CN103102586A - 一种麻纤维/聚丙烯耐磨型木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种麻纤维/聚丙烯耐磨型木塑复合材料，由包括以下重量份的组分制成：聚丙烯30-70份，麻纤维10-50份，偶联剂1.5-5份，相容剂0.5-10份，辅助剂1-10份。本发明还公开了该麻纤维/聚丙烯耐磨型木塑复合材料的制备方法。本发明的麻纤维/聚丙烯耐磨型木塑复合材料具有良好的界面粘结、耐磨性和表面硬度，综合力学性能优异，可应用于建筑材料和家具材料领域；另外，本发明选用了价廉、环保、安全的天然纤维作为原料，既降低了生产成本，又有利于绿色环保，符合国家可持续性发展的战略目标。同时，采用热压成型制备木塑复合材料，制备工艺简单，对设备要求低，生产成本低，产品性能高，具有广阔的市场前景。

Description

一种麻纤维/聚丙烯耐磨型木塑复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子复合材料技术领域，尤其涉及一种麻纤维/聚丙烯耐磨型木塑复合材料及其制备方法。

背景技术

木塑复合材料不仅具有原木特有的木质感，而且尺寸稳定性、耐水性、耐磨性、耐化学腐蚀性优良，不怕虫蛀，易于着色，维护要求低，使用寿命长，易于成型和可二次加工。另外，它还可充分利用回收木材、余料、木屑等原来被废弃的木料，大幅度提高天然木材的利用率，并可解决废弃木料所造成的垃圾污染及处理问题，具有保护环境和提高人造木材制品附加价值的功效。因而木塑复合材料现已引起人们的广泛重视，被誉为绿色环保新型材料，具有广阔的发展前景。随着我国现代化建设的持续发展，我国对木塑复合材料的开发研究取得了工业化阶段性成果。目前，我国对木塑复合材料的研究主要集中在工艺设备、配方改性、老化研究等方面；应用主要在建筑业，用于制作护墙板、天花板、壁板、门窗框、海边铺地板、建筑模板、防潮隔板、楼梯板、站台及路板等，另外还开始用于汽车车厢底板、铁路客车地板等。

木塑复合材料使用中的表面耐磨性能是其重要的性能指标。所谓材料耐磨性是指其在一定的摩擦条件下抵抗磨损的能力，磨损是材料表面受摩擦、挤压、冲击、剥蚀以及这几种因素综合作用时所产生的一种表面变化过程，其特点是磨损部分只是表面、形状和体积等物理性质发生变化，而没有化学性质的变化。南京林业大学李大纲等研究了木塑复合材料的表面耐磨性能和自然气候条件老化对其耐磨性能的影响。

近年来，环保意识深入人心，植物纤维以其无毒无害、生态环保、可降解、轻质价廉、比强度和比模量高、耐摩擦磨损及可再生等优良特性，在增强聚合物基复合材料的应用中越来越受到人们的重视。如剑麻（SF）是一种多年生的天然硬质纤维作物，具有质地坚韧、耐磨损、耐酸碱、耐海水、抗腐蚀及耐低温等突出优点，可作为木塑复合材料的原料和增强剂。桂林理工大学陆绍荣等对剑麻纤维增强聚丙烯木塑复合材料耐磨性进行了相关研究。此外，专利CN101781470也公开了一种高耐磨木塑复合材料及其制备方法，该方法采用高耐磨的改性纳米陶瓷粒子和改性植物纤维粉熔融共混得到高耐磨木塑复合材料。

以上研究和专利，对高耐磨性木塑复合材料的工业化生产具有重要意义，为其广泛应用做了很好的准备工作。随着科技的不断发展和人们需求的不断提高，对木塑复合材料的要求也更加多元化。但是，目前未处理的麻纤维与树脂基体的界面粘结不理想，导致复合材料的力学性能不高，从而限制了麻纤维在实际中的应用；另一方面，在建材、家具、包装等潜在应用领域，木塑复合材料的耐磨性和表面硬度也是重要的性能指标。

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界面粘结良好，并具有良好耐磨性和表面硬度的麻纤维/聚丙烯耐磨型木塑复合材料。

本发明的另一目的是提供该麻纤维/聚丙烯耐磨型木塑复合材料的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种麻纤维/聚丙烯耐磨型木塑复合材料，由包括以下重量份的组分制成：

聚丙烯PP            30-70份，

麻纤维              10-50份，

偶联剂              1.5-5份，

相容剂              0.5-10份，

辅助剂              1-10份。 

优选的，所述麻纤维为短切剑麻纤维（SF），白色，长度为5-8mm。剑麻纤维是一种硬质纤维，质地坚韧，耐磨擦，不易脆断。

优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂，选自                                                

-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）、

-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷（KH570）、乙烯基三甲氧基硅烷（A-171）中的一种或几种。

优选的，所述相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）或马来酸酐接枝聚乙烯（PE-g-MAH）中的一种或两种。

优选的，所述辅助剂为轻质碳酸钙，粒径在200-600目。

一种麻纤维/聚丙烯耐磨型木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原料：聚丙烯30-70份，麻纤维10-50份，偶联剂1.5-5份，相容剂0.5-10份，辅助剂1-10份；

（2）麻纤维预处理：将麻纤维经过碱处理后，均匀喷雾偶联剂的乙醇溶液，然后在70-80℃下烘干备用；

（3）制备模塑料：将步骤（2）中经表面处理的麻纤维、相容剂、辅助剂与PP共混，在塑炼机上辊炼5-15min，制成模塑料，其中塑炼机温度为180-200℃；

（4）热压成型制备木塑复合材料板：将步骤（3）中制备的模塑料在模压机上热压成型，其中，模压温度为170-180℃，压力为10-15MPa，热压时间为5-15min，制得耐磨型木塑复合材料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的麻纤维/聚丙烯耐磨型木塑复合材料具有良好的界面粘结、耐磨性和表面硬度，综合力学性能优异，可应用于建筑材料和家具材料领域；另一方面，本发明选用了价廉、环保、安全的天然纤维作为原料，既降低了生产成本，又有利于绿色环保，符合国家可持续性发展的战略目标。同时，采用热压成型制备木塑复合材料，制备工艺简单，对设备要求低，生产成本低，产品性能高，具有广阔的市场前景。

本发明基于市场需求，首先对麻纤维进行表面改性，然后通过熔融共混、模压成型方式，制备得到界面粘结良好的麻纤维/聚丙烯耐磨型木塑复合材料，该木塑复合材料具有良好的耐磨性和表面硬度，可应用于建材、家具、包装等领域。

附图说明

图1为本发明麻纤维/聚丙烯耐磨型木塑复合材料的制备方法的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明。

实施例1

按照下面的重量份称取原料：PP 70，短切剑麻纤维（长度为5-6mm）20，硅烷偶联剂KH550 1.5，相容剂PP-g-MAH 0.5，辅助剂轻质碳酸钙（CaCO₃）（粒径在200-300目）8。

生产该种麻纤维/聚丙烯耐磨型木塑复合材料的方法：图1为本发明制备方法的工艺流程示意图，以下结合图1对本实施例进行说明。

将上述短切剑麻纤维经过碱处理后，均匀喷雾硅烷偶联剂的乙醇溶液，然后在70℃下烘干备用。

将上述经表面处理的剑麻纤维、相容剂、辅助剂与PP共混，在塑炼机上辊炼5min，制成模塑料，其中塑炼机温度在200℃。

将上述模塑料在模压机上热压成型，其中，模压温度在180℃，压力在10MPa，热压时间在15min，制得耐磨型木塑复合材料。

实施例2

按照下面的重量份称取原料：PP 50 ，短切剑麻纤维（长度为7-8mm）40，硅烷偶联剂KH570 2.5，相容剂PP-g-MAH 5，辅助剂轻质碳酸钙（CaCO₃）（粒径在400-600目） 2.5。

将上述短切剑麻纤维经过碱处理后，均匀喷雾硅烷偶联剂的乙醇溶液，然后在80℃下烘干备用。

将上述经表面处理的剑麻纤维、相容剂、辅助剂与PP共混，在塑炼机上辊炼15min，制成模塑料，其中塑炼机温度在180℃。

将上述模塑料在模压机上热压成型，其中，模压温度在170℃，压力在15MPa，热压时间在5min，制得耐磨型木塑复合材料。

实施例3

按照下面的重量份称取原料：PP 30 ，短切剑麻纤维（长度为5-8mm）50，硅烷偶联剂A-171 5，相容剂PP-g-MAH 4，辅助剂轻质碳酸钙（CaCO₃）（粒径在300-500目）1。

将上述短切剑麻纤维经过碱处理后，均匀喷雾硅烷偶联剂的乙醇溶液，然后在72℃下烘干备用。

将上述经表面处理的剑麻纤维、相容剂、辅助剂与PP共混，在塑炼机上辊炼8min，制成模塑料，其中塑炼机温度在185℃。

将上述模塑料在模压机上热压成型，其中，模压温度在175℃，压力在12MPa，热压时间在8min，制得耐磨型木塑复合材料。

实施例4

按照下面的重量份称取原料：PP 65 ，短切剑麻纤维（长度为5-8mm）10，硅烷偶联剂KH550 5，相容剂PP-g-MAH和PE-g-MAH的混合物 10（重量比1：1），辅助剂轻质碳酸钙（CaCO₃）（粒径在400-600目）10。

将上述短切剑麻纤维经过碱处理后，均匀喷雾硅烷偶联剂的乙醇溶液，然后在74℃下烘干备用。

将上述经表面处理的剑麻纤维、相容剂、辅助剂与PP共混，在塑炼机上辊炼10min，制成模塑料，其中塑炼机温度在188℃。

将上述模塑料在模压机上热压成型，其中，模压温度在178℃，压力在13MPa，热压时间在10min，制得耐磨型木塑复合材料。

实施例5

按照下面的重量份称取原料：PP 55 ，短切剑麻纤维（长度为5-8mm）30，硅烷偶联剂KH550 5，相容剂PP-g-MAH和PE-g-MAH的混合物 5（重量比2：1），辅助剂轻质碳酸钙（CaCO₃）（粒径在200目）5。

将上述短切剑麻纤维经过碱处理后，均匀喷雾硅烷偶联剂的乙醇溶液，然后在75℃下烘干备用。

将上述经表面处理的剑麻纤维、相容剂、辅助剂与PP共混，在塑炼机上辊炼12min，制成模塑料，其中塑炼机温度在190℃。

将上述模塑料在模压机上热压成型，其中，模压温度在172℃，压力在14MPa，热压时间在12min，制得耐磨型木塑复合材料。

实施例6

按照下面的重量份称取原料：PP 38 ，短切剑麻纤维（长度为5-8mm）50，硅烷偶联剂KH570 3.5，相容剂PE-g-MAH 0.5，辅助剂轻质碳酸钙（CaCO₃）（粒径在600目）10。

将上述短切剑麻纤维经过碱处理后，均匀喷雾硅烷偶联剂的乙醇溶液，然后在78℃下烘干备用。

将上述经表面处理的剑麻纤维、相容剂、辅助剂与PP共混，在塑炼机上辊炼14min，制成模塑料，其中塑炼机温度在195℃。

将上述模塑料在模压机上热压成型，其中，模压温度在177℃，压力在11MPa，热压时间在13min，制得耐磨型木塑复合材料。

实施例7

按照下面的重量份称取原料：PP 35 ，短切剑麻纤维（长度为5-8mm）45，硅烷偶联剂A-171 1.5，相容剂PE-g-MAH 8.5，辅助剂轻质碳酸钙（CaCO₃）（粒径在200-600目）10。

将上述短切剑麻纤维经过碱处理后，均匀喷雾硅烷偶联剂的乙醇溶液，然后在76℃下烘干备用。

将上述经表面处理的剑麻纤维、相容剂、辅助剂与PP共混，在塑炼机上辊炼15min，制成模塑料，其中塑炼机温度在198℃。

将上述模塑料在模压机上热压成型，其中，模压温度在179℃，压力在15MPa，热压时间在15min，制得耐磨型木塑复合材料。

依据GB/T1040-92和GB/T1043-93标准对实施例1-3制得的麻纤维/聚丙烯耐磨型木塑复合材料进行力学性能测试，GB3960-83标准进行摩擦磨损试验来表征材料的耐磨性和表面硬度，测试结果见表1。

表1

从表1的数据可以看出，本发明的麻纤维/聚丙烯耐磨型木塑复合材料综合力学性能优异；磨损率数据也可证明，材料具有具有良好的耐磨性和表面硬度，可满足建筑材料和家具材料的使用要求；另一方面，选用价廉、环保、安全的天然纤维作为原料，既降低了生产成本，又有利于绿色环保，符合国家可持续性发展的战略目标。

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 (6)

1.一种麻纤维/聚丙烯耐磨型木塑复合材料，其特征在于，由包括以下重量份的组分制成：

聚丙烯PP            30-70份，

麻纤维              10-50份，

偶联剂              1.5-5份，

相容剂              0.5-10份，

辅助剂              1-10份。

2.如权利要求1所述的麻纤维/聚丙烯耐磨型木塑复合材料，其特征在于，所述麻纤维为短切剑麻纤维，长度为5-8mm。

3.如权利要求1所述的麻纤维/聚丙烯耐磨型木塑复合材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂，选自                                                -氨丙基三乙氧基硅烷、

-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或几种。

4.如权利要求1所述的麻纤维/聚丙烯耐磨型木塑复合材料，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中的一种或两种。

5.如权利要求1所述的麻纤维/聚丙烯耐磨型木塑复合材料，其特征在于，所述辅助剂为轻质碳酸钙，粒径在200-600目。

6.一种如权利要求1所述的麻纤维/聚丙烯耐磨型木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原料：聚丙烯30-70份，麻纤维10-50份，偶联剂1.5-5份，相容剂0.5-10份，辅助剂1-10份；

（2）麻纤维预处理：将麻纤维经过碱处理后，均匀喷雾偶联剂的乙醇溶液，然后在70-80℃下烘干备用；

（3）制备模塑料：将步骤（2）中经表面处理的麻纤维、相容剂、辅助剂与PP共混，在塑炼机上辊炼5-15min，制成模塑料，其中塑炼机温度为180-200℃；

（4）热压成型制备木塑复合材料板：将步骤（3）中制备的模塑料在模压机上热压成型，其中，模压温度为170-180℃，压力为10-15MPa，热压时间为5-15min，制得耐磨型木塑复合材料。

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