CN105542445A - 一种改性木屑制备木塑复合材料的方法 - Google Patents

一种改性木屑制备木塑复合材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改性木屑制备木塑复合材料的方法，属于复合材料领域。本实例通过水浮筛选木屑，再将其与硅酸四乙酯在高温下预混反应处理，再将其进行高压挤压处理，随后与三甲基硅醇等物质，在高温下进行反应，制得改性木屑，再将其与原料进行混合，挤压造粒，从而得到改性木屑制备木塑复合材料的方法。实例证明，本发明制备工艺简单，可操作性强，利用木屑为原料，节约了木材资源，保持了木塑材料绿色环保、节约资源的优点，而且制得的木塑复合材料耐老化性能强、韧性好、导热性强、不易脆断，适合工业化大规模推广。

Description

一种改性木屑制备木塑复合材料的方法
技术领域
本发明公开了一种改性木屑制备木塑复合材料的方法，属于复合材料领域。
背景技术
木塑，即木塑复合材料，是国内外近年蓬勃兴起的一类新型复合材料，指利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等，代替通常的树脂胶粘剂，与超过35％～70％以上的木粉、稻壳、秸秆等废植物纤维混合成新的木质材料，再经挤压、模压、注射成型等塑料加工工艺，生产出的板材或型材。主要用于建材、家具、物流包装等行业。木塑材料由于其绿色环保，节约能源，因此越来越受人们关注和重视。
但目前的木塑材料还存在一定缺陷：
1、耐老化性能不够：目前市场研制的PVC木塑复合材料产品主要都是室内使用的多，户外使用的较少。由于PVC在强光热条件下易分解，所以PVC木塑的耐臭氧性、耐水性、耐候性不高。室外建材一般用PE木塑、PP木塑，PE木塑在抗氧化和抗光分解能力差，就是加有抗氧剂效果也不太理想，所以导致产品的强度和色牢度也很不好，产品室外运用寿命有限；耐热性不好，受热易变型屈曲。
2、韧性不好：木塑的韧性低于塑料母体或树脂，所以在加工的时候，加工设备或模具需要作相应调整和改造以满足加工要求。
3.导热性差：木塑复合材料的导热性差，且其制品多为异型材，冷却定型比较困难，加工中多采用水冷定型。
4、在承受冲击或加载结构的工业场合中应用有局限：亲水性的木粉(如木纤维)和疏水性的塑料之间的粘结力很小，导致制品的力学强度较低，木塑复合材料的拉伸强度和弯曲强度比未填充塑料时要小，脆性比未填充塑料时较大，冲击强度也相应降低，而且其密度一般比纯塑料和木材要高。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对目前常用的木塑材料虽然绿色环保，节约资源，但是仍然存在耐老化性能不够、韧性不好、导热性差以及脆性比较大的现状，提供了一种通过水浮筛选木屑，再将其与硅酸四乙酯在高温下预混反应处理，再将其进行高压挤压处理，随后与三甲基硅醇等物质，在高温下进行反应，制得改性木屑，再将其与原料进行混合，挤压造粒，从而得到改性木屑制备木塑复合材料的方法。该方法制备工艺简单，可操作性强，利用木屑为原料，节约了木材资源，保持了木塑材料绿色环保、节约资源的优点，而且制得的木塑复合材料耐老化性能强、韧性好、导热性强、不易脆断，适合工业化大规模推广。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）取700～900g木屑放入容器中，向其中加入水淹没木屑4～6cm，使用搅拌器搅拌30～40min后，静置直至无木屑下沉，随后去除漂浮在水面的杂质，然后过滤，收集过滤物，按质量比4:1，将过滤物与硅酸四乙酯进行混合，再将混合物放入马弗炉中，使用氮气保护，设定温度为300～400℃，保持温度30～40min；
（2）待上述保温结束后，将混合物放入挤压机中，挤压力设定为40～45MN，挤压30～40min，随后在50s内撤去压力，将所得的挤压物放入粉碎机中进行粉碎，过筛得120目粉末，然后将所得的粉末放入容器中，向其中加入无水乙醇、冰醋酸按体积比3:1混合而成的混合液，浸泡粉末；
（3）再分别向上述容器中加入30～32g山梨醇酐单硬脂酸酯及10～15g三甲基硅醇，然后使用乙烯将容器内的空气排出，随后对容器进行加热，加热至容器内的溶液沸腾，保持温度40～50min，在液体沸腾后，使用搅拌器以转速300～400r/min，进行搅拌；
（4）待上述保温结束后，趁热减压过滤，收集过滤物，使用质量分数为13％的氢氧化钠溶液冲洗过滤物3～4次，然后将过滤物放入90℃的真空干燥箱中，待其含水量为8～10％时，将过滤物取出，放入粉碎机中进行粉碎，过筛得150～180目改性木屑颗粒；
（5）按质量百份比计，取29～50份上述所得的改性木屑颗粒、30～40份热塑性树脂、10～15份聚醋酸乙烯、7～10份硅油及3～6份聚氧乙烯脂肪酸酯，放入180～210℃的混炼机中，混合15～20min，待混合结束后，将混合料放入双螺杆挤出机挤出造粒，即可得到木塑复合材料。
所述的步骤（5）中热塑性树脂为聚酰胺、聚乙烯及聚碳酸酯中的任意一种。
温区1至温区9的温度依次为125℃、118℃、105℃、90℃、85℃、70℃、74℃、85℃和92℃。
本发明制得的改性木屑制备木塑复合材料颜色为淡黄色，密度为0.95g/cm3，极限氧气指数（LOI）为30～32，平整度＜0.2mm，导热系数为0.23W/(m·K)，抗冲击强度为12～15KJ/m2，拉伸断裂伸长率为45～50％。
本发明的应用方法是：将本发明制得的改性木屑制备木塑复合材料作为木材的代替品，可以应用于建材、家具、物流包装材料上，使用后，经过检测，测得用了本发明改性木屑制备木塑复合材料比传统的木塑材料抗冲击强度从3～5KJ/m2提高到了12～15KJ/m2，提高了66.7％以上，而拉伸断裂伸长率从原本的15～25％提高为45～50％，提高了50％以上。
本发明的有益效果是：
（1）本发明制备工艺简单，可操作性强，过程易于控制，适合工业化大规模推广；
（2）利用木屑为原料，节约了木材资源，更加绿色环保；
（3）本发明制得的木塑复合材料耐老化性能强、韧性好、导热性强、不易脆断以及平整度高的特点。
具体实施方式
首先取700～900g木屑放入容器中，向其中加入水淹没木屑4～6cm，使用搅拌器搅拌30～40min后，静置直至无木屑下沉，随后去除漂浮在水面的杂质，然后过滤，收集过滤物，按质量比4:1，将过滤物与硅酸四乙酯进行混合，再将混合物放入马弗炉中，使用氮气保护，设定温度为300～400℃，保持温度30～40min；
然后待上述保温结束后，将混合物放入挤压机中，挤压力设定为40～45MN，挤压30～40min，随后在50s内撤去压力，将所得的挤压物放入粉碎机中进行粉碎，过筛得120目粉末，然后将所得的粉末放入容器中，向其中加入无水乙醇、冰醋酸按体积比3:1混合而成的混合液，浸泡粉末；随后再分别向上述容器中加入30～32g山梨醇酐单硬脂酸酯及10～15g三甲基硅醇，然后使用乙烯将容器内的空气排出，随后对容器进行加热，加热至容器内的溶液沸腾，保持温度40～50min，在液体沸腾后，使用搅拌器以转速300～400r/min，进行搅拌；待上述保温结束后，趁热减压过滤，收集过滤物，使用质量分数为13％的氢氧化钠溶液冲洗过滤物3～4次，然后将过滤物放入90℃的真空干燥箱中，待其含水量为8～10％时，将过滤物取出，放入粉碎机中进行粉碎，过筛得150～180目改性木屑颗粒；最后按质量百份比计，取29～50份上述所得的改性木屑颗粒、30～40份热塑性树脂、10～15份聚醋酸乙烯、7～10份硅油及3～6份聚氧乙烯脂肪酸酯，放入180～210℃的混炼机中，混合15～20min，待混合结束后，将混合料放入双螺杆挤出机挤出造粒，即可得到木塑复合材料。其中热塑性树脂为聚酰胺、聚乙烯及聚碳酸酯中的任意一种；温区1至温区9的温度依次为125℃、118℃、105℃、90℃、85℃、70℃、74℃、85℃和92℃。
实例1
首先取700g木屑放入容器中，向其中加入水淹没木屑4cm，使用搅拌器搅拌30min后，静置直至无木屑下沉，随后去除漂浮在水面的杂质，然后过滤，收集过滤物，按质量比4:1，将过滤物与硅酸四乙酯进行混合，再将混合物放入马弗炉中，使用氮气保护，设定温度为300℃，保持温度30min；然后待上述保温结束后，将混合物放入挤压机中，挤压力设定为40MN，挤压30min，随后在50s内撤去压力，将所得的挤压物放入粉碎机中进行粉碎，过筛得120目粉末，然后将所得的粉末放入容器中，向其中加入无水乙醇、冰醋酸按体积比3:1混合而成的混合液，浸泡粉末；随后再分别向上述容器中加入30g山梨醇酐单硬脂酸酯及10g三甲基硅醇，然后使用乙烯将容器内的空气排出，随后对容器进行加热，加热至容器内的溶液沸腾，保持温度40min，在液体沸腾后，使用搅拌器以转速300r/min，进行搅拌；待上述保温结束后，趁热减压过滤，收集过滤物，使用质量分数为13％的氢氧化钠溶液冲洗过滤物3次，然后将过滤物放入90℃的真空干燥箱中，待其含水量为8％时，将过滤物取出，放入粉碎机中进行粉碎，过筛得150目改性木屑颗粒；最后按质量百份比计，取29份上述所得的改性木屑颗粒、30份热塑性树脂、10份聚醋酸乙烯、7份硅油及3份聚氧乙烯脂肪酸酯，放入180℃的混炼机中，混合15min，待混合结束后，将混合料放入双螺杆挤出机挤出造粒，即可得到木塑复合材料。
本实例操作简单易行，将本发明制得的改性木屑制备木塑复合材料作为木材的代替品，可以应用于建材、家具、物流包装材料上，使用后，经过检测，测得用了本发明改性木屑制备木塑复合材料比传统的木塑材料抗冲击强度从5KJ/m2提高到了15KJ/m2，提高了66.7％，而拉伸断裂伸长率从原本的25％提高为50％，提高了50％。
实例2
首先取800g木屑放入容器中，向其中加入水淹没木屑5cm，使用搅拌器搅拌35min后，静置直至无木屑下沉，随后去除漂浮在水面的杂质，然后过滤，收集过滤物，按质量比4:1，将过滤物与硅酸四乙酯进行混合，再将混合物放入马弗炉中，使用氮气保护，设定温度为350℃，保持温度35min；然后待上述保温结束后，将混合物放入挤压机中，挤压力设定为43MN，挤压35min，随后在50s内撤去压力，将所得的挤压物放入粉碎机中进行粉碎，过筛得120目粉末，然后将所得的粉末放入容器中，向其中加入无水乙醇、冰醋酸按体积比3:1混合而成的混合液，浸泡粉末；随后再分别向上述容器中加入31g山梨醇酐单硬脂酸酯及13g三甲基硅醇，然后使用乙烯将容器内的空气排出，随后对容器进行加热，加热至容器内的溶液沸腾，保持温度45min，在液体沸腾后，使用搅拌器以转速350r/min，进行搅拌；待上述保温结束后，趁热减压过滤，收集过滤物，使用质量分数为13％的氢氧化钠溶液冲洗过滤物3次，然后将过滤物放入90℃的真空干燥箱中，待其含水量为9％时，将过滤物取出，放入粉碎机中进行粉碎，过筛得165目改性木屑颗粒；最后按质量百份比计，取45份上述所得的改性木屑颗粒、35份热塑性树脂、13份聚醋酸乙烯、8份硅油及5份聚氧乙烯脂肪酸酯，放入200℃的混炼机中，混合18min，待混合结束后，将混合料放入双螺杆挤出机挤出造粒，即可得到木塑复合材料。
本实例操作简单易行，将本发明制得的改性木屑制备木塑复合材料作为木材的代替品，可以应用于建材、家具、物流包装材料上，使用后，经过检测，测得用了本发明改性木屑制备木塑复合材料比传统的木塑材料抗冲击强度从4KJ/m2提高到了14KJ/m2，提高了71.4％，而拉伸断裂伸长率从原本的20％提高为47％，提高了57.4％。
实例3
首先取900g木屑放入容器中，向其中加入水淹没木屑6cm，使用搅拌器搅拌40min后，静置直至无木屑下沉，随后去除漂浮在水面的杂质，然后过滤，收集过滤物，按质量比4:1，将过滤物与硅酸四乙酯进行混合，再将混合物放入马弗炉中，使用氮气保护，设定温度为400℃，保持温度40min；然后待上述保温结束后，将混合物放入挤压机中，挤压力设定为45MN，挤压40min，随后在50s内撤去压力，将所得的挤压物放入粉碎机中进行粉碎，过筛得120目粉末，然后将所得的粉末放入容器中，向其中加入无水乙醇、冰醋酸按体积比3:1混合而成的混合液，浸泡粉末；随后再分别向上述容器中加入32g山梨醇酐单硬脂酸酯及15g三甲基硅醇，然后使用乙烯将容器内的空气排出，随后对容器进行加热，加热至容器内的溶液沸腾，保持温度50min，在液体沸腾后，使用搅拌器以转速400r/min，进行搅拌；待上述保温结束后，趁热减压过滤，收集过滤物，使用质量分数为13％的氢氧化钠溶液冲洗过滤物4次，然后将过滤物放入90℃的真空干燥箱中，待其含水量为10％时，将过滤物取出，放入粉碎机中进行粉碎，过筛得180目改性木屑颗粒；最后按质量百份比计，取50份上述所得的改性木屑颗粒、40份热塑性树脂、15份聚醋酸乙烯、10份硅油及6份聚氧乙烯脂肪酸酯，放入210℃的混炼机中，混合20min，待混合结束后，将混合料放入双螺杆挤出机挤出造粒，即可得到木塑复合材料。
本实例操作简单易行，将本发明制得的改性木屑制备木塑复合材料作为木材的代替品，可以应用于建材、家具、物流包装材料上，使用后，经过检测，测得用了本发明改性木屑制备木塑复合材料比传统的木塑材料抗冲击强度从3KJ/m2提高到了12KJ/m2，提高了75％，而拉伸断裂伸长率从原本的15％提高为45％，提高了66.7％。

Claims (3)

1.一种改性木屑制备木塑复合材料的方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）取700～900g木屑放入容器中，向其中加入水淹没木屑4～6cm，使用搅拌器搅拌30～40min后，静置直至无木屑下沉，随后去除漂浮在水面的杂质，然后过滤，收集过滤物，按质量比4:1，将过滤物与硅酸四乙酯进行混合，再将混合物放入马弗炉中，使用氮气保护，设定温度为300～400℃，保持温度30～40min；
（2）待上述保温结束后，将混合物放入挤压机中，挤压力设定为40～45MN，挤压30～40min，随后在50s内撤去压力，将所得的挤压物放入粉碎机中进行粉碎，过筛得120目粉末，然后将所得的粉末放入容器中，向其中加入无水乙醇、冰醋酸按体积比3:1混合而成的混合液，浸泡粉末；
（3）再分别向上述容器中加入30～32g山梨醇酐单硬脂酸酯及10～15g三甲基硅醇，然后使用乙烯将容器内的空气排出，随后对容器进行加热，加热至容器内的溶液沸腾，保持温度40～50min，在液体沸腾后，使用搅拌器以转速300～400r/min，进行搅拌；
（4）待上述保温结束后，趁热减压过滤，收集过滤物，使用质量分数为13％的氢氧化钠溶液冲洗过滤物3～4次，然后将过滤物放入90℃的真空干燥箱中，待其含水量为8～10％时，将过滤物取出，放入粉碎机中进行粉碎，过筛得150～180目改性木屑颗粒；
（5）按质量百份比计，取29～50份上述所得的改性木屑颗粒、30～40份热塑性树脂、10～15份聚醋酸乙烯、7～10份硅油及3～6份聚氧乙烯脂肪酸酯，放入180～210℃的混炼机中，混合15～20min，待混合结束后，将混合料放入双螺杆挤出机挤出造粒，即可得到木塑复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种改性木屑制备木塑复合材料的方法，其特征在于：所述的步骤（5）中热塑性树脂为聚酰胺、聚乙烯及聚碳酸酯中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种改性木屑制备木塑复合材料的方法，其特征在于：温区1至温区9的温度依次为125℃、118℃、105℃、90℃、85℃、70℃、74℃、85℃和92℃。
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