CN105348836A - 一种基于生物质的复合材料及其制备方法 - Google Patents

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高延敏
蒋诗旭
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Abstract

本发明公开了一种基于生物质的复合材料及其制备方法。所述复合材料的组合物按质量百分比由组分：改性竹木粉末为30-50％，聚苯乙烯为20-35％，混合增溶剂为5-20％，混合阻燃剂为3-8％，发泡剂为1-8％，环氧基硅烷偶联剂为1-5％组成。制备方法是将配比称量好的各组分放入在搅拌机中以100-150转/分转速搅拌50-70分钟，混合均匀后放在双螺杆挤出机中挤出颗粒粉体，包装。本发明通过采用可再生物质竹木粉和塑料生产制备出环境友好型防腐材料，性能优异。不吸湿，不腐烂，不破裂，不变形，防虫蛀，对冷、热环境不敏感，可广泛作承载结构材料使用，而且成本低廉。

Description

一种基于生物质的复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于木塑材料技术领域，具体涉及一种基于生物质的复合材料及制备方法。本发明可应用于替代木材的场合。
背景技术
竹木粉末是废弃的材料，不仅容易造成环境污染，同时也因废弃浪费了宝贵的资源。聚苯乙烯是一种廉价的塑料，单独使用附加值不高，尤其是缺少木材厚重和装饰的感觉。
在已知的竹木粉末中，由于种类多，含水量以及生长年限的差异造成了与塑料融合时，工艺和产品性能的不稳定。
木塑材料的混合增溶剂是提高木塑材料稳定性重要的措施，现在主要是在木塑材料中引入含有羟基的单体或是聚合物来增强塑料与含有纤维素木材的混溶性。
可是由于苯乙烯与聚丙烯，聚乙烯结构上的差异，在以上体系中使用的混合增溶剂在苯乙烯中效果不是很明显，在加工过程存在分层，塑化不均等现象，影响了木塑材料的力学性能与可加工性能。
在已使木塑材料中，密度较大，不使用在一些需要轻质材料方面的使用，在满足力学性能的前提下，适当控制木塑材料的空洞，气孔，减轻材料的密度是重要的内容；但是，在加气过程，容易产生气泡发泡不均匀的现象，分析造成这样的原因是与所用的混合增溶剂以及塑料的软化点，流动性有密切的关系，适当控制这些参数是解决这个关键问题的路径。
改性竹木粉体，含有数目较多的羟基，这些羟基在一定条件可以参与反应，可是所用的聚苯乙烯因分子都为非极性，与木粉之间存在了相容性的问题，为此，采用过渡层的方法是一条可行的途径，就是在羟基上，连接一些非极性的官能基团，一边接在木粉上，另一边接在混合增溶剂上，并梯次过度到聚苯乙烯来增加其相容性。
木材的阻燃是一个重要的问题，现在阻燃剂包括含磷，含卤素，一些重要的氧化物，例如，氧化镁，硼酸等。
发泡剂种类很多，归结起来主要是包括两类，物理与化学发泡，物理发泡在木塑材料中，容易溢出，采用化学发泡容易获得较为理想的效果。
发明内容
技术问题：本发明的目的是为了解决将废弃材料变成有用材料的现有技术中存在的问题和缺陷，而提供一种基于生物质的复合材料及其制备方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于生物质的复合材料，按质量百分比由以下组分及含量组成：改性竹木粉末为20-60％，聚苯乙烯为15-50％，混合增溶剂为5-20％，混合阻燃剂为5-15％，发泡剂为8-12％，环氧基硅烷偶联剂1-5％。
上述所述的改性竹木粉末是指在常温下，采用由异氰酸酯硅烷偶联剂与乙醇按质量比为1：10配制的混合液，按质量比混合液：竹木粉末＝1：50喷洒在粉末的表面，搅拌均匀得到的粒径为5-25微米的粉体。
上述所述的混合阻燃剂为亚磷酸三苯酯，氢氧化铝和氧化镁的混合物，其混合质量比为亚磷酸三苯酯：氢氧化铝：氧化镁＝10：2：3。
上述所述的的混合增溶剂为苯乙烯马来酸酐、苯乙烯、丙烯酸通过阴离子聚合而获得的共聚物。所述的共聚物的分子结构为：
其中，n小于m，n＝10-40，m＝50-100，分子量为5000-10000；
其反应过程为：
其中，n大于m，n为20-70，m为10-30，分子量为5000-20000。
上述所述的发泡剂为AC化学发泡剂。
本发明的一种基于生物质的复合材料的制备方法，步骤是将称量好的组合物组分放在搅拌机中，以100-150转/分转速搅拌50-70分钟，混合均匀后放在双螺杆挤出机中挤出颗粒粉体，包装
有益效果：本发明采用可再生物质竹木粉和塑料生产制备出环境友好型防腐材料，性能优异。不吸湿，不腐烂，不破裂，不变形，防虫蛀，对冷、热环境不敏感，可广泛作承载结构材料使用，而且制备工艺简单，成本低廉。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下列举实施例对本发明进行进一步的详细说明。本领域技术人员应当理解，所述的实施例仅仅用于帮助理解本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
一种基于生物质的复合材料，质量组分如下：改性竹木粉末50％，聚苯乙烯20％，混合增溶剂15％，混合阻燃剂5％，发泡剂8％，环氧基硅烷偶联剂2％。
上述一种基于生物质的复合材料的制备方法如下：分别称取改性竹木粉末50g，聚苯乙烯20g，混合增溶剂15g，混合阻燃剂5g，发泡剂8g，环氧基硅烷偶联剂2g。将竹木粉末在80℃烘箱中干燥12h，将改性竹木粉末，聚苯乙烯，混合增溶剂，混合阻燃剂，发泡剂，环氧基硅烷偶联剂放在搅拌机中，以110转/分的转速，搅拌混合55分钟后，再放在双螺杆挤出机中挤出，将挤出的颗粒包装。
实施例效果：拉升强度11.3MPa，冲击强度2.7KJ/m2，弯曲强度12.5MPa，硬度76HRR，24h吸水率0.5％。
实施例2：
一种基于生物质的复合材料，质量组分如下：改性竹木粉末45％，聚苯乙烯30％，混合增溶剂16％，混合阻燃剂3％，发泡剂1％，环氧基硅烷偶联剂5％。
上述一种基于生物质的复合材料的制备方法如下：分别称取改性竹木粉末45g，聚苯乙烯30g，混合增溶剂16g，混合阻燃剂3g，发泡剂1g，环氧基硅烷偶联剂5g。将改性竹木粉末在80℃烘箱中干燥12h，将改性竹木粉末，聚苯乙烯，混合增溶剂，混合阻燃剂，发泡剂，环氧基硅烷偶联剂放在搅拌机中，以100转/分的转速，搅拌混合70分钟后，在双螺杆挤出机中挤出，将挤出的颗粒包装。
实施例效果：拉升强度10.6MPa，冲击强度2.6KJ/m2，弯曲强度12MPa，硬度77HRR，24h吸水率0.4％。
实施例3：
一种基于生物质的复合材料，质量组分如下：改性竹木粉末45％，聚苯乙烯35％，混合增溶剂5％，混合阻燃剂8％，发泡剂5％，环氧基硅烷偶联剂2％。
上述一种基于生物质的复合材料的制备方法如下：分别称取改性竹木粉末45g，聚苯乙烯35g，混合增溶剂5g，混合阻燃剂8g，发泡剂5g，环氧基硅烷偶联剂2g。将改性竹木粉末在80℃烘箱中干燥12h，将改性竹木粉末，聚苯乙烯，混合增溶剂，混合阻燃剂，发泡剂，环氧基硅烷偶联剂放在搅拌机中，以130转/分的转速，搅拌混合60分钟后，在双螺杆挤出机中挤出，将挤出的颗粒包装。
实施例效果：拉升强度11MPa，冲击强度2.8KJ/m2，弯曲强度12MPa，硬度78HRR，24h吸水率0.4％。
实施例4：
一种基于生物质的复合材料，质量组分如下：改性竹木粉末40％，聚苯乙烯25％，混合增溶剂20％，混合阻燃剂5％，发泡剂5％，环氧基硅烷偶联剂5％。
上述一种基于生物质的复合材料的制备方法如下：分别称取竹木粉末40g，聚苯乙烯25g，混合增溶剂20g，混合阻燃剂5g，发泡剂5g，环氧基硅烷偶联剂5g。将改性竹木粉末在80℃烘箱中干燥12h，将改性竹木粉末，聚苯乙烯，混合增溶剂，混合阻燃剂，发泡剂，环氧基硅烷偶联剂放在搅拌机中，以140转/分的转速，搅拌混合60分钟后，在双螺杆挤出机中挤出，将挤出的颗粒包装。
实施例效果：拉升强度10.5MPa，冲击强度2.8KJ/m2，弯曲强度12MPa，硬度76HRR，24h吸水率0.3％。
实施例5：
一种基于生物质的复合材料，质量组分如下：改性竹木粉末30％，聚苯乙烯35％，混合增溶剂20％，混合阻燃剂8％，发泡剂6％，环氧基硅烷偶联剂1％。
上述一种基于生物质的复合材料的制备方法如下：分别称取改性竹木粉末30g，聚苯乙烯35g，混合增溶剂20g，混合阻燃剂8g，发泡剂6g，环氧基硅烷偶联剂1g。将改性竹木粉末在80℃烘箱中干燥12h，将改性竹木粉末，聚苯乙烯，混合增溶剂，混合阻燃剂，发泡剂，环氧基硅烷偶联剂放在搅拌机中，以150转/分的转速，搅拌混合50分钟后，在双螺杆挤出机中挤出，将挤出的颗粒包装。
实施例效果：拉升强度11.3MPa，冲击强度2.7KJ/m2，弯曲强度11.7MPa，硬度75HRR，24h吸水率0.3％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的技术人员来说，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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于生物质的复合材料，其特征是，按质量百分比由以下组分及含量组成：改性竹木粉末为20-60％，聚苯乙烯为15-50％，混合增溶剂为5-20％，混合阻燃剂为5-15％，发泡剂为8-12％，环氧基硅烷偶联剂1-5％。
2.根据权利要求1所述的一种基于生物质的复合材料，其特征是，所述的改性竹木粉末是指在常温下，采用由异氰酸酯硅烷偶联剂与乙醇按质量比为1：10配制的混合液，按质量比混合液：竹木粉末＝1：50喷洒在粉末的表面，搅拌均匀得到的粒径为5-25微米的粉体。
3.根据权利要求1所述的一种基于生物质的复合材料，其特征是，所述的混合阻燃剂为亚磷酸三苯酯，氢氧化铝和氧化镁的混合物，其混合质量比为亚磷酸三苯酯：氢氧化铝：氧化镁＝10：2：3。
4.根据权利要求1所述的一种基于生物质的复合材料，其特征是，所述的的混合增溶剂为苯乙烯马来酸酐、苯乙烯、丙烯酸通过阴离子聚合而获得的共聚物。
5.根据权利要求4所述的一种基于生物质的复合材料，其特征是，所述的共聚物的分子结构为：
其中，n小于m，n＝10-40，m＝50-100，分子量为5000-10000；
其反应过程为：
其中，n大于m，n为20-70，m为10-30，分子量为5000-20000。
6.根据权利要求1所述的一种基于生物质的复合材料，其特征是，所述的发泡剂为AC化学发泡剂。
7.一种根据权利要求1-6任一所述的基于生物质的复合材料的制备方法，其特征是，将称量好的组合物组分放在搅拌机中，以100-150转/分转速搅拌50-70分钟，混合均匀后放在双螺杆挤出机中挤出颗粒粉体，包装。
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