CN103773042A - 一种竹粉制塑木型材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种竹粉制塑木型材，所述竹粉制塑木型材的原料包括：竹粉80-100份、木粉70-100份、高密度聚乙烯80-100份、滑石粉30-50份、润滑剂6-10份、相容剂4-8份、偶联剂4-10份。本发明还公开了该竹粉制塑木型材的制备方法。本发明通过加大了木粉、竹粉和高密度聚乙烯之间的比例，再对木粉与竹粉进行热处理与表面改性，大大改进了聚乙烯塑木型材的力学性能，制得的成品弯曲模量高，抗冲击性能好，而且成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种塑木型材，尤其涉及一种竹粉制塑木型材及其制备方法。
背景技术
塑木型材是以植物纤维和塑料为主要原料制成的一种新型复合材料。这种材料既保留了木质材料的耐冲击性能与亲和感，又兼具塑料的防潮耐水，耐酸碱，抑真菌，抗静电，防虫蛀等性能，并且具有比纯塑料和木制品倍增的使用寿命和抗老化性能，是塑料和木制品的良好替代产品，被广泛用做室外装饰、园林工程建设、车间防腐工程、海洋防腐工程、环卫设施等各种场合。
传统的塑木型材以废塑料和木粉为原料，加入各种加工助剂，经过混料、造粒和挤压成型等工艺后制备而来，虽然兼具塑料和木材的特性，但由于其成分较为单一，质量仍待进一步提高，而且目前大多数塑木均由PVC制备而来，其中的有机氯没有被去除，使得产品的生产后和使用过程中不时散发有害物质，给人体造成损害。专利201110302535.0公开了一种高密度聚乙烯竹塑复合管材，其以无毒的高密度聚乙烯为原料，并以竹粉为增加剂来改善聚烯烃的力学性能，制成了环保无毒且稳定性好的竹塑材料，但由于原料中只添加了竹粉，而且比例较低，使得制成的产品弯曲模量与抗冲击强度等性能较小，应用受到了一定的限制。研究人员尝试通过增加竹粉或木粉的含量来解决这一问题，结果表明，虽然增加竹粉或木粉的含量可以提高产品的弯曲模量，但却使产品的冲击强度和拉伸强度都有所下降，使得成品的韧性达不到要求。如何处理这一矛盾，开发出弯曲模量高，抗冲击能力好的塑木复合材料，是当前塑木材料制备的难点问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种弯曲模量高，抗冲击能力好，稳定性强的竹塑木型材，同时提供该竹塑木型材的制备方法。
本发明通过将大比例木粉和竹粉进行热处理和表面改性后，加入高密度聚乙烯和其他加工助剂，经混合、造粒、挤压成型后得到同时具有高弯曲模量和冲击强度的竹塑木型材，从而实现本发明的目的。
第一方面，本发明提供了一种竹粉制塑木型材，所述竹粉制塑木型材的原料包括：竹粉80-100份、木粉70-100份、高密度聚乙烯80-100份、滑石粉30-50份、润滑剂6-10份、相容剂4-8份、偶联剂4-10份。
优选地，所述竹粉制塑木型材的原料还包括：防霉剂1-1.5份。
优选地，所述竹粉制塑木型材的原料还包括：抗氧化剂1-1.5份。
优选地，所述竹粉制塑木型材的原料还包括：抗老化剂1-1.5份。
优选地，所述竹粉制塑木型材的原料还包括：着色剂10-20份。
优选地，所述润滑剂为PE蜡、硬脂酸盐或聚烯烃木塑专用润滑剂。
优选地，所述相容剂为马来酸酐接枝高密度聚乙烯（HAD-14）。
优选地，所述偶联剂为异丁基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
优选地，所述防霉剂为FMB-NS型木塑专用防霉剂或10,10’-氧代双吩恶砒（OBPA）。
优选地，所述抗氧化剂为：三(2,4-叔丁基苯基)亚磷酸酯（抗氧剂168）或四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（抗氧剂1010）。
优选地，所述抗老化剂为2-羟基-4-N-辛氧基二苯甲酮（UV531）。
优选地，所述着色剂为铁红、铁黄、耐晒黄、炭黑、钛白粉中的至少一种。
本发明在传统塑木材料中加入了竹粉与偶联剂，并且加大了木粉、竹粉和高密度聚乙烯之间的比例，大大改进了聚乙烯竹塑木型材的力学性能，制得的成品弯曲模量高，抗冲击性能好，而且成本低。
第二方面，本发明提供了一种竹粉制塑木型材的制备方法，包括以下步骤：
（1）热处理：将竹粉与木粉放入100-120℃条件下进行热处理；
（2）表面改性：在热处理后的木粉与竹粉中加入偶联剂进行改性；
（3）混料：将表面改性后的木粉与竹粉投入到高速混料机中，加入高密度聚乙烯、滑石粉、润滑剂、相容剂，充分搅拌至混合料温度为120-130℃，再将混合料转移至低速混料机中，充分混匀至混合料温度为40-60℃；
（4）造粒：将充分混匀后的混料加入造料机中，进行造粒，制得母粒；
（5）成型：将母粒投入到挤出成型机中制得竹粉制塑木型材；
所述制备方法中，竹粉、木粉、偶联剂、高密度聚乙烯、滑石粉、润滑剂、相容剂的加入量分别为：100份、70-100份、4-10份、80-100份、30-50份、6-10份、4-8份。
优选地，步骤（3）所述的混料，还在混料机中加入了防霉剂、抗氧化剂、抗老化剂、着色剂中的至少一种，所述防霉剂、抗氧化剂、抗老化剂、着色剂的加入量分别为1-1.5份、1-1.5份、1-1.5份、10-20份。防霉剂、抗氧化剂、抗老化剂、着色剂的加入可以使得制成的型材具备更好的抗侵蚀能力和成色。
优选地，所述偶联剂为异丁基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
优选地，所述润滑剂为PE蜡、硬脂酸盐或聚烯烃木塑专用润滑剂。
优选地，所述相容剂为马来酸酐接枝高密度聚乙烯（HAD-14）。
优选地，所述防霉剂为FMB-NS型木塑专用防霉剂或10,10’-氧代双吩恶砒（OBPA）。
优选地，所述抗氧化剂为：三(2,4-叔丁基苯基)亚磷酸酯（抗氧剂168）或四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（抗氧剂1010）。
优选地，所述抗老化剂为2-羟基-4-N-辛氧基二苯甲酮（UV531）。
优选地，所述着色剂为铁红、铁黄、耐晒黄、炭黑、钛白粉中的至少一种。
本发明制备方法，先将木粉与竹粉进行热处理，除去木粉与竹粉中的水分，提高了其表面性能；同时还采用偶联剂对木粉和竹粉进行了表面改性，改变了木纤维的结构，提高了它们与高密度聚乙烯之间的表面结合力，进而提高该类塑木型材的冲击强度、拉伸强度等力学性能。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）加入了竹粉与偶联剂，并且加大了木粉、竹粉和高密度聚乙烯之间的比例，大大改进了聚乙烯竹塑木型材的力学性能，制得的成品弯曲模量高，抗冲击能力强，而且成本低。
（2）采用热处理与表面改性，改善了木纤维的表面性能，在保证竹塑木型材的弯曲模量的同时，提高了其抗冲击能力与拉伸强度。
（3）在原料中增加了防霉剂、抗氧化剂、抗老化剂，进一步提高了该竹塑木的质量，使其具备良好的抗侵蚀能力和抗老化性能，延长了其使用寿命。
（4）在原料中还增加了铁红、铁黄等着色剂，使得制成的产品成色更加鲜艳，更具木质感。
具体实施方式
一种竹粉制塑木型材，所述竹粉制塑木型材的原料包括：竹粉80-100份、木粉70-100份、高密度聚乙烯80-100份、滑石粉30-50份、润滑剂6-10份、相容剂4-8份、偶联剂4-10份。
所述竹粉制塑木型材的原料还包括：防霉剂1-1.5份。
所述竹粉制塑木型材的原料还包括：抗氧化剂1-1.5份。
优选地，所述竹粉制塑木型材的原料还包括：抗老化剂1-1.5份。
所述竹粉制塑木型材的原料还包括：着色剂10-20份。
所述润滑剂为PE蜡、硬脂酸盐或聚烯烃木塑专用润滑剂。
所述相容剂为马来酸酐接枝高密度聚乙烯（HAD-14）
所述偶联剂为异丁基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
所述防霉剂为FMB-NS型木塑专用防霉剂或10,10’-氧代双吩恶砒（OBPA）。
所述抗氧化剂为：三(2,4-叔丁基苯基)亚磷酸酯（抗氧剂168）或四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（抗氧剂1010）。
所述抗老化剂为2-羟基-4-N-辛氧基二苯甲酮（UV531）。
所述着色剂为铁红、铁黄、耐晒黄、炭黑、钛白粉中的至少一种。
本发明在传统塑木材料中加入了竹粉与偶联剂，并且加大了木粉、竹粉和高密度聚乙烯之间的比例，大大改进了聚乙烯竹塑木型材的力学性能，制得的成品弯曲模量高，抗冲击性能好，而且成本低。
此外，本发明提供了一种竹粉制塑木型材的制备方法，包括以下步骤：
（1）热处理：将竹粉与木粉放入100-120℃条件下进行热处理；
（2）表面改性：在热处理后的木粉与竹粉中加入偶联剂进行改性；
（3）混料：将表面改性后的木粉与竹粉投入到高速混料机中，加入高密度聚乙烯、滑石粉、润滑剂、相容剂，充分搅拌至混合料温度为120-130℃，再将混合料转移至低速混料机中，充分混匀至混合料温度为40-60℃；
（4）造粒：将充分混匀后的混料加入造料机中，进行造粒，制得母粒；
（5）成型：将母粒投入到挤出成型机中制得竹粉制塑木型材；
所述制备方法中，竹粉、木粉、偶联剂、高密度聚乙烯、滑石粉、润滑剂、相容剂的加入量分别为：80-100份、70-100份、4-10份、80-100份、30-50份、6-10份、4-8份。
步骤（3）所述的混料，还在混料机中加入了防霉剂、抗氧化剂、抗老化剂、着色剂中的至少一种，所述防霉剂、抗氧化剂、抗老化剂、着色剂的加入量分别为1-1.5份、1-1.5份、1-1.5份、10-20份。防霉剂、抗氧化剂、抗老化剂、着色剂的加入可以使得制成的型材具备更好的抗侵蚀能力和成色。
所述润滑剂为PE蜡、硬脂酸盐或聚烯烃木塑专用润滑剂。。
所述相容剂为马来酸酐接枝高密度聚乙烯（HAD-14）
所述偶联剂为异丁基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
所述防霉剂为FMB-NS型木塑专用防霉剂或10,10’-氧代双吩恶砒（OBPA）。
所述抗氧化剂为：三(2,4-叔丁基苯基)亚磷酸酯（抗氧剂168）或四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（抗氧剂1010）。
所述抗老化剂为2-羟基-4-N-辛氧基二苯甲酮（UV531）。
所述着色剂为铁红、铁黄、耐晒黄、炭黑、钛白粉中的至少一种。
本发明制备方法，先将木粉与竹粉进行热处理，除去木粉与竹粉中的水分，提高了其表面性能；同时还采用偶联剂对木粉和竹粉进行了表面改性，改变了木纤维的结构，提高了它们与高密度聚乙烯之间的表面结合力，进而提高该类塑木型材的冲击强度、拉伸强度等力学性能。
实施例一
一种竹粉制塑木型材，其原料包括：竹粉90份、木粉70份，高密度聚乙烯84份、滑石粉40份、润滑剂（本实施例为PE蜡）8份、相容剂（本实施例为HAD-14）4份，偶联剂（本实施例为异丁基三乙氧基硅烷）5份、防霉剂（本实施例为FMB-NS型木塑专用防霉剂）1份、抗氧化剂（本实施例为抗氧剂168）1份、抗老化剂（本实施例为UV531）1份、着色剂15份，其中着色剂为铁红、铁黄、耐晒黄、炭黑按质量比19：11：1：3组成的混合物。
实施例二
一种竹粉制塑木型材，其原料包括：竹粉100份、木粉100份，高密度聚乙烯80份、滑石粉30份、润滑剂（本实施例为硬脂酸盐）6份、相容剂（本实施例为HAD-14）4份，偶联剂（本实施例为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷）4份、抗氧化剂（本实施例为抗氧剂1010）1份、着色剂10份，其中着色剂为铁红、铁黄与钛白粉按质量比1.8：1：0.1组成的混合物。
实施例三
一种竹粉制塑木型材，其原料包括：竹粉80份、木粉100份，高密度聚乙烯100份、滑石粉50份、润滑剂（本实施例为聚烯烃木塑专用润滑剂）10份、相容剂（本实施例为HAD-14）8份，偶联剂（本实施例为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷）10份、防霉剂（本实施例为10,10’-氧代双吩恶砒）1.5份、抗氧化剂（本实施例为抗氧剂168）1.5份、抗老化剂（本实施例为UV531）1.5份、着色剂20份，其中着色剂为铁红。
实施例四
一种竹粉制塑木型材的制备方法，包括以下步骤：
（1）按下述原料及质量份数进行配料：竹粉90份、木粉70份，高密度聚乙烯84份、滑石粉40份、润滑剂（本实施例为PE蜡）8份、相容剂（本实施例为HAD-14）4份，偶联剂（本实施例为异丁基三乙氧基硅烷）5份、防霉剂（本实施例为FMB-NS型木塑专用防霉剂）1份、抗氧化剂（本实施例为抗氧剂168）1份、抗老化剂（本实施例为UV531）1份、着色剂15份，其中着色剂为铁红、铁黄、耐晒黄、炭黑按质量比19：11：1：3组成的混合物。
（2）热处理：将木粉与竹粉混合后投入混料机中，调节温度为120℃，混合15分钟；
（3）表面改性：待木粉与竹粉冷却至40℃后加入偶联剂，混合15分钟；
（4）混料：在表面改性后的木粉与竹粉投入到高速混料机中，再加入高密度聚乙烯、滑石粉、润滑剂、相容剂、防霉剂、抗氧化剂、抗老化剂、着色剂，先高速搅拌至混合料温度为130℃，再将混合料转移至低速混料机中，充分混匀至混合料温度为60℃；
（5）造粒：将充分混匀后的混料加入平双造粒机中，以9r/min的喂料转速喂料，调节造粒主机转速100r/min，造粒温度为220℃进行造粒，制成母粒；
（6）将母粒投入到挤出机中，设置机筒温度为145-210℃，合流芯温度150℃，模具温度为140-190℃，主机转速6r/min，喂料转速11r/min，使母粒经高温熔融后在机头模具中初步成型，然后经定型模塑型，投入冷却槽中进行冷却，得到竹粉制塑木型材。
实施例五
一种竹粉制塑木型材的制备方法，包括以下步骤：
（1）按下述原料及质量份数进行配料：竹粉100份、木粉100份，高密度聚乙烯80份、滑石粉30份、润滑剂（本实施例为硬脂酸盐）6份、相容剂（本实施例为HAD-14）4份，偶联剂（本实施例为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷）4份、抗氧化剂（本实施例为抗氧剂1010）1份、着色剂10份，其中着色剂为铁红、铁黄与钛白粉按质量比1.8：1：0.1组成的混合物；
（2）热处理：将木粉与竹粉混合后投入混料机中，调节温度为100℃，混合30分钟；
（3）表面改性：待木粉与竹粉冷却至40℃后加入偶联剂，混合20分钟；
（4）混料：在表面改性后的木粉与竹粉投入到高速混料机中，再加入高密度聚乙烯、滑石粉、润滑剂、相容剂、防霉剂、抗氧化剂、抗老化剂、着色剂，先高速搅拌至混合料温度为120℃，再将混合料转移至低速混料机中，充分混匀至混合料温度为60℃；
（5）造粒：将充分混匀后的混料加入平双造粒机中，以11r/min的喂料转速喂料，调节造粒主机转速110r/min，造粒温度为160℃进行造粒，制成母粒；
（6）将母粒投入到挤出机中，设置机筒温度为145-200℃，合流芯温度140℃，模具温度为130-170℃，主机转速7.5r/min，喂料转速10r/min，使母粒经高温熔融后在机头模具中初步成型，然后经定型模塑型，投入冷却槽中进行冷却，得到竹粉制塑木型材。
实施例六
一种竹粉制塑木型材的制备方法，包括以下步骤：
（1）按下述原料及质量份数进行配料：竹粉82份、木粉84份，高密度聚乙烯100份、滑石粉35份、润滑剂（本实施例为聚烯烃木塑专用润滑剂）10份、相容剂（本实施例为HAD-14）8份，偶联剂（本实施例为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷）10份、防霉剂（本实施例为10,10’-氧代双吩恶砒）1.5份、抗氧化剂（本实施例为抗氧剂168）1.5份、抗老化剂（本实施例为UV531）1.5份、着色剂20份，其中着色剂为铁红；
（2）热处理：将木粉与竹粉混合后投入混料机中，调节温度为120℃，混合15分钟；
（3）表面改性：待木粉与竹粉冷却至40℃后加入偶联剂，混合15分钟；
（4）混料：在表面改性后的木粉与竹粉投入到高速混料机中，再加入高密度聚乙烯、滑石粉、润滑剂、相容剂、防霉剂、抗氧化剂、抗老化剂、着色剂，先高速搅拌至混合料温度为120℃，再将混合料转移至低速混料机中，充分混匀至混合料温度为40℃；
（5）造粒：将充分混匀后的混料加入平双造粒机中，以10r/min的喂料转速喂料，调节造粒主机转速90r/min，造粒温度为180℃进行造粒，制成母粒；
（6）将母粒投入到挤出机中，设置机筒温度为160-210℃，合流芯温度150℃，模具温度为150-180℃，主机转速8r/min，喂料转速9r/min，使母粒经高温熔融后在机头模具中初步成型，然后经定型模塑型，投入冷却槽中进行冷却，得到竹粉制塑木型材。
效果实施例
本发明测试实施例四～六所述竹粉制塑木型材的各项性能参数，结果见表1。表1为本发明实施例四至六所述竹粉制塑木型材的综合物理性能。
表1竹塑木型材的综合物理性能参数表
为体现本发明的创造性，本发明实施例还测试了本发明实施例四～六所述竹粉制塑木型材的抗冲击强度，取平均值与现有技术进行对比。同时本实施例还测试了传统塑木型材的弯曲模量与抗冲击强度，其中该传统塑木型材的主要原料配比为PVC 100份，木粉60份。此外，还对照了专利201110302535.0的实施例结果，进行参数对比，结果表明，本发明制备的竹粉制塑木型材，弯曲模量与冲击强度均有所提高。
表2三种塑木材料的力学性能对比
| 本发明竹粉制塑木型材 | 传统塑木型材 | 201110302535.0木塑复合管材 | |
| 弯曲模量（MPa） | 3235 | 1082 | 1392 |
| 冲击强度（KJ/m2） | 19.58 | 4.97 | 19.25 |
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种竹粉制塑木型材，其特征在于，所述竹粉制塑木型材的原料包括：竹粉80-100份、木粉70-100份、高密度聚乙烯80-100份、滑石粉30-50份、润滑剂6-10份、相容剂4-8份、偶联剂4-10份。
2.根据权利要求1所述的一种竹粉制塑木型材，其特征在于，所述竹粉制塑木型材的原料还包括：防霉剂1-1.5份。
3.根据权利要求1所述的一种竹粉制塑木型材，其特征在于，所述竹粉制塑木型材的原料还包括：抗氧化剂1-1.5份。
4.根据权利要求1所述的一种竹粉制塑木型材，其特征在于，所述竹粉制塑木型材的原料还包括：抗老化剂1-1.5份。
5.根据权利要求1所述的一种竹粉制塑木型材，其特征在于，所述竹粉制塑木型材的原料还包括：着色剂10-20份。
6.根据权利要求1所述的一种竹粉制塑木型材，其特征在于，所述偶联剂为异丁基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
7.根据权利要求1所述的一种竹粉制塑木型材，其特征在于，所述着色剂为铁红、铁黄、耐晒黄、炭黑、钛白粉中的至少一种。
8.一种竹粉制塑木型材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）热处理：将竹粉与木粉放入100-120℃条件下进行热处理；
（2）表面改性：在热处理后的木粉与竹粉中加入偶联剂进行改性；
（3）混料：将表面改性后的木粉与竹粉投入到高速混料机中，加入高密度聚乙烯、滑石粉、润滑剂、相容剂，充分搅拌至混合料温度为120-130℃，再将混合料转移至低速混料机中，充分混匀至混合料温度为40-60℃；
（4）造粒：将充分混匀后的混料加入造料机中，进行造粒，制得母粒；
（5）成型：将母粒投入到挤出成型机中制得竹粉制塑木型材；
所述制备方法中，竹粉、木粉、偶联剂、高密度聚乙烯、滑石粉、润滑剂、相容剂的加入量分别为：80-100份、70-100份、4-10份、80-100份、30-50份、6-10份、4-8份。
9.根据权利要求8所述的一种竹粉制塑木型材的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述的混料，还在混料机中加入了防霉剂、抗氧化剂、抗老化剂、着色剂中的至少一种，所述防霉剂、抗氧化剂、抗老化剂、着色剂的加入量分别为1-1.5份、1-1.5份、1-1.5份、10-20份。
10.根据权利要求8所述的一种竹粉制塑木型材的制备方法，其特征在于，所述偶联剂为异丁基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
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