CN105482480B - 一种竹纤维增强热塑性塑料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种竹纤维增强热塑性塑料，由以下重量份计的原料混合制成：竹纤维30‑60份，热塑性塑料30‑80份，偶联剂0.25‑0.6份，交联剂0.3‑0.8份，润滑剂0.5‑1.5份。本发明得到的竹纤维增强热塑性塑料具有强度大、分散性好、生产成本低、环保性能佳等特点，适合注塑、挤出片材、管材成型等多种生产工艺，可用于家具、建筑、装饰等多个领域。
Description
技术领域
本发明涉及材料科学技术领域，特别涉及一种竹纤维增强热塑性塑料。
背景技术
热塑性塑料是一类应用最广的塑料，以热塑性树脂主要成分，并添加各种助剂而配制成塑料。在一定的温度条件下，塑料能软化或熔融成任意形状，冷却后形状不变；这种状态可多次反复而始终具有可塑性，且这种反复只是一种物理变化，热塑性塑料的种类主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。但这类产品都是以不可再生资源石油为原料，生产过程能耗大，对环境影响较为严重。同时，生产成本较高，在土壤环境中也不易分解，易造成“白色污染”。因此，研究该类产品的替代物已十分迫切。
采用我国资源十分丰富的竹材为原料，生产竹塑复合产品，一方面可部分替代塑料产品，提高产品的低碳、环保性能，另一方面又可降低成本，促进我国竹资源的高效利用，带动竹区经济。但竹原料与塑料的复合依然面临着很多的技术难题要解决，如竹材是强极性的，亲水性强，而塑料是非极性的、疏水性强，导致竹材料和塑料间的相容性差，界面结合性能较差。因此，在实际生产中往往采用磨细的竹粉为原料，如专利CN103319818A，CN102786809A等。竹原料在磨碎后，竹纤维结构破坏，竹材原料的良好性能得不到充分体现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种竹纤维增强热塑性塑料，具有良好的耐候性、韧性和刚性，使用寿命长，生产过程方便且环保、生产成本低等优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种竹纤维增强热塑性塑料，由以下重量份计的原料混合制成：竹纤维30-60份，热塑性塑料30-80份，偶联剂0.25-0.6份，交联剂0.3-0.8份，润滑剂0.5-1.5份。
本发明的主要特点：
(1)传统竹塑复合采用竹粉，即很小颗粒(如小于300目)，这样就会失去竹材的一些优点。本发明用竹纤维，即竹纤维束，竹纤维具有良好的强度、透气性、耐磨性等特性。
(2)为充分发挥竹纤维的优良性状，本发明以通过双氧水浸渍-蒸汽爆破法生产的纤维素含量较高的竹纤维为原料，通过表面改性及各种添加材料的联合应用，使竹纤维与热塑性塑料通过表面分子相互渗透和缠绕作用，形成竹塑复合材料。该材料具有强度高、环保性能较佳、生产成本低等特点。
作为优选，所述热塑性塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚酰胺、丙烯酸类塑料中的一种或几种混合物。
作为优选，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、铝钛复合偶联剂中的一种。
作为优选，所述交联剂选自过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、二酰基过氧化物、二烷基过氧化物中的一种或几种混合物。
作为优选，所述的润滑剂为蜡与纳米级碳酸钙的复合物，其中蜡的质量百分比为70-80％，纳米级碳酸钙的质量百分比为20-30％。
本发明对润滑剂这样特定的组合限定的作用是：(1)能满足复合材料在产品生产过程中具有一定的润滑性，能够挤出成型，做成产品；(2)加入物对产品其他的性质影响很小；(3)成本低，使用方便。
作为优选，所述蜡为聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡中的一种或两种。
作为优选，所述润滑剂的制备方法如下：在温度140-150℃条件下，将蜡熔化成液体，加入纳米碳酸钙，混合搅拌15-30分钟，冷却，粉碎成粒径小于2mm的颗粒。
作为优选，纳米级碳酸钙为颗粒直径小于2.6微米的碳酸钙颗粒。
作为优选，所述的竹纤维通过如下双氧水浸渍-蒸汽爆破联合处理工艺制备而得：
A、将长度小于0.5cm，直径小于0.2mm的竹颗粒放入质量浓度为10-15％的双氧水溶液中浸泡10-20分钟，双氧水溶液的温度控制为60-70℃，再将浸泡过的竹颗粒沥干至含水量30％以下，放置到蒸汽爆破装置中，蒸汽爆破装置中导入的水蒸气温度控制在140-160℃，压力控制在0.36MPa-0.64MPa，处理时间为20-30分钟；
B、打开蒸汽爆破装置的放料阀，使蒸汽爆破装置中物料爆破喷出，获得竹纤维；
C、将竹纤维放在温度为70-90℃的干燥窑中烘干至含水量为2-3％。
爆破后，可得到纤维的含量提高，更加疏松，部分木质素溶解在水中，双氧水浸渍的目的能促使木质素和纤维素分离。
通过本发明的特定制备方法，竹粒中的纤维素同木质素相连，在高温、高压蒸汽作用下，纤维素结晶度提高，聚合度下降，半纤维素部分降解，木素软化，横向连结强度下降，甚至软化可塑，当充满压力蒸汽的物料骤然减压时，孔隙中的气剧膨胀，产生“爆破”效果，可部分剥离木素，并将原料撕裂为细小纤维，可得到一定纯度的竹纤维。
一种竹纤维增强热塑性塑料的制备方法，步骤如下：
(1)在高速搅拌混料机中首先投入竹纤维和偶联剂，以500-700rpm的搅拌速度搅拌3-5min，然后投入热塑性塑料、交联剂和润滑剂，以1200-1500rpm的搅拌速度搅拌2-5min，得到搅拌均匀的混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料送入双螺杆挤出机中进行挤出，其中熔融区温度为155-170℃，挤出区温度为175-185℃，得到挤出制品；
(3)将挤出制品在水温为45-70℃的冷却水槽中进行冷却；
(4)对冷却后的挤出制品采用切粒机进行造粒，得到产品。
本发明的有益效果是：得到的竹纤维增强热塑性塑料具有强度大、分散性好、生产成本低、环保性能佳等特点，适合注塑、挤出片材、管材成型等多种生产工艺，可用于家具、建筑、装饰等多个领域。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
纳米级碳酸钙为颗粒直径小于2.6微米的碳酸钙颗粒，市售，可选立达超微工业(苏州)有限公司生产的纳米级碳酸钙(型号：YX-603，直径80±5nm)为原料。
实施例1
一种竹纤维增强热塑性塑料，由以下重量份计的原料混合制成：竹纤维30份，热塑性塑料(聚氯乙烯，市售)30份，偶联剂(钛酸酯偶联剂，市售)0.25份，交联剂(过氧化二异丙苯)0.3份，润滑剂0.5份。
制备方法，步骤如下：
(1)在高速搅拌混料机中首先投入竹纤维和偶联剂，以500rpm的搅拌速度搅拌5min，然后投入热塑性塑料、交联剂和润滑剂，以1200rpm的搅拌速度搅拌5min，得到搅拌均匀的混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料送入双螺杆挤出机中进行挤出，其中熔融区温度为155℃，挤出区温度为175℃，得到挤出制品；
(3)将挤出制品在水温为45℃的冷却水槽中进行冷却；
(4)对冷却后的挤出制品采用切粒机进行造粒，得到产品。
所述的润滑剂为聚乙烯蜡与纳米级碳酸钙的复合物，其中聚乙烯蜡的质量百分比为70％，纳米级碳酸钙的质量百分比为30％。所述润滑剂的制备方法如下：在温度140℃条件下，将聚乙烯蜡熔化成液体，加入纳米碳酸钙，混合搅拌30分钟，冷却，粉碎成粒径小于2mm的颗粒。
所述的竹纤维通过如下双氧水浸渍-蒸汽爆破联合处理工艺制备而得：
竹颗粒的制备方法为：竹屑(竹屑来源于浙江省安吉县竹材加工厂，毛竹加工废弃碎料)通过锤片粉碎机粉碎成长度小于0.5cm，直径小于0.2mm的竹颗粒。
A、将长度小于0.5cm，直径小于0.2mm的竹颗粒放入质量浓度为10％的双氧水溶液中浸泡20分钟，双氧水溶液的温度控制为60℃，再将浸泡过的竹颗粒沥干至含水量30％以下，放置到蒸汽爆破装置(蒸汽爆破机，吉林省峰远精密电子设备有限公司)中，蒸汽爆破装置中导入的水蒸气温度控制在140℃，压力控制在0.36MPa，处理时间为30分钟；
B、打开蒸汽爆破装置的放料阀，使蒸汽爆破装置中物料爆破喷出，获得竹纤维；
C、将竹纤维放在温度为70℃的干燥窑中烘干至含水量为2-3％。
实施例2
一种竹纤维增强热塑性塑料，由以下重量份计的原料混合制成：竹纤维60份，热塑性塑料(聚丙烯，市售)80份，偶联剂(硅烷偶联剂KH550，市售)0.6份，交联剂(过氧化苯甲酰，市售)0.8份，润滑剂1.5份。
制备方法，步骤如下：
(1)在高速搅拌混料机中首先投入竹纤维和偶联剂，以700rpm的搅拌速度搅拌3min，然后投入热塑性塑料、交联剂和润滑剂，以1500rpm的搅拌速度搅拌2min，得到搅拌均匀的混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料送入双螺杆挤出机中进行挤出，其中熔融区温度为170℃，挤出区温度为185℃，得到挤出制品；
(3)将挤出制品在水温为70℃的冷却水槽中进行冷却；
(4)对冷却后的挤出制品采用切粒机进行造粒，得到产品。
所述的润滑剂为氧化聚乙烯蜡与纳米级碳酸钙的复合物，其中氧化聚乙烯蜡的质量百分比为80％，纳米级碳酸钙的质量百分比为20％。所述润滑剂的制备方法如下：在温度150℃条件下，将氧化聚乙烯蜡熔化成液体，加入纳米碳酸钙，混合搅拌15分钟，冷却，粉碎成粒径小于2mm的颗粒。所述的竹纤维通过如下双氧水浸渍-蒸汽爆破联合处理工艺制备而得：
竹颗粒的制备方法为：竹屑(竹屑来源于浙江省安吉县竹材加工厂，毛竹加工废弃碎料)通过锤片粉碎机粉碎成长度小于0.5cm，直径小于0.2mm的竹颗粒。
A、将长度小于0.5cm，直径小于0.2mm的竹颗粒放入质量浓度为15％的双氧水溶液中浸泡10分钟，双氧水溶液的温度控制为70℃，再将浸泡过的竹颗粒沥干至含水量30％以下，放置到蒸汽爆破装置(蒸汽爆破机，吉林省峰远精密电子设备有限公司)中，蒸汽爆破装置中导入的水蒸气温度控制在160℃，压力控制在0.64MPa，处理时间为20分钟；
B、打开蒸汽爆破装置的放料阀，使蒸汽爆破装置中物料爆破喷出，获得竹纤维；
C、将竹纤维放在温度为90℃的干燥窑中烘干至含水量为2-3％。
实施例3
一种竹纤维增强热塑性塑料，由以下重量份计的原料混合制成：竹纤维40份，热塑性塑料(聚乙烯20份+聚氯乙烯40份)60份，偶联剂(钛酸酯偶联剂)0.4份，交联剂(过氧化二异丙苯0.3份+过氧化苯甲酰0.3份)0.6份，润滑剂1份。
制备方法，步骤如下：
(1)在高速搅拌混料机中首先投入竹纤维和偶联剂，以600rpm的搅拌速度搅拌4min，然后投入热塑性塑料、交联剂和润滑剂，以1300rpm的搅拌速度搅拌3min，得到搅拌均匀的混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料送入双螺杆挤出机中进行挤出，其中熔融区温度为160℃，挤出区温度为180℃，得到挤出制品；
(3)将挤出制品在水温为50℃的冷却水槽中进行冷却；
(4)对冷却后的挤出制品采用切粒机进行造粒，得到产品。
所述的润滑剂为蜡与纳米级碳酸钙的复合物，其中蜡的质量百分比为75％，纳米级碳酸钙的质量百分比为25％。所述蜡为聚乙烯蜡与氧化聚乙烯蜡按1:1的质量比的混合物。所述润滑剂的制备方法如下：在温度145℃条件下，将蜡熔化成液体，加入纳米碳酸钙，混合搅拌20分钟，冷却，粉碎成粒径小于2mm的颗粒。
所述的竹纤维通过如下双氧水浸渍-蒸汽爆破联合处理工艺制备而得：
竹颗粒的制备方法为：竹屑(竹屑来源于浙江省安吉县竹材加工厂，毛竹加工废弃碎料)通过锤片粉碎机粉碎成长度小于0.5cm，直径小于0.2mm的竹颗粒。
A、将长度小于0.5cm，直径小于0.2mm的竹颗粒放入质量浓度为12％的双氧水溶液中浸泡15分钟，双氧水溶液的温度控制为65℃，再将浸泡过的竹颗粒沥干至含水量30％以下，放置到蒸汽爆破装置(蒸汽爆破机，吉林省峰远精密电子设备有限公司)中，蒸汽爆破装置中导入的水蒸气温度控制在150℃，压力控制在0.5MPa，处理时间为25分钟；
B、打开蒸汽爆破装置的放料阀，使蒸汽爆破装置中物料爆破喷出，获得竹纤维；
C、将竹纤维放在温度为80℃的干燥窑中烘干至含水量为2-3％。
本发明的产品采用常规的木塑地板制造方法生产地板产品性能指标与木塑制品国家标准的比较如下：
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (7)
1.一种竹纤维增强热塑性塑料，其特征在于，由以下重量份计的原料混合制成：竹纤维30-60份，热塑性塑料30-80份，偶联剂0.25-0.6份，交联剂0.3-0.8份，润滑剂0.5-1.5份；
所述的竹纤维通过如下双氧水浸渍-蒸汽爆破联合处理工艺制备而得：
A、将长度小于0.5em，直径小于0.2mm的竹颗粒放入质量浓度为10-15％的双氧水溶液中浸泡10-20分钟，双氧水溶液的温度控制为60-70℃，再将浸泡过的竹颗粒沥干至含水量30％以下，放置到蒸汽爆破装置中，蒸汽爆破装置中导入的水蒸气温度控制在140-160℃，压力控制在0.36MPa-0.64MPa，处理时间为20-30分钟；
B、打开蒸汽爆破装置的放料阀，使蒸汽爆破装置中物料爆破喷出，获得竹纤维；
C、将竹纤维放在温度为70-90℃的干燥窑中烘干至含水量为2-3％；
所述的润滑剂为蜡与纳米级碳酸钙的复合物，其中蜡的质量百分比为70-80％，纳米级碳酸钙的质量百分比为20-30％；所述润滑剂的制备方法如下：在温度140-150℃条件下，将蜡熔化成液体，加入纳米碳酸钙，混合搅拌15-30分钟，冷却，粉碎成粒径小于2mm的颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种竹纤维增强热塑性塑料，其特征在于：所述热塑性塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚酰胺、丙烯酸类塑料中的一种或几种混合物。
3.根据权利要求1所述的一种竹纤维增强热塑性塑料，其特征在于：所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、铝钛复合偶联剂中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种竹纤维增强热塑性塑料，其特征在于：所述交联剂选自过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、二酰基过氧化物、二烷基过氧化物中的一种或几种混合物。
5.根据权利要求1所述的一种竹纤维增强热塑性塑料，其特征在于：所述蜡为聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的一种竹纤维增强热塑性塑料，其特征在于：纳米级碳酸钙为颗粒直径小于2.6微米的碳酸钙颗粒。
7.如权利要求1所述的一种竹纤维增强热塑性塑料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)在高速搅拌混料机中首先投入竹纤维和偶联剂，以500-700rpm的搅拌速度搅拌3-5min，然后投入热塑性塑料、交联剂和润滑剂，以1200-1500rpm的搅拌速度搅拌2-5min，得到搅拌均匀的混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料送入双螺杆挤出机中进行挤出，其中熔融区温度为155-170℃，挤出区温度为175-185℃，得到挤出制品；
(3)将挤出制品在水温为45-70℃的冷却水槽中进行冷却；
(4)对冷却后的挤出制品采用切粒机进行造粒，得到产品。
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