CN104945926A - 一种生物质绿色代木板材 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及绿色复合材料领域，它是一种以天然纤维为主体，通过改性剂与增溶剂及其他的助剂的配合使天然纤维素与高分子树脂相容相混相结合，主要的是加入少量橡胶粉粒，使材料整个体系形成亚微相态的均匀海岛结构相图，且交织成微网络结构的生物质代木绿色板材，有效地解决了以往类似材料的韧性差握钉力差的技术关键。制造成的代木绿色板材尺寸稳定、耐磨、耐腐蚀、可钉、可锯、可铆、耐水、防白蚁，应用广泛等优点。
Description
技术领域
本发明涉及绿色复合材料领域，它是一种以天然纤维为主体，通过改性剂与增溶剂及其他的助剂的配合使天然纤维素与高分子树脂相容相混相结合，主要的是加入少量橡胶粉粒，使材料整个体系形成亚微相态的均匀海岛结构相图，且交织成微网络结构的生物质代木绿色板材，有效地解决了以往类似材料的韧性差握钉力差的技术关键。制造成的代木绿色板材尺寸稳定、不易变形或翘曲，耐磨、耐腐蚀、可钉、可锯、可铆、可覆膜、耐水、防白蚁，应用广泛等优点。
技术背景
由于许多国家已禁令砍伐木材，由此导致了科研机构及科研工作者加大了替代木材新材料的研究。目前此领域的研究多为木粉、竹粉、秸秆类加一些助剂与高分子材料混合形成，技术本身来源没有长期专业的纵深研究，其本质内容和组成不变，故存在问题不变。另外现有木塑产品由于没有有效的解决植物纤维与高分子树脂的真正结合，故材料柔韧性不够显脆性，握钉力差。这是材料应用的重大缺陷。本发明克服了CN201410795338一种利用短纤维制备的木塑复合材料及其制备方法发明专利中材料自身属性缺失柔韧性的特点，以及直接导致的影响实际应用的效果。材料中加入橡胶粉粒的作用来改善代木材料柔韧性的。这从根本上有效地解决了材料的柔韧性和握钉力的问题。本发明克服了CN201410827746木塑复合材料及其制备方法发明专利中没有特殊材料和技术改变，故也存在材料特性决定的柔韧性差，握钉力差的通病，从基础材料和形成的结构上解决了类似代木材料最难的关键韧性与握钉力问题。本发明克服了-申请号CN201510130101提供一种新型聚乙烯木塑复合材料的制备方法，发明专利中除了材料自身属性缺失柔韧性的特点，故本发明从根本上解决了材料的属性，结构的柔性，从而提高了握钉力及应用的必要韧性。
本发明加入橡胶微粒改变了体系的微观结构，形成海岛结构相图并构建了微网络结构，从根本上有效地解决了材料的柔韧性和握钉力。提高了应用价值，扩大了它的应用领域，如建筑、家装、庭院、赛场座椅、，市政建设中的街道花坛、长椅、草坪甬道，公园凉亭、湖面观水台等适用于室外园林景观、家庭装饰等领域。
发明内容
本发明专利重在解决目前市面上所有的木塑类及代木类产品柔韧性差握钉力差以及直接影响有效应用的问题，体系加入橡胶粉粒，构成刚柔结合。并用技术方法将材料体系结构产生变化，以柔性的橡胶粉粒为质点，借助其自身所带的活性基团，与周围材料形成强大作用力，形成海岛结构，再通过体系所有材料助剂间的相互作用使体系形成微网络结构，从根本上有效解决了材料发脆，柔韧性差握钉力差的关键难题，有效的提升了应用价值，扩大了应用领域。制造出了尺寸稳定、耐磨、耐腐蚀、挺中有韧，可钉、可锯、可铆、可覆膜、耐水、防白蚁，寿命长，应用广泛的一种生物质绿色代木板材。
本发明的技术方案是：所用的高分子树脂聚乙烯(低密度聚乙烯、高密度聚乙烯，可以是回收料)、橡胶粉粒、天然植物纤维为各种树木纤维、木材加工的锯末纤维，各种农作物秸秆纤维(如麦秆、棉秆、玉米杆、麻杆等)，各种坚果果壳纤维、竹纤维中的一种或多种的组合，增溶剂为马来酸酐改性的烯类树脂，乙烯-醋酸乙烯共聚物，松香改性树脂其中的一种或2种组合；复合助剂为天然富电性矿粉、增韧剂EVA、润滑脱模剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯蜡其中的一种或2种组合；防紫外线吸收剂为UV-9、防热氧老化剂为抗氧剂1010和防老剂2246、改性剂为硅烷偶联剂，着色剂为氧化铁红氧化铁黑、钛白粉其中的一种或2种组合；原料组分按质量份数包括如下：
高分子树脂聚乙烯(低密度聚乙烯、高密度聚乙烯，可以是回收料)25-40
橡胶粉粒2-6
天然植物纤维的质量份数为60-70
增溶剂为马来酸酐改性的烯类树脂，松香改性树脂其中的一种或2种组合质量份数为2-6
复合助剂为天然富电性矿粉质量份数为2-6
增韧剂EVA质量份数为2-6
润滑脱模剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯蜡其中的一种或2种组合，质量份数为2-6
防紫外线剂为UV9质量份数为0.5
防热氧老化剂为抗氧剂1010和防老剂2246质量份数为1-2
改性剂为硅烷偶联剂，质量份数为2-6
着色剂为氧化铁红氧化铁黑、钛白粉其中的一种或2种组合质量份数为2-5；
橡胶粉粒组分如下；
天然橡胶NR3#的质量份数为100
促进剂M的质量份数为2-3
促进剂DM的质量份数为1-2
氧化锌的质量份数为3-5
硬脂酸的质量份数为1-3
硫磺的质量份数为2-3
防老剂2264的质量份数为1-2
沉淀法白炭黑的质量份数为10-25
碳酸钙的质量份数为55-100
制造方法：包括如下步骤：
1)橡胶粉粒制造方法
橡胶粒子是用上述橡胶粉粒组分的材料经过橡胶密炼机密炼，然后再经过开炼机下片，再用研磨机研磨成小于20目的橡胶粒子；
2)用通道式连续干燥设备将原料干燥到水分小于1％，再用高速混料机将包括橡胶粉粒所有原料混合均匀，再用高温造粒机造粒形成可供挤出机用的原料粒子；再将原料粒子加入到双螺杆挤出机挤出板材，再经过冷却、裁断制造成板材。
实施例1
原材料称重：高分子树脂聚乙烯(低密度聚乙烯、高密度聚乙烯，可以是回收料)25公斤、橡胶粉粒2公斤、天然植物纤维的质量份数为60公斤、马来酸酐改性的烯类树脂质量份数为2公斤、复合助剂为天然富电性矿粉质量份数为2公斤、增韧剂EVA质量份数为2公斤、硬脂酸锌质量份数为2公斤、防紫外线剂为UV9质量份数为0.5公斤、抗氧剂1010质量份数为1公斤、改性剂为硅烷偶联剂质量份数为2公斤、着色剂为氧化铁红质量份数为2公斤。
橡胶粉粒制造方法
首先配料，配方为天然橡胶NR3#的质量份数为100公斤、促进剂M的质量份数为2公斤、促进剂DM的质量份数为1公斤、氧化锌的质量份数为3公斤、硬脂酸的质量份数为1公斤、硫磺的质量份数为2公斤、防老剂2264的质量份数为1公斤、沉淀法白炭黑的质量份数为10公斤、碳酸钙的质量份数为55公斤。用190型橡胶密炼机密炼上述除硫磺配方原料，密炼时间7分钟，控制密炼室温度100-110℃，排胶；用上述混炼胶34.6公斤加到开炼机，控制开炼机辊筒温度70-80℃，加入0,4公斤硫磺后开炼8分钟，下片厚度2毫米；然后用研磨机研磨成小于20目的橡胶粒子。
先将天然植物纤维的质量份数为60公斤加入通道式连续干燥设备中，控制通道式连续干燥设备温度在100-105℃，时间10-12分钟，检测原料干燥到水分小于1％，再用高速混料机将包括橡胶粉粒所有原料混合均匀，高速混料机内所有原料在混料时温度控制在90-105℃，时间25分钟；再用高温造粒机将高速混料机内所有原料造粒，控制高温造粒机内温度在120-125℃，时间30分钟后将形成可供双螺杆挤出机用的原料粒子；再将原料粒子加入到双螺杆挤出机挤出板材，双螺杆挤出机7个温控区温度分别为50℃、60℃、80℃、90℃、110℃、120℃、130℃、双螺杆挤出机机头温度为140℃、双螺杆挤出机挤出板材再经过冷却、冷却水入口温度23℃以下，控制冷却水流量0.6立方米/分钟；双螺杆挤出机挤出板材速度为0.9-1.1米/分钟；待双螺杆挤出机挤出板材长度6米裁断；检验、包装，制造成新型生物质绿色代木板材。
实施例2
原材料称重：高分子树脂聚乙烯(低密度聚乙烯、高密度聚乙烯，可以是回收料)25公斤、橡胶粉粒4公斤、天然植物纤维的质量份数为60公斤、乙烯-醋酸乙烯共聚物质量份数为2公斤、复合助剂为天然富电性矿粉质量份数为2公斤、增韧剂EVA质量份数为2公斤、硬脂酸钙和聚乙烯蜡其中的一种或2种组合质量份数为2公斤、防紫外线剂为UV9质量份数为0.5公斤、抗氧剂1010质量份数为1公斤、改性剂为硅烷偶联剂质量份数为2公斤、着色剂为氧化铁红质量份数为2公斤。
先将天然植物纤维的质量份数为60公斤加入通道式连续干燥设备中，控制通道式连续干燥设备温度在100-105℃，时间10-12分钟，检测原料干燥到水分小于1％，再用高速混料机将包括橡胶粉粒所有原料混合均匀，高速混料机内所有原料在混料时温度控制在90-105℃，时间25分钟；再用高温造粒机将高速混料机内所有原料造粒，控制高温造粒机内温度在115-120℃，时间30分钟后将形成可供双螺杆挤出机用的原料粒子；再将原料粒子加入到双螺杆挤出机挤出板材，双螺杆挤出机7个温控区温度分别为50℃、60℃、80℃、90℃、110℃、120℃、130℃、双螺杆挤出机机头温度为140℃、双螺杆挤出机挤出板材再经过冷却、冷却水入口温度23℃以下，控制冷却水流量0.6立方米/分钟；双螺杆挤出机挤出板材速度为0.9-1.1米/分钟；待双螺杆挤出机挤出板材长度6米裁断；检验、包装，制造成新型生物质绿色代木板材。
实施例3
原材料称重：高分子树脂聚乙烯(低密度聚乙烯、高密度聚乙烯，可以是回收料)25公斤、橡胶粉粒6公斤、天然植物纤维的质量份数为60公斤、松香改性树脂质量份数为2公斤、复合助剂为天然富电性矿粉质量份数为2公斤、增韧剂EVA质量份数为2公斤、硬脂酸锌质量份数为2公斤、防紫外线剂为UV9质量份数为0.5公斤、抗氧剂1010质量份数为1公斤、改性剂为硅烷偶联剂质量份数为2公斤、着色剂为氧化铁红质量份数为2公斤。
先将天然植物纤维的质量份数为60公斤加入通道式连续干燥设备中，控制通道式连续干燥设备温度在100-105℃，时间10-12分钟，检测原料干燥到水分小于1％，再用高速混料机将包括橡胶粉粒所有原料混合均匀，高速混料机内所有原料在混料时温度控制在90-105℃，时间25分钟；再用高温造粒机将高速混料机内所有原料造粒，控制高温造粒机内温度在115-120℃，时间30分钟后将形成可供双螺杆挤出机用的原料粒子；再将原料粒子加入到双螺杆挤出机挤出板材，双螺杆挤出机7个温控区温度分别为50℃、60℃、80℃、90℃、110℃、120℃、130℃、双螺杆挤出机机头温度为140℃、双螺杆挤出机挤出板材再经过冷却、冷却水入口温度23℃以下，控制冷却水流量0.6立方米/分钟；双螺杆挤出机挤出板材速度为0.9-1.1米/分钟；待双螺杆挤出机挤出板材长度6米裁断；检验、包装，制造成新型生物质绿色代木板材。
实施例4
原材料称重：高分子树脂聚乙烯(低密度聚乙烯、高密度聚乙烯，可以是回收料)40公斤、橡胶粉粒2公斤、天然植物纤维的质量份数为70公斤、马来酸酐改性的烯类树脂质量份数为6公斤、复合助剂为天然富电性矿粉质量份数为6公斤、增韧剂EVA质量份数为2公斤、硬脂酸锌质量份数为6公斤、防紫外线剂为UV9质量份数为0.5公斤、防老剂2246质量份数为2公斤、改性剂为硅烷偶联剂质量份数为4公斤、着色剂为氧化铁红质量份数为2公斤，氧化铁黑质量份数为2公斤。
先将天然植物纤维的质量份数为70公斤加入通道式连续干燥设备中，控制通道式连续干燥设备温度在100-105℃，时间11-13分钟，检测原料干燥到水分小于1％，再用高速混料机将包括橡胶粉粒所有原料混合均匀，高速混料机内所有原料在混料时温度控制在90-105℃，时间28分钟；再用高温造粒机将高速混料机内所有原料造粒，控制高温造粒机内温度在115-120℃，时间35分钟后将形成可供双螺杆挤出机用的原料粒子；再将原料粒子加入到双螺杆挤出机挤出板材，双螺杆挤出机7个温控区温度分别为50℃、60℃、80℃、90℃、110℃、120℃、130℃、双螺杆挤出机机头温度为140℃、双螺杆挤出机挤出板材再经过冷却、冷却水入口温度23℃以下，控制冷却水流量0.6立方米/分钟；双螺杆挤出机挤出板材速度为0.9-1.1米/分钟；待双螺杆挤出机挤出板材长度6米裁断；检验、包装，制造成新型生物质绿色代木板材。
实施例5
原材料称重：高分子树脂聚乙烯(低密度聚乙烯、高密度聚乙烯，可以是回收料)40公斤、橡胶粉粒4公斤、天然植物纤维的质量份数为70公斤、马来酸酐改性的烯类树脂质量份数为6公斤、复合助剂为天然富电性矿粉质量份数为6公斤、增韧剂EVA质量份数为2公斤、硬脂酸锌质量份数为6公斤、防紫外线剂为UV9质量份数为0.5公斤、抗氧剂1010质量份数为2公斤、改性剂为硅烷偶联剂质量份数为2公斤、着色剂为氧化铁红质量份数为5公斤。
先将天然植物纤维的质量份数为70公斤加入通道式连续干燥设备中，控制通道式连续干燥设备温度在100-105℃，时间11-13分钟，检测原料干燥到水分小于1％，再用高速混料机将包括橡胶粉粒所有原料混合均匀，高速混料机内所有原料在混料时温度控制在90-105℃，时间28分钟；再用高温造粒机将高速混料机内所有原料造粒，控制高温造粒机内温度在115-120℃，时间35分钟后将形成可供双螺杆挤出机用的原料粒子；再将原料粒子加入到双螺杆挤出机挤出板材，双螺杆挤出机7个温控区温度分别为50℃、60℃、80℃、90℃、110℃、120℃、130℃、双螺杆挤出机机头温度为140℃、双螺杆挤出机挤出板材再经过冷却、冷却水入口温度23℃以下，控制冷却水流量0.6立方米/分钟；双螺杆挤出机挤出板材速度为0.9-1.1米/分钟；待双螺杆挤出机挤出板材长度6米裁断；检验、包装，制造成新型生物质绿色代木板材。
实施例6
原材料称重：高分子树脂聚乙烯(低密度聚乙烯、高密度聚乙烯，可以是回收料)40公斤、橡胶粉粒6公斤、天然植物纤维的质量份数为70公斤、马来酸酐改性的烯类树脂质量份数为6公斤、复合助剂为天然富电性矿粉质量份数为6公斤、增韧剂EVA质量份数为2公斤、硬脂酸锌质量份数为6公斤、防紫外线剂为UV9质量份数为0.5公斤、抗氧剂1010质量份数为2公斤、改性剂为硅烷偶联剂质量份数为2公斤、着色剂为钛白粉质量份数为5公斤。
先将天然植物纤维的质量份数为70公斤加入通道式连续干燥设备中，控制通道式连续干燥设备温度在100-105℃，时间11-13分钟，检测原料干燥到水分小于1％，再用高速混料机将包括橡胶粉粒所有原料混合均匀，高速混料机内所有原料在混料时温度控制在90-105℃，时间28分钟；再用高温造粒机将高速混料机内所有原料造粒，控制高温造粒机内温度在115-120℃，时间35分钟后将形成可供双螺杆挤出机用的原料粒子；再将原料粒子加入到双螺杆挤出机挤出板材，双螺杆挤出机7个温控区温度分别为50℃、60℃、80℃、90℃、110℃、120℃、130℃、双螺杆挤出机机头温度为140℃、双螺杆挤出机挤出板材再经过冷却、冷却水入口温度23℃以下，控制冷却水流量0.6立方米/分钟；双螺杆挤出机挤出板材速度为0.9-1.1米/分钟；待双螺杆挤出机挤出板材长度6米裁断；检验、包装，制造成新型生物质绿色代木板材。
实施例7
原材料称重：高分子树脂聚乙烯(低密度聚乙烯、高密度聚乙烯，可以是回收料)40公斤、橡胶粉粒0公斤、天然植物纤维的质量份数为70公斤、马来酸酐改性的烯类树脂质量份数为6公斤、复合助剂为天然富电性矿粉质量份数为6公斤、增韧剂EVA质量份数为2公斤、硬脂酸锌质量份数为6公斤、防紫外线剂为UV9质量份数为0.5公斤、抗氧剂1010质量份数为2公斤、改性剂为硅烷偶联剂质量份数为2公斤、着色剂为钛白粉质量份数为5公斤。
先将天然植物纤维的质量份数为70公斤加入通道式连续干燥设备中，控制通道式连续干燥设备温度在100-105℃，时间11-13分钟，检测原料干燥到水分小于1％，再用高速混料机将包括橡胶粉粒所有原料混合均匀，高速混料机内所有原料在混料时温度控制在90-105℃，时间28分钟；再用高温造粒机将高速混料机内所有原料造粒，控制高温造粒机内温度在115-120℃，时间35分钟后将形成可供双螺杆挤出机用的原料粒子；再将原料粒子加入到双螺杆挤出机挤出板材，双螺杆挤出机7个温控区温度分别为50℃、60℃、80℃、90℃、110℃、120℃、130℃、双螺杆挤出机机头温度为140℃、双螺杆挤出机挤出板材再经过冷却、冷却水入口温度23℃以下，控制冷却水流量0.6立方米/分钟；双螺杆挤出机挤出板材速度为0.9-1.1米/分钟；待双螺杆挤出机挤出板材长度6米裁断；检验、包装，制造成对比新型生物质绿色代木板材。
参照国家标准GB/T9341-2008 GB/T29418-2012测试，加入橡胶微粒代木板材握钉力比没有加入的高；见下表
Claims (4)
1.一种绿色生物质代木板材，其特征在于所述的高分子树脂聚乙烯(低密度聚乙烯、高密度聚乙烯，可以是回收料)、橡胶粉粒、天然植物纤维为各种树木纤维、木材加工的锯末纤维，各种农作物秸秆纤维(如麦秆、棉秆、玉米杆、麻杆等)、竹纤维中的一种或多种的组合，增溶剂为马来酸酐改性的烯类树脂，乙烯-醋酸乙烯共聚物，松香改性树脂其中的一种或2种组合；复合助剂为天然富电性矿粉、增韧剂、润滑脱模剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯蜡其中的一种或2种组合；防紫外线吸收剂为UV-9、防热氧老化剂为抗氧剂1010和防老剂2246改性剂为硅烷偶联剂，着色剂为氧化铁红氧化铁黑、钛白粉其中的一种或2种组合。
2.如权利要求1所述其优选的原料组分按质量份数包括如下：
高分子树脂聚乙烯 (低密度聚乙烯、高密度聚乙烯，可以是回收料)30-50
橡胶粉粒 2-8
天然植物纤维的质量份数为 50-70
增溶剂为马来酸酐改性的烯类树脂，乙烯-醋酸乙烯共聚物，松香改性树脂其中的一种或2种组合质量份数为 2-6
复合助剂为天然富电性矿粉质量份数为 2-6
增韧剂EVA质量份数为 2-6
润滑脱模剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯蜡其中的一种或2种组合，质量份数为 2-6
防紫外线剂为UV9质量份数为 0.1-0.5
防热氧老化剂为抗氧剂1010和防老剂2246质量份数为 1-2
改性剂为硅烷偶联剂，质量份数为 2-6
着色剂为氧化铁红氧化铁黑、钛白粉其中的一种或2种组合质量份数为 2-5。
3.如权利要求1所述其优选的橡胶粉粒组分如下；
天然橡胶NR3#的质量份数为 100
促进剂M的质量份数为 2-3
促进剂DM的质量份数为 1-2
氧化锌的质量份数为 3-5
硬脂酸的质量份数为 1-3
硫磺的质量份数为 2-3
防老剂2264的质量份数为 1-2
沉淀法白炭黑的质量份数为 10-25
碳酸钙的质量份数为 55-100。
4.如权利要求1所述的一种生物质绿色代木板材的制造方法，包括如下步骤：用通道式连续干燥设备将原料干燥到水分小于1％，再用高速混料机将包括橡胶粉粒所有原料混合均匀，橡胶粒子是用上述橡胶粉粒组分的材料经过橡胶密炼机密炼，然后再经过开炼机下片，再用研磨机研磨成小于20目的橡胶粒子；再用高温造粒机造粒形成可供挤出机用的原料粒子；再将原料粒子加入到双螺杆挤出机挤出板材，再经过冷却、裁断制造成板材。
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