CN103333513A - 一种木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种木塑复合材料及其制备方法，属于分子材料领域，包括如下重量份的原料制成：植物纤维80-110重量份；接枝塑料50-90重量份；催化剂0.2-5重量份；抗氧剂0.2-2重量份；润滑剂0.3-3重量份；所述的催化剂选自硫酸氢钠、硫酸氢钾、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、聚磷酸铵、SO4 2-/MxOy型固体超强酸中的一种或多种。本发明利用植物纤维和接枝塑料的性能优势，通过加入催化剂的方法来促进植物纤维和接枝塑料之间的酯化反应，改善两者的界面相容性，提高木塑复合材料的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，特别是涉及一种使用催化剂制成的木塑复合材料及其制备方法。
背景技术
木塑复合材料是以植物纤维为主要原料，经过适当的处理使其与各种塑料通过不同的复合方法生成的高性能、高附加值的新型复合材料。木塑复合材料是国内外近年蓬勃兴起的一类新型复合材料，指利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等塑料，代替通常的树脂胶粘剂，与超过50%以上的木粉、稻壳、秸秆等废植物纤维混合成新的木质材料，再经挤压、模压、注射成型等塑料加工工艺，生产出的板材或型材。主要用于建材、家具、物流包装等行业。
但植物纤维表面存在大量的羟基，是一种极性物质，而塑料（如聚乙烯、聚丙烯）是一种非极性材料，与植物纤维相容性差，直接制备得到的复合材料性能不够理想。通常加入相容剂来增强植物纤维与塑料之间的相容性，相容剂主要是极性基团（如酸酐基团，羧酸基团）接枝的塑料。酸酐基团或羟酸基团可以与植物纤维表面的羟基发生酯化反应，传统的酯化反应一般都使用催化剂。现有的木塑复合材料制备方法虽然添加了部分接枝塑料，但是未添加酯化反应的催化剂，导致酯化反应的反应程度有限，制备得到的木塑复合材料力学性能较低，吸水率较高，限制了其在某些领域的应用。
发明内容
本发明的目的，是解决上述技术问题，提供一种制备时全部采用接枝塑料制备并且加入催化剂，促进酯化反应的方法来制备高强度的木塑复合材料，。
本发明的技术解决方案是：一种木塑复合材料，由包括如下重量份的原料制成：
植物纤维 80-110重量份；
接枝塑料 50-90重量份；
催化剂 0.2-5重量份；
抗氧剂 0.2-2重量份；
润滑剂 0.3-3重量份。
所述催化剂选自硫酸氢钠、硫酸氢钾、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、聚磷酸铵、SO4 2-/MxOy型固体超强酸中的一种或多种。
所述催化剂还可以与水融合成水溶液，水的重量份占0.1-10份。
所述的接枝塑料选自马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝ABS、马来酸酐接枝POE、马来酸酐接枝EPDM、马来酸酐接枝聚乙烯蜡、马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝聚苯乙烯、丙烯酸接枝聚乙烯、丙烯酸接枝聚丙烯、丙烯酸接枝ABS、丙烯酸接枝POE、丙烯酸接枝EPDM、丙烯酸接枝聚乙烯蜡、丙烯酸接枝EVA、丙烯酸接枝聚苯乙烯的一种或多种，包含采用由废旧塑料制备的上述接枝塑料。
所述抗氧剂选自1010， DLTP，168或是它们的混合物。
所述植物纤维选自竹纤维素、木纤维素、麻纤维素或是它们组成的混合物。
所述润滑剂选自聚乙烯蜡、石蜡、硬脂酸、乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺，或是由它们组成的混合物。
本发明的制备方法为：
将植物纤维、接枝塑料、抗氧剂和润滑剂放入混合机中，在混合过程中加入催化剂或含有催化剂的水溶液，等混合均匀后，在平行双螺杆挤出机中塑化造粒，锥形双螺杆挤出机中挤出成型，制得木塑复合材料。
作为优选，混合机的混合时间为10-30min，平行双螺杆挤出机的温度为160-200℃，主机转速为200-500r/min，主机电流为额定电流的50-70%，锥形双螺杆挤出机的温度为140-180℃，主机转速为5-30 r/min，主机电流为额定电流的60-80%。
本发明有益效果是：
1、本发明利用植物纤维和接枝塑料的性能优势，通过加入催化剂的方法来促进植物纤维和接枝塑料之间的酯化反应，改善两者的界面相容性，提高木塑复合材料的力学性能。
2、本发明的润滑剂为蜡、硬脂酸和酰胺类润滑剂，不含破坏酯化反应的硬脂酸皂类和某些酯类润滑剂，有利于酯化反应的进行，加强两者的界面相容性，提高木塑复合材料的力学性能。
3、通过本发明的方法，可以在原料混合过程中直接添加催化剂或催化剂的水溶液，操作简单，混合均匀，水分在塑化造粒过程中可直接蒸发，催化剂的存在不影响产品的后期使用，生产效率高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明的生产工艺流程：
1.选取原料：植物纤维优选为木纤维素100千克，接枝塑料优选为马来酸酐接枝聚乙烯80千克，催化剂优选为硫酸氢钠3千克，抗氧剂优选为抗氧剂1010 1千克，润滑剂优选为聚乙烯蜡1千克，硬脂酸酰胺2千克。
2.将上述选取的木纤维素、马来酸酐接枝聚乙烯、抗氧剂1010、聚乙烯蜡、硬脂酸酰胺加入混合机中，启动混合机优选高速混合机，运行30分钟，取出混合后的混合物。
3．将混合后的混合物，用平行双螺杆挤出机再混合塑化造粒，锥形双螺杆挤出机挤出成型。平行双螺杆挤出机的温度为180℃，主机的转速为500r/min，主机的电流为额定电流的70%，锥形双螺杆挤出机的温度为175℃，主机的转速为15 r/min，主机的电流为额定电流的75%。
本实施例最后制成的木塑复合材料的拉伸强度按GB/T1040-92测试；弯曲强度按GB/T1040-79测试。结果：拉伸强度为40MPa，抗弯强度达到70MPa，I-zod抗冲击强度达21KJ/m2。
实施例2
本发明的生产工艺流程：
1.选取原料：植物纤维优选为纳米竹纤维素80千克，接枝塑料优选为丙烯酸接枝聚丙烯100千克，催化剂优选为磷酸二氢铵0.2千克，抗氧剂优选为抗氧剂1010 0.5千克、168 0.5千克，润滑剂优选为硬脂酸0.3千克、油酸酰胺0.8千克。
2.将上述选取的纳米竹纤维素、丙烯酸接枝聚丙烯、抗氧剂10101、168和硬脂酸、油酸酰胺放入混合机中，启动高速混合机，运行10分钟，取出混合后的混合物。
3．将混合后的混合物，用平行双螺杆挤出机塑化造粒，锥形双螺杆挤出机挤出成型。平行双螺杆挤出机的温度为160℃，主机的转速为200r/min，主机的电流为额定电流的50%。锥形双螺杆挤出机的温度为170℃，主机的转速为20r/min，主机的电流为额定电流的70%。
本实施例最后制成的木塑复合材料的拉伸强度按GB/T1040-92测试；弯曲强度按GB/T1040-79测试。结果：拉伸强度为32MPa，抗弯强度达到55MPa，I-zod抗冲击强度达17KJ/m2。
实施例3
本发明的生产工艺流程：
1.选取原料：植物纤维优选为麻纤维素95千克，接枝塑料优选为丙烯酸接枝POE 75千克，催化剂优选为SO4 2-/MxOy型固体超强酸2千克，抗氧剂优选为1010和DLTP的混合物 2千克，润滑剂优选为油酸酰胺2千克、石蜡1千克。
2.将上述选取的麻纤维素、丙烯酸接枝POE、抗氧剂1010、DLTP、油酸酰胺、石蜡、SO4 2-/MxOy型固体超强酸放入混合机中，启动高速混合机，运行20分钟，取出混合后的混合物。
3．将混合后的混合物，用平行双螺杆挤出机塑化造粒，锥形双螺杆挤出机挤出成型。平行双螺杆挤出机的温度为190℃，主机的转速为400r/min，主机的电流为额定电流的60%，锥形双螺杆挤出机的温度为170℃，主机的转速为17r/min，主机的电流为额定电流的65%。
本实施例最后制成的木塑复合材料的拉伸强度按GB/T1040-92测试；弯曲强度按GB/T1040-79测试。结果：拉伸强度为30MPa，抗弯强度达到55MPa，I-zod抗冲击强度达15KJ/m2。
Claims (8)
1.一种木塑复合材料，其特征在于由包括如下重量份的原料制成：
植物纤维 80-110重量份；
接枝塑料 50-90重量份；
催化剂 0.2-5重量份；
抗氧剂 0.2-2重量份；
润滑剂 0.3-3重量份；
所述的催化剂选自硫酸氢钠、硫酸氢钾、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、聚磷酸铵、SO4 2-/MxOy型固体超强酸中的一种或多种。
2.按权利要求1所述的一种木塑复合材料，其特征在于：所述催化剂还可以与水融合成水溶液，水的重量份占0.1-10份。
3.按权利要求1所述的一种木塑复合材料，其特征在于：所述的接枝塑料选自马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝ABS、马来酸酐接枝POE、马来酸酐接枝EPDM、马来酸酐接枝聚乙烯蜡、马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝聚苯乙烯、丙烯酸接枝聚乙烯、丙烯酸接枝聚丙烯、丙烯酸接枝ABS、丙烯酸接枝POE、丙烯酸接枝EPDM、丙烯酸接枝聚乙烯蜡、丙烯酸接枝EVA、丙烯酸接枝聚苯乙烯的一种或多种，包含采用由废旧塑料制备的上述接枝塑料。
4.按权利要求1所述的一种木塑复合材料，其特征在于：所述抗氧剂选自抗氧剂1010，抗氧剂DLTP，抗氧剂168或是它们的混合物。
5.按权利要求1所述的一种木塑复合材料，其特征在于：所述植物纤维选自竹纤维素、木纤维素、麻纤维素或是它们组成的混合物。
6.按权利要求1所述的一种木塑复合材料，其特征在于：所述润滑剂选自聚乙烯蜡、石蜡、硬脂酸、乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺，或是由它们组成的混合物。
7.一种制备上述木塑复合材料的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：
将植物纤维、接枝塑料、抗氧剂和润滑剂放入混合机中，在混合过程中缓慢加入催化剂或含有催化剂的水溶液，等混合均匀后，在平行双螺杆挤出机中塑化造粒，锥形双螺杆挤出机中挤出成型，制得木塑复合材料。
8.根据权利要求7所述的一种制备上述木塑复合材料的制备方法，其特征在于：混合机的混合时间为10-30min;平行双螺杆挤出机的温度为160-200℃，主机转速为200-500r/min，主机电流为额定电流的50-70%;锥形双螺杆挤出机的温度为140-180℃，主机转速为5-30 r/min，主机电流为额定电流的60-80%。
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