按照下面的重量称取原料（重量份）：

竹纤维                 30份，

聚丙烯                 60份，

偶联剂KH570           2份，

相容剂PP-g-MAH       5份，

成核剂滑石粉           2份，

润滑剂硅油             2份，

混合助剂               3份。

其中，氧化锌 1.2份，抗氧剂1010 0.6份，辅助抗氧剂168 0.6份，丙烯酸酯共聚物 0.6份。

将竹纤维在40-100目筛网过筛，并在100℃下干燥3小时；然后将上述竹纤维和聚丙烯置于高速混合机中加热混匀，同时加入偶联剂、相容剂、润滑剂、成核剂和混合助剂混合均匀，控制混合温度在120℃，转速在300r/min；混合均匀后冷却至40℃，得预混料；将上述预混料置于温度为160-190℃、转速为60r/min的双螺杆挤出机中进行熔融复合得到竹塑复合材料熔体；将上述竹塑复合材料熔体通过平行双螺杆挤出机挤出成型，分切，冷却，即得竹塑复合材料。

实施例3

按照下面的重量称取原料（重量份）：

竹纤维                 40份，

聚氯乙烯               50份，

偶联剂KH560           1份，

相容剂POE-g-MAH      2.5份，

成核剂滑石粉           1.5份，

润滑剂硬脂酸           1份，

混合助剂               4份。

其中，氧化锌 1.6份，抗氧剂1010 0.8份，辅助抗氧剂168 0.8份，丙烯酸酯共聚物 0.8份。

将竹纤维在40-100目筛网过筛，并在95℃下干燥4小时；然后将上述竹纤维和聚氯乙烯置于高速混合机中加热混匀，同时加入偶联剂、相容剂、润滑剂、成核剂和混合助剂混合均匀，控制混合温度在110℃，转速在180r/min；混合均匀后冷却至30℃，得预混料；将上述预混料置于温度为160-190℃、转速为50r/min的双螺杆挤出机中进行熔融复合得到竹塑复合材料熔体；将上述竹塑复合材料熔体通过平行双螺杆挤出机挤出成型，分切，冷却，即得竹塑复合材料。

实施例4

按照下面的重量称取原料（重量份）：

竹纤维                 50份，

聚丙烯                 40份，

钛酸酯偶联剂NDZ-101   1份，

相容剂PP-g-MAH       3份，

成核剂滑石粉           1份，

润滑剂硬脂酸           1份，

混合助剂               2.5份。

其中，氧化锌 1份，抗氧剂1010 0.5份，辅助抗氧剂168 0.5份，丙烯酸酯共聚物 0.5份。

将竹纤维在40-100目筛网过筛，并在92℃下干燥3.5小时；然后将上述竹纤维和聚丙烯置于高速混合机中加热混匀，同时加入偶联剂、相容剂、润滑剂、成核剂和混合助剂混合均匀，控制混合温度在105℃，转速在230r/min；混合均匀后冷却至35℃，得预混料；将上述预混料置于温度为160-190℃、转速为45r/min的双螺杆挤出机中进行熔融复合得到竹塑复合材料熔体；将上述竹塑复合材料熔体通过平行双螺杆挤出机挤出成型，分切，冷却，即得竹塑复合材料。

实施例5

按照下面的重量称取原料（重量份）：

竹纤维                 60份，

聚乙烯                 30份，

铝酸酯偶联剂           2份，

相容剂PE-g-MAH       1.5份，

成核剂轻质碳酸钙       2份，

润滑剂硬脂酸           0.5份，

混合助剂               5份。

其中，氧化锌 2份，抗氧剂1010 1份，辅助抗氧剂168 1份，丙烯酸酯共聚物 1份。

将竹纤维在40-100目筛网过筛，并在98℃下干燥4.5小时；然后将上述竹纤维和热塑性塑料置于高速混合机中加热混匀，同时加入偶联剂、相容剂、润滑剂、成核剂和混合助剂混合均匀，控制混合温度在115℃，转速在280r/min；混合均匀后冷却至33℃，得预混料；将上述预混料置于温度为160-190℃、转速为55r/min的双螺杆挤出机中进行熔融复合得到竹塑复合材料熔体；将上述竹塑复合材料熔体通过平行双螺杆挤出机挤出成型，分切，冷却，即得竹塑复合材料。

对实施例1-5制备得到的竹塑复合材料进行性能测试，测试结果见表1。

表1

从表1的数据可以看出，本发明的竹塑复合材料质量轻，拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等力学性能良好，可应用于内外墙体板方面；另外，洛氏硬度测试也表明，材料硬度大，尺寸稳定性和表面光洁度好，可作为铺垫板等建筑装饰材料。总之，该竹塑复合材料是一种绿色环保的新型代木代塑复合材料。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种竹塑复合材料，其特征在于，由包括以下重量份的组分制成：

竹纤维                20-60份，

热塑性塑料            30-70份，

偶联剂                0.5-2份，

相容剂                1.5-5份，

成核剂                0.5-2份，

润滑剂                0.5-2份，

混合助剂              2-5份。

2.如权利要求1所述的竹塑复合材料，其特征在于，所述竹纤维为竹粉，40-100目。

3.如权利要求1所述的竹塑复合材料，其特征在于，所述热塑性塑料选自聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯中的一种或几种。

4.如权利要求1所述的竹塑复合材料，其特征在于，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或几种。

5.如权利要求1所述的竹塑复合材料，其特征在于，所述相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物中的一种或几种。

6.如权利要求1所述的竹塑复合材料，其特征在于，所述成核剂选自轻质碳酸钙、滑石粉中的一种或几种；所述润滑剂选自聚乙烯蜡、硅油、硬脂酸中的一种或几种。

7.如权利要求1所述的竹塑复合材料，其特征在于，所述混合助剂选自稳定剂、抗氧剂、改性剂中的一种或几种。

8.如权利要求1所述的竹塑复合材料，其特征在于，所述混合助剂为氧化锌：抗氧剂1010：辅助抗氧剂168：丙烯酸酯共聚物为2:1:1:1的混合物。

9.一种如权利要求1所述的竹塑复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）按照以下重量份称取各组分原料：竹纤维20-60份，热塑性塑料30-70份，偶联剂0.5-2份，相容剂1.5-5份，成核剂0.5-2份，润滑剂0.5-2份，混合助剂2-5份；

（2）将竹纤维在40-100目筛网过筛，并在90-100℃下干燥3-5小时，备用；

（3）将步骤（2）得到的竹纤维和热塑性塑料置于高速混合机中加热混匀，同时加入偶联剂、相容剂、成核剂、润滑剂和混合助剂混合均匀，控制混合温度在100-120℃，转速在100-300r/min；混合均匀后冷却至20-40℃，得预混料；

（4）将预混料置于温度为160-190℃、转速为40-60r/min的双螺杆挤出机中进行熔融复合得到竹塑复合材料熔体；

（5）将步骤（4）中竹塑复合材料熔体通过平行双螺杆挤出机挤出成型，分切，冷却，即得竹塑复合材料。

10.如权利要求1-8中任一项所述的竹塑复合材料的应用，其特征在于，用于铺垫板、内外墙板的建筑材料。