CN104371236A - 一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料及其制备方法，它涉及木塑复合材料及其制备方法。本发明要解决PE木塑复合材料长期在户外使用过程中由于吸水导致强度、韧性、抗蠕变性等各项性能下降的问题。木塑复合材料由聚乙烯、植物纤维、润滑剂、硅烷偶联剂、引发剂、催化剂和抗氧剂制备而成。制备方法：将植物纤维烘干并研磨，再将聚乙烯与润滑剂混合，然后将硅烷偶联剂、引发剂、催化剂和抗氧剂混合，并利用双螺杆挤出机得到硅烷交联聚乙烯木塑复合材料。本发明用于一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料及其制备。
Description
技术领域
本发明涉及木塑复合材料及其制备方法。
背景技术
木塑复合材料是近年来兴起的一类绿色环保材料，其产品主要用作天然木材的替代品，木塑复合材料的主要品种有PE基、PP基和PVC基3种，其中PE基木塑复合材料(WPC)的主要原料是农林废弃物(如木粉、竹粉、糠粉等植物纤维)和聚乙烯塑料或回收聚乙烯塑料。由于木塑复合材料中填充有大量的植物纤维，不可避免地具有一定的吸水性。虽然WPC中的植物纤维被塑料所包覆，吸水率远低于木材，但当WPC长时间地浸水后，仍具有一定的吸水率，由于目前PE基木塑复合材料主要是作为木材替代品用于户外建筑和户外装饰，长期暴露在自然环境中，因此要求WPC具有相当低的吸水率，否则在户外日晒雨淋的环境中会产生一系列问题，例如:吸水后易变形或翘曲、力学强度下降、耐真菌腐朽性能降低、耐冻融性能变差、材料的使用寿命缩短等。因此，研究WPC的吸水性及其所产生的影响，以及如何降低WPC的吸水率具有重要的意义。
目前对木塑复合材料的吸水性研究，主要通过改性木纤维或添加界面改性剂的方法进行木纤维的化学改性，主要是将纤维素表面的羟基反应掉形成化学键添加界面改性剂的方法，主要有加入相容剂，加入偶联剂接枝改性等。中国专利申请号201010528779.6中添加了1％～8％的硅烷偶联剂挤出高强度地板专用木塑材料，中国专利申请号201310233119.9中添加了1～15份的键合型硅烷偶联剂，该偶联剂可以分别与塑料、植物纤维粉形成比范德华力强的化学键合力，增加木粉和塑料之间的界面强度，提高木塑复合材料的强度。中国发明专利授权公告号CN103012899B公开了一种高抗冲的木塑复合材料，其中添加了2份～5份硅烷偶联剂。中国发明专利授权公告号CN103194002B公开了一种用于难粘的聚烯烃基木塑复合材料的偶联剂与等离子体协同表面处理方法。中国发明专利申请号201310041772.5公开了添加了一定的偶联剂，增强了表层性能，降低了芯-表结构木塑复合材料的热膨胀系数，提高了复合材料的弯曲性能。
上述专利中木塑复合材料都有用到偶联剂对植物纤维进行表面改性，但是均未对木塑复合材料的吸水性进行研究，而硅烷交联木塑复合材料是解决PE木塑复合材料长期在户外使用过程中由于吸水导致强度、韧性、抗蠕变性等各项性能下降的问题。
发明内容
本发明要解决PE木塑复合材料长期在户外使用过程中由于吸水导致强度、韧性、抗蠕变性等各项性能下降的问题，而提供一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料及其制备方法。
本发明的一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料按重量份数由100份聚乙烯、40份～100份植物纤维、2份～5份润滑剂、1份～5份硅烷偶联剂、0.1份～0.5份引发剂、0.005份～0.05份催化剂和0.1份～0.25份抗氧剂制备而成。
本发明的一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：
一、按重量份数称取100份聚乙烯、40份～100份植物纤维、2份～5份润滑剂、1份～5份硅烷偶联剂、0.1份～0.5份引发剂、0.005份～0.05份催化剂和0.1份～0.25份抗氧剂；
二、将称取的40份～100份植物纤维置于温度为80℃～120℃的烘箱中，直至植物纤维的含水率小于0.5％，然后将烘干后的植物纤维进行研磨，得到粒径为75μm～350μm的植物纤维颗粒；
三、在温度为70℃～80℃及转速为300r/min～700r/min的条件下，将100份聚乙烯与2份～5份润滑剂预混合5min～15min，得到聚乙烯与润滑剂的混合物；
四、将1份～5份硅烷偶联剂、0.1份～0.5份引发剂、0.005份～0.05份催化剂和0.1份～0.25份抗氧剂混合，得到硅烷溶液；
五、利用双螺杆挤出机造粒，设置一区温度为135℃～190℃，二区温度为135℃～190℃，三区温度为135℃～190℃，四区温度为135℃～190℃，五区温度为135℃～190℃，六区温度为135℃～190℃，七区温度为135℃～190℃，设定螺杆转速为120r/min～160r/min，将聚乙烯与润滑剂的混合物送入有重力进料器的挤出机主进料口，将硅烷溶液通过蠕动泵加到挤出机主进料口，得到聚合物熔体，然后将粒径为75μm～350μm的植物纤维颗粒通过双螺旋喂料器加入到聚合物熔体中，通过双螺杆挤出后，进入成型模具进行冷却，在压力为15MPa～20MPa下，保压1min～5min，得到硅烷交联聚乙烯木塑复合材料。
本发明的有益效果是：本发明能够将硅烷交联技术应用于聚乙烯木塑复合材料中，通过添加过氧化物引发剂和硅烷偶联剂，形成聚乙烯基体网状交联结构(硅烷接枝聚乙烯)，在使用过程中吸收外界的水分，在交联催化剂作用下产生水解缩合反应生成交联物，在这个过程中既利用外界的水分达到微交联，同时又加强了交联聚乙烯木塑复合材料的界面粘合力，提高了木塑复合材料的强度、韧性、抗蠕变性、热稳定性等性能，从而延长了其使用寿命。
硅烷交联聚乙烯木塑复合材料采用的是一步成型法，省去了前期聚乙烯木塑材料造粒过程，在一步法挤出成型中既完成了聚乙烯的硅烷接枝，硅烷接枝聚乙烯极性增加，改善了与植物纤维的相容性，充分将植物纤维均匀分散到熔融基体中，简化了生产工艺，提高了生产效率，而且减少了材料的浪费。
本发明的硅烷交联聚乙烯木塑复合材料的力学性能显著提高，复合材料的抗弯强度(27.9～31.2MPa)、抗冲强度(22.9～25.7MPa)，弹性模量(1534～1932MPa)及热稳定性有所提高，且使用本发明的硅烷交联聚乙烯木塑复合材料的吸水率(2.0～3.1％)、吸水膨胀率低(0.6～0.9％)。
附图说明
图1为具体实施方式六中利用的双螺杆挤出机示意图；1为挤出机主进料口，2为液体蠕动泵，3为双螺旋喂料器，4为真空排气，5为成型模具，6为校验模具；
图2为聚乙烯木塑复合材料的照片，a为实施例六(对比实验)制备的聚乙烯木塑复合材料；b为实施例一制备的硅烷交联聚乙烯木塑复合材料；c为实施例五制备的硅烷交联聚乙烯木塑复合材料。
具体实施方案
具体实施方案一：本实施方式是一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料按重量份数由100份聚乙烯、40份～100份植物纤维、2份～5份润滑剂、1份～5份硅烷偶联剂、0.1份～0.5份引发剂、0.005份～0.05份催化剂和0.1份～0.25份抗氧剂制备而成。
本实施方式制备的硅烷交联木塑复合材料是解决PE木塑复合材料长期在户外使用过程中由于吸水导致强度、韧性、抗蠕变性等各项性能下降问题，此交联聚乙烯木塑复合材料通过添加过氧化物引发剂和硅烷偶联剂在配料过程中，形成了聚乙烯基体网状交联结构，同时加强了交联聚乙烯木塑复合材料的界面粘合力。聚乙烯的硅烷交联原则是将硅烷接枝在聚合物的主链上，在水和交联催化剂作用下形成硅醇(Si-OH)键，硅醇(Si-OH)键进一步缩合在聚乙烯链间形成的硅氧烷桥，这样形成了木材和塑料之间关联，这些被认为是Si-O-C桥，氢键和C-C交联的混合，由于强界面粘附力和交联基质减少了复合材料粘流性导致了较高的抗蠕变性。
本实施方式将硅烷交联技术应用于聚乙烯木塑复合材料中，此材料通过添加过氧化物引发剂和硅烷偶联剂，形成聚乙烯基体网状交联结构(硅烷接枝聚乙烯)，在使用过程中吸收外界的水分，在交联催化剂作用下产生水解缩合反应生成交联物，在这个过程中既利用外界的水分达到微交联，同时又加强了交联聚乙烯木塑复合材料的界面粘合力，提高了木塑复合材料的强度、韧性、抗蠕变性、热稳定性等性能。有效的避免了因长期在户外使用产生吸水的问题。
本实施方式的有益效果是：本发明能够将硅烷交联技术应用于聚乙烯木塑复合材料中，通过添加过氧化物引发剂和硅烷偶联剂，形成聚乙烯基体网状交联结构(硅烷接枝聚乙烯)，在使用过程中吸收外界的水分，在交联催化剂作用下产生水解缩合反应生成交联物，在这个过程中既利用外界的水分达到微交联，同时又加强了交联聚乙烯木塑复合材料的界面粘合力，提高了木塑复合材料的强度、韧性、抗蠕变性、热稳定性等性能，从而延长了其使用寿命。
本发明的硅烷交联聚乙烯木塑复合材料的力学性能显著提高，复合材料的抗弯强度(27.9～31.2MPa)、抗冲强度(22.9～25.7MPa)，弹性模量(1534～1932MPa)及热稳定性有所提高，且使用本发明的硅烷交联聚乙烯木塑复合材料的吸水率(2.0～3.1％)、吸水膨胀率低(0.6～0.9％)。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯中的一种或其中几种的混合物；所述的植物纤维为木粉、秸秆粉、竹粉或糠粉。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一的不同点是：所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙和聚乙烯蜡中的一种或其中几种的混合物；所述的硅烷偶联剂为乙烯基硅烷类。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一的不同点是：所述的引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化二叔丁基和过氧化二异丙苯中的一种或其中几种的混合物；所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二醋酸二丁基锡和十二烷基硫二丁基锡中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一的不同点是：所述的抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、硫代二丙酸二月桂酯中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：结合图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料的制备方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、按重量份数称取100份聚乙烯、40份～100份植物纤维、2份～5份润滑剂、1份～5份硅烷偶联剂、0.1份～0.5份引发剂、0.005份～0.05份催化剂和0.1份～0.25份抗氧剂；
二、将称取的40份～100份植物纤维置于温度为80℃～120℃的烘箱中，直至植物纤维的含水率小于0.5％，然后将烘干后的植物纤维进行研磨，得到粒径为75μm～350μm的植物纤维颗粒；
三、在温度为70℃～80℃及转速为300r/min～700r/min的条件下，将100份聚乙烯与2份～5份润滑剂预混合5min～15min，得到聚乙烯与润滑剂的混合物；
四、将1份～5份硅烷偶联剂、0.1份～0.5份引发剂、0.005份～0.05份催化剂和0.1份～0.25份抗氧剂混合，得到硅烷溶液；
五、利用双螺杆挤出机造粒，设置一区温度为135℃～190℃，二区温度为135℃～190℃，三区温度为135℃～190℃，四区温度为135℃～190℃，五区温度为135℃～190℃，六区温度为135℃～190℃，七区温度为135℃～190℃，设定螺杆转速为120r/min～160r/min，将聚乙烯与润滑剂的混合物送入有重力进料器的挤出机主进料口，将硅烷溶液通过蠕动泵加到挤出机主进料口，得到聚合物熔体，然后将粒径为75μm～350μm的植物纤维颗粒通过双螺旋喂料器加入到聚合物熔体中，通过双螺杆挤出后，进入成型模具进行冷却，在压力为15MPa～20MPa下，保压1min～5min，得到硅烷交联聚乙烯木塑复合材料。
本实施方式制备此硅烷交联聚乙烯木塑复合材料采用的是一步挤出成型法，将预先处理好的原材料混合均匀后，经过过双螺杆挤出机塑化均匀后，进入成型模具冷却定型，并通过校验模具保持型材的尺寸和平直度，同时也提高了表面质量。
本实施方式的有益效果是：硅烷交联聚乙烯木塑复合材料采用的是一步成型法，省去了前期聚乙烯木塑材料造粒过程，在一步法挤出成型中既完成了聚乙烯的硅烷接枝，硅烷接枝聚乙烯极性增加，改善了与植物纤维的相容性，充分将植物纤维均匀分散到熔融基体中，简化了生产工艺，提高了生产效率，而且减少了材料的浪费。
本发明的硅烷交联聚乙烯木塑复合材料的力学性能显著提高，复合材料的抗弯强度(27.9～31.2MPa)、抗冲强度(22.9～25.7MPa)，弹性模量(1534～1932MPa)及热稳定性有所提高，且使用本发明的硅烷交联聚乙烯木塑复合材料的吸水率(2.0～3.1％)、吸水膨胀率低(0.6～0.9％)。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六的不同点是：步骤一中所述聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯中的一种或其中几种的混合物；步骤一中所述的植物纤维为木粉、秸秆粉、竹粉或糠粉。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七之一的不同点是：步骤一中所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙和聚乙烯蜡中的一种或其中几种的混合物；步骤一中所述的硅烷偶联剂为乙烯基硅烷类。其它与具体实施方式六或七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六至八之一的不同点是：步骤一中所述的引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化二叔丁基和过氧化二异丙苯中的一种或其中几种的混合物；步骤一中所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二醋酸二丁基锡和十二烷基硫二丁基锡中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式六至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六至九之一的不同点是：步骤一中所述的抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、抗氧剂4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、抗氧剂硫代二丙酸二月桂酯中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式六至九相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式六至十之一的不同点是：步骤一中所述的硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷。其它与具体实施方式六至十相同。
采用下述试验验证本发明效果：
实施例一：
一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料按重量份数由100份LDPE、40份木粉、2.5份硬脂酸、1.0份乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂、0.1份过氧化二异丙苯、0.005份二月桂酸二丁基锡和0.15份4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)制备而成；
所述的4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)即为抗氧剂300；
所述的一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料的制备方法按以下步骤进行：
一、按重量份数称取100份LDPE、40份木粉、2.5份硬脂酸、1.0份乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂、0.1份过氧化二异丙苯、0.005份二月桂酸二丁基锡和0.15份4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)。
二、将称取的40份木粉置于温度为80℃的烘箱中，直至植物纤维的含水率小于0.5％，然后将烘干后的植物纤维进行研磨，得到粒径为100μm的植物纤维颗粒；
三、在温度为80℃及转速为300r/min的条件下，将100份LDPE与2.5份硬脂酸预混合5min，得到聚乙烯与润滑剂的混合物；
四、将1.0份乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂、0.1份过氧化二异丙苯、0.005份二月桂酸二丁基锡和0.15份4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)混合，得到硅烷溶液；
五、利用双螺杆挤出机造粒，设置一区温度为135℃，二区温度为170℃，三区温度为175℃，四区温度为180℃，五区温度为185℃，六区温度为185℃，七区温度为185℃，设定螺杆转速为160r/min，将聚乙烯与润滑剂的混合物送入有重力进料器的挤出机主进料口，将硅烷溶液通过蠕动泵加到挤出机主进料口，得到聚合物熔体，然后将粒径为100μm的植物纤维颗粒通过双螺旋喂料器加入到聚合物熔体中，通过双螺杆挤出后，进入成型模具进行冷却，在压力为18MPa下，保压1min，得到硅烷交联聚乙烯木塑复合材料。
实施例二：
一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料按重量份数由100份LDPE、50份木粉、3.5份硬脂酸、1.5份乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂、0.1份过氧化二异丙苯、0.05份过氧化二叔丁基、0.01份二月桂酸二丁基锡和0.2份四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯制备而成；
所述的四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯即为抗氧剂1010；
所述的一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料的制备方法按以下步骤进行：
一、按重量份数称取100份LDPE、50份木粉、3.5份硬脂酸、1.5份乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂、0.1份过氧化二异丙苯、0.05份过氧化二叔丁基、0.01份二月桂酸二丁基锡和0.2份四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；
二、将称取的50份木粉置于温度为80℃的烘箱中，直至植物纤维的含水率小于0.5％，然后将烘干后的植物纤维进行研磨，得到粒径为150μm的植物纤维颗粒；
三、在温度为80℃及转速为300r/min的条件下，将100份LDPE与3.5份硬脂酸预混合5min，得到聚乙烯与润滑剂的混合物；
四、将1.5份乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂、0.1份过氧化二异丙苯、0.05份过氧化二叔丁基、0.01份二月桂酸二丁基锡和0.2份四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯混合，得到硅烷溶液；
五、利用双螺杆挤出机造粒，设置一区温度为135℃，二区温度为170℃，三区温度为175℃，四区温度为180℃，五区温度为185℃，六区温度为185℃，七区温度为185℃，设定螺杆转速为150r/min，将聚乙烯与润滑剂的混合物送入有重力进料器的挤出机主进料口，将硅烷溶液通过蠕动泵加到挤出机主进料口，得到聚合物熔体，然后将粒径为150μm的植物纤维颗粒通过双螺旋喂料器加入到聚合物熔体中，通过双螺杆挤出后，进入成型模具进行冷却，在压力为15MPa下，保压1min，得到硅烷交联聚乙烯木塑复合材料。
实施例三：
一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料按重量份数由80份HDPE、20份LDPE、50份玉米秸秆粉、3.5份聚乙烯蜡、2.0份乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂、0.2份过氧化苯甲酰、0.02份二月桂酸二丁基锡、0.1份四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.15份硫代二丙酸二月桂酯制备而成；
所述的四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯即为抗氧剂1010；
所述的硫代二丙酸二月桂酯为抗氧剂DLTP；
所述的一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料的制备方法按以下步骤进行：
一、按重量份数称取80份HDPE、20份LDPE、50份玉米秸秆粉、3.5份聚乙烯蜡、2.0份乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂、0.2份过氧化苯甲酰、0.02份二月桂酸二丁基锡、0.1份四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.15份硫代二丙酸二月桂酯。
二、将称取的50份玉米秸秆粉置于温度为80℃的烘箱中，直至植物纤维的含水率小于0.5％，然后将烘干后的植物纤维进行研磨，得到粒径为200μm的植物纤维颗粒；
三、在温度为80℃及转速为400r/min的条件下，将80份HDPE、20份LDPE与3.5份聚乙烯蜡预混合5min，得到聚乙烯与润滑剂的混合物；
四、将2.0份乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂、0.2份过氧化苯甲酰、0.02份二月桂酸二丁基锡、0.1份四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.15份硫代二丙酸二月桂酯混合，得到硅烷溶液；
五、利用双螺杆挤出机造粒，设置一区温度为145℃，二区温度为175℃，三区温度为175℃，四区温度为180℃，五区温度为185℃，六区温度为190℃，七区温度为190℃，设定螺杆转速为150r/min，将聚乙烯与润滑剂的混合物送入有重力进料器的挤出机主进料口，将硅烷溶液通过蠕动泵加到挤出机主进料口，得到聚合物熔体，然后将粒径为200μm的植物纤维颗粒通过双螺旋喂料器加入到聚合物熔体中，通过双螺杆挤出后，进入成型模具进行冷却，在压力为18MPa下，保压1min，得到硅烷交联聚乙烯木塑复合材料。
实施例四：
一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料按重量份数由50份HDPE、50份LDPE、60份木粉、2.0份聚乙烯蜡、1.5份硬脂酸锌、3.0份乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂、0.4份过氧化二异丙苯、0.02份二月桂酸二丁基锡、0.005份辛酸亚锡、0.05份四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.15份硫代二丙酸二月桂酯制备而成；
所述的四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯即为抗氧剂1010；
所述的硫代二丙酸二月桂酯为抗氧剂DLTP；
所述的一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料的制备方法按以下步骤进行：
一、按重量份数称取50份HDPE、50份LDPE、60份木粉、2.0份聚乙烯蜡、1.5份硬脂酸锌、3.0份乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂、0.4份过氧化二异丙苯、0.02份二月桂酸二丁基锡、0.005份辛酸亚锡、0.05份四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.15份硫代二丙酸二月桂酯；
二、将称取的60份木粉置于温度为80℃的烘箱中，直至植物纤维的含水率小于0.5％，然后将烘干后的植物纤维进行研磨，得到粒径为150μm的植物纤维颗粒；
三、在温度为80℃及转速为400r/min的条件下，将50份HDPE、50份LDPE、2.0份聚乙烯蜡与1.5份硬脂酸锌预混合5min，得到聚乙烯与润滑剂的混合物；
四、将3.0份乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂、0.4份过氧化二异丙苯、0.02份二月桂酸二丁基锡、0.005份辛酸亚锡、0.05份四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.15份硫代二丙酸二月桂酯混合，得到硅烷溶液；
五、利用双螺杆挤出机造粒，设置一区温度为145℃，二区温度为175℃，三区温度为175℃，四区温度为180℃，五区温度为185℃，六区温度为185℃，七区温度为190℃，设定螺杆转速为130r/min，将聚乙烯与润滑剂的混合物送入有重力进料器的挤出机主进料口，将硅烷溶液通过蠕动泵加到挤出机主进料口，得到聚合物熔体，然后将粒径为150μm的植物纤维颗粒通过双螺旋喂料器加入到聚合物熔体中，通过双螺杆挤出后，进入成型模具进行冷却，在压力为15MPa下，保压1min，得到硅烷交联聚乙烯木塑复合材料。
实施例五：
一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料按重量份数由100份LDPE、70份木粉、1.0份聚乙烯蜡、3.5份硬脂酸、4.0份乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂、0.15份过氧化二异丙苯、0.05份二月桂酸二丁基锡、0.1份四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.1份硫代二丙酸二月桂酯制备而成；
所述的四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯即为抗氧剂1010；
所述的一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料的制备方法按以下步骤进行：
一、按重量份数称取100份LDPE、70份木粉、1.0份聚乙烯蜡、3.5份硬脂酸、4.0份乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂、0.15份过氧化二异丙苯、0.05份二月桂酸二丁基锡、0.1份四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.1份硫代二丙酸二月桂酯；
二、将称取的70份木粉置于温度为80℃的烘箱中，直至植物纤维的含水率小于0.5％，然后将烘干后的植物纤维进行研磨，得到粒径为150μm的植物纤维颗粒；
三、在温度为80℃及转速为300r/min的条件下，将100份LDPE、1.0份聚乙烯蜡与3.5份硬脂酸预混合5min，得到聚乙烯与润滑剂的混合物；
四、将4.0份乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂、0.15份过氧化二异丙苯、0.05份二月桂酸二丁基锡、0.1份四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.1份硫代二丙酸二月桂酯混合，得到硅烷溶液；
五、利用双螺杆挤出机造粒，设置一区温度为135℃，二区温度为170℃，三区温度为175℃，四区温度为180℃，五区温度为185℃，六区温度为185℃，七区温度为185℃，设定螺杆转速为120r/min，将聚乙烯与润滑剂的混合物送入有重力进料器的挤出机主进料口，将硅烷溶液通过蠕动泵加到挤出机主进料口，得到聚合物熔体，然后将粒径为150μm的植物纤维颗粒通过双螺旋喂料器加入到聚合物熔体中，通过双螺杆挤出后，进入成型模具进行冷却，在压力为20MPa下，保压1min，得到硅烷交联聚乙烯木塑复合材料。
实施例六：实施例一至五的对比实验：未添加过氧化物引发剂和交联催化剂的聚乙烯木塑复合材料；
一种聚乙烯木塑复合材料按重量份数由100份LDPE、40份木粉、2.5份硬脂酸、1.0份乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂、0.15份4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)制备而成；
所述的4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)即为抗氧剂300；
所述的聚乙烯木塑复合材料的制备方法按以下步骤进行：
一、按重量份数称取100份LDPE、40份木粉、2.5份硬脂酸、1.0份乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂与0.15份4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)；
二、将称取的40份木粉置于温度为80℃的烘箱中，直至植物纤维的含水率小于0.5％，然后将烘干后的植物纤维进行研磨，得到粒径为100μm的植物纤维颗粒；
三、在温度为80℃及转速为500r/min的条件下，将100份LDPE与2.5份硬脂酸预混合5min，得到聚乙烯与润滑剂的混合物；
四、将1.0份乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂与0.15份4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)混合，得到硅烷溶液；
五、利用双螺杆挤出机造粒，设置一区温度为135℃，二区温度为170℃，三区温度为175℃，四区温度为180℃，五区温度为185℃，六区温度为185℃，七区温度为185℃，设定螺杆转速为160r/min，将聚乙烯与润滑剂的混合物送入有重力进料器的挤出机主进料口，将硅烷溶液通过蠕动泵加到挤出机主进料口，得到聚合物熔体，然后将粒径为100μm的植物纤维颗粒通过双螺旋喂料器加入到聚合物熔体中，通过双螺杆挤出后，进入成型模具进行冷却，在压力为18MPa下，保压1min，得到聚乙烯木塑复合材料。
将实施例一至五制备的硅烷交联聚乙烯木塑复合材料及实施例六(对比实验)制备的聚乙烯木塑复合材料放置在温度23℃，湿度80％～90％的环境中20天，然后测试凝胶含量、弯曲强度、弹性模量、吸水膨胀率及吸水率，测试数据如表1所示。
凝胶含量参照ASTMD2765标准测定；
弯曲强度及弹性模量：参照GB/T9341-2000制备样条，利用万能试验机(UTM4204-20KN)在温度23℃条件下测定；
冲击强度：参照GB/T1043-1993制备样条，利用简支梁冲击试验机在温度23℃条件下测定；
吸水率：参照GB/T1462-2005制备样条，测其在潮湿空气中放置前后的质量变化，并计算吸水率；
吸水膨胀率参照GB/T1462-2005制备样条，用数显游标卡尺(精确至0.01mm)测其在潮湿空气中放置前后WPC样条长度方向和宽度方向的尺寸变化，并计算吸水膨胀率。
表1：凝胶含量、弯曲强度、弹性模量、吸水膨胀率及吸水率数据
| 检验项目 | 对比实验 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| 凝胶含量/％ | 0 | 18.4 | 20.8 | 21.1 | 28 | 35 |
| 弯曲强度/MPa | 18.4 | 20.1 | 19.7 | 21.3 | 23.8 | 25.4 |
| 弹性模量/MPa | 1534 | 1635 | 1704 | 1932 | 1796 | 1883 |
| 吸水膨胀率/％ | 3.2 | 0.8 | 1.0 | 1.4 | 1.6 | 1.5 |
| 吸水率/％ | 4.1 | 2.0 | 2.3 | 2.1 | 2.9 | 3.1 |
表1为凝胶含量、弯曲强度、弹性模量、吸水膨胀率及吸水率数据；由表1可知：聚乙烯木塑复合材料通过添加硅烷偶联剂和过氧化物引发剂交联后的复合材料弯曲强度和弹性模量都明显增加。
硅烷交联聚乙烯木塑复合材料的吸水膨胀率与吸水率比未交联的要低，而且添加低浓度的硅烷偶联剂的硅烷交联聚乙烯木塑复合材料能够得到质量较好的表面。
图2为聚乙烯木塑复合材料照片，a为实施例六(对比实验)制备的聚乙烯木塑复合材料；b为实施例一制备的硅烷交联聚乙烯木塑复合材料；c为实施例五制备的硅烷交联聚乙烯木塑复合材料。由图可知，实施例六的聚乙烯木塑复合材料与实施例一硅烷交联聚乙烯木塑复合材料有很好的表面质量，说明实施例一中的硅烷偶联剂和过氧化物的量较合适，在挤出过程中不容易产生预交联，对挤出过程有利。实施例五制备的硅烷交联聚乙烯木塑复合材料的表面粗糙有毛刺，说明该实施例五中的硅烷偶联剂和过氧化物的量大，在挤出过程中产生了预交联，导致表面质量不好。
Claims (10)
1.一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料，其特征在于一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料按重量份数由100份聚乙烯、40份～100份植物纤维、2份～5份润滑剂、1份～5份硅烷偶联剂、0.1份～0.5份引发剂、0.005份～0.05份催化剂和0.1份～0.25份抗氧剂制备而成。
2.根据权利要求1所述的一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料，其特征在于所述的聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯中的一种或其中几种的混合物；所述的植物纤维为木粉、秸秆粉、竹粉或糠粉。
3.根据权利要求1所述的一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料，其特征在于所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙和聚乙烯蜡中的一种或其中几种的混合物；所述的硅烷偶联剂为乙烯基硅烷类。
4.根据权利要求1所述的一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料，其特征在于所述的引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化二叔丁基和过氧化二异丙苯中的一种或其中几种的混合物；所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二醋酸二丁基锡和十二烷基硫二丁基锡中的一种或其中几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料，其特征在于所述的抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、硫代二丙酸二月桂酯中的一种或其中几种的混合物。
6.制备权利要求1所述的一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料，其特征在于一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：
一、按重量份数称取100份聚乙烯、40份～100份植物纤维、2份～5份润滑剂、1份～5份硅烷偶联剂、0.1份～0.5份引发剂、0.005份～0.05份催化剂和0.1份～0.25份抗氧剂；
二、将称取的40份～100份植物纤维置于温度为80℃～120℃的烘箱中，直至植物纤维的含水率小于0.5％，然后将烘干后的植物纤维进行研磨，得到粒径为75μm～350μm的植物纤维颗粒；
三、在温度为70℃～80℃及转速为300r/min～700r/min的条件下，将100份聚乙烯与2份～5份润滑剂预混合5min～15min，得到聚乙烯与润滑剂的混合物；
四、将1份～5份硅烷偶联剂、0.1份～0.5份引发剂、0.005份～0.05份催化剂和0.1份～0.25份抗氧剂混合，得到硅烷溶液；
五、利用双螺杆挤出机造粒，设置一区温度为135℃～190℃，二区温度为135℃～190℃，三区温度为135℃～190℃，四区温度为135℃～190℃，五区温度为135℃～190℃，六区温度为135℃～190℃，七区温度为135℃～190℃，设定螺杆转速为120r/min～160r/min，将聚乙烯与润滑剂的混合物送入有重力进料器的挤出机主进料口，将硅烷溶液通过蠕动泵加到挤出机主进料口，得到聚合物熔体，然后将粒径为75μm～350μm的植物纤维颗粒通过双螺旋喂料器加入到聚合物熔体中，通过双螺杆挤出后，进入成型模具进行冷却，在压力为15MPa～20MPa下，保压1min～5min，得到硅烷交联聚乙烯木塑复合材料。
7.根据权利要求1所述的一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯中的一种或其中几种的混合物；步骤一中所述的植物纤维为木粉、秸秆粉、竹粉或糠粉。
8.根据权利要求1所述的一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙和聚乙烯蜡中的一种或其中几种的混合物；步骤一中所述的硅烷偶联剂为乙烯基硅烷类。
9.根据权利要求1所述的一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化二叔丁基和过氧化二异丙苯中的一种或其中几种的混合物；步骤一中所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二醋酸二丁基锡和十二烷基硫二丁基锡中的一种或其中几种的混合物。
10.根据权利要求1所述的一种硅烷交联聚乙烯木塑复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、抗氧剂4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、抗氧剂硫代二丙酸二月桂酯中的一种或其中几种的混合物。
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