CN105585867A - 一种废旧织物增强木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种废旧织物增强木塑复合材料及其制备方法。以重量份数计，该复合材料是由20-30份直径小于5mm且长度小于40mm的废旧织物纤维、20-40份热塑性树脂材料，30-50份40-200目木粉、1-5份界面相容剂，以及3-15份添加剂组成，具有低成本、高力学性能。本发明采用直接将废旧织物纤维作为原料与其他原料进行混合，然后直接采用双螺杆混炼技术，使废旧织物纤维、界面相容剂均匀分布在基体材料中，最好热压成膜的方法，大大降低了制备成本，进一步提高了制品的力学性能。

Description

一种废旧织物增强木塑复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于木塑复合材料技术领域，具体涉及一种废旧织物增强的木塑复合材料及其制备方法。

背景技术

我国是一个纺织品制造大国，同时更是一个纺织品消费大国。我国每年纺织品的消耗量有3500万吨，但是由于资源短缺，每年需要进口大量纺织品及其原材料。同时，我国每年产生的废旧纺织品达2600多万吨，预计“十三五”期间，该值将超过1亿吨，但其综合利用率却不足0.1％，而发达国家如英国、日本、德国等，其废旧纺织品回收利用率达到16％以上。

与聚酯瓶和废旧塑料等相比，废旧织物的回收较困难，因为现在的纺织物很多是混纺材料，例如毛涤、涤棉等，回收利用时就必须将合成纤维与天然纤维分离，但该分离过程如下，其工艺复杂，技术要求高、成本高，一般企业很难实现。

分离程序：首先，对回收的废旧织物做纤维成分鉴别，并且是快速鉴别；其次，进行分离，目前的分离方法包括：(一)将废旧织物绞碎成絮状，利用它们的物理特性进行分离；(二)用化学溶剂溶掉聚酯部分，剩下天然纤维；然后，进行脱色处理，去掉废旧织物原有的颜色，同时保证脱色染料不污染环境；最后，回收纯化聚酯部分，将其加工成聚酯原料。

因此，目前对废旧织物的处理主要还是以焚烧、堆肥和填埋这三种方式为主，其中填埋仍是最主要的处理方式。而土地填埋会释放大量的温室气体，渗滤液如果外漏会对地下水和地表水造成污染，填埋占用的土地几十年甚至上百年不能再利用。虽然可利于废旧纺织品焚烧发电，但废旧纺织品焚烧后产生底灰，而底灰中含有大量的有害物质，如铅和镉等物质，焚烧还会产生大量二氧化硫、二噁英等尾气，对环境造成二次污染。同时，废旧织物在生产过程中也会造成大量污染，如我国纺织行业的污水排放量占每年污水排放量的18％(约70亿吨)，这些废水已对生活用水造成了污染，而且严重破坏了生态、水环境和土壤。并且合成纤维的生产耗用大量的石油等资源，排出CO₂及废水废渣等，这些废弃物需要几十年甚至上百年才能降解，给环境带来了较大的负担。因此，每年如此大量的废旧织物如何经无公害化利用而变废为宝已经成为摆在我们面前的一个亟待解决的紧迫问题。

公开号为CN101982488A的中国专利申请公开了一种木塑复合材料及其制备方法，该复合材料以20-80g/m²的针刺非织造布作为增强材料，以包括100重量份的热塑型高聚物和10-60重量份的木粉为组成基体，经复合制成。该制备方法是先将所述的热塑型高聚物和木粉在单螺杆挤出机中混合均匀，熔融后挤出到预先铺设有所述针刺非织造布的模具中，再经过模压成型，即制得所述的木塑复合材料。该复合材料是将针刺非织造布与木塑基体树脂材料进行复合，不是整体均匀的复合材料，并且该方法需将针刺非织造布预先铺设在模具中，为了让基体树脂材料更多浸入布料中，采用减少木粉含量以增加熔体流动性，不仅增加了成本，同时失去了木塑材料价格低廉、木质感强的特点。

公开号为CN103756350A的中国专利申请公开了一种采用废弃物生产木塑材料的方法，该制备方法先将尿不湿废弃物粉碎成固体颗粒或者粉末，其粒度为10目-250目；将废旧回收的聚氯乙烯、聚乙烯或聚丙烯粉碎为树脂粉体，其粒度为100目-150目；将秸秆粉碎为100-200目的粉体；然后取尿不湿废弃物颗粒或粉末、树脂粉体、秸秆粉体、辅助剂混合均匀、造粒、成型，得木塑板材。该制备方法需要将树脂和秸秆粉碎为100目以上的粉体，增加了能耗，并且尿不湿材料中的外层无纺布以及高吸水性树脂在复合材料加工过程中完全塑化，与基体树脂材料融为一体，未能起到纤维增强作用。

由于废旧织物原料中包括各种纤维、纱线、织物、布料类等，通常废旧织物循环利用时需挑拣分类并研磨成粉料后作为填料使用，需要大量人工劳动，回收利用成本非常高。同时，织物材料磨成粉体后，只起到填充作用，增强效果不明显。另外，传统的模压方式靠热压模具传递的热量进行塑化，木粉和织物纤维的热传导系数都很小，所以制得的制品厚度受限，而且木粉和植物类纤维都容易结团，导致材料性能降低。这也是目前废旧织物增强材料无法实现规模化生产的技术瓶颈。因此，突破现有的技术限制瓶颈，简单方便地制作出低成本、高强度的废旧织物填充木塑复合材料，是目前废旧织物最理想的循环利用方法，也将极大地拓展木塑复合材料的应用领域。

发明内容

针对上述技术现状，本发明提供了一种废旧织物增强木塑复合材料，其具有低成本、高力学性能的优点，实现了废旧织物绿色环保型循环再利用。

本发明提供的技术方案为：一种废旧织物增强木塑复合材料，以重量份数计，包括以下组分：

直径小于5mm且长度小于40mm的废旧织物纤维20-30份，

热塑性树脂材料20-40份，

40-200目木粉30-50份，

界面相容剂1-5份，

添加剂3-15份。

所述废旧织物纤维是指将不含金属配件饰品的织物破碎至直径小于5mm且长度小于40mm的纤维。所述织物是指纺织物品，包括衣着用纺织品和装饰用纺织品等。所述衣着用纺织品包括各种服装、鞋帽、袜子、手套等；所述装饰用纺织品包括室内用品(如窗帘、门帘、贴墙布、地毯、绣品、台布、餐巾、毛巾、浴巾、沙发套等)、床上用品(如床罩、被面、床单、被套、枕套、枕巾、毛毯、蚊帐、棉絮等)以及户外用品(如人造草坪、帐篷、太阳伞、太阳椅等)等。这些废弃织物的来源不限，涉及家庭、宾馆饭店、公共场所、交通工具等。所述织物包括棉、麻、竹等植物纤维，尼龙、涤纶、腈纶、维尼纶、氯纶等合成纤维，毛涤、涤棉等混纺纤维以及无机纤维中的一种纤维或者两种以上的纤维。

所述木粉的粒径为40-200目，其取材不限，可以是木材边角料、植物，也可用是竹料、稻壳、农作物秸秆等。

所述热塑性树脂材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、ABS、聚苯乙烯等中的一种或两种以上的混合物。

所述界面相容剂用于提高木粉、废旧织物纤维与热塑性树脂材料的界面结合力，主要是通过引入功能性基团而实现的。作为优选，所述界面相容剂选自含有类马来酸酐单体的无规乙烯共聚物以及异丁烯-马来酸酐共聚物中的一种或两种的混合物。

所述添加剂包括无机矿物质填料、抗氧化剂、润滑剂、着色剂等。所述无机矿物质填料为本行业公知产品，种类不限，可选滑石粉、轻质碳酸钙、粘土、硅灰石等中的一种或两种以上的混合；所述抗氧化剂不限，可选1010、168等中的一种或两种以上的混合；所述润滑剂不限，可选石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸锌、硬脂酸等中的等中的一种或两种以上的混合；所述着色剂不限，可选炭黑颜料等。根据复合材料的性能要求可对添加量种类及含量进行调节。作为一种实现方式，所述添加剂包括无机矿物质填料、抗氧化剂、润滑剂，其中无机矿物质填料的重量份数为2-10份，抗氧化剂的重量份数为0.1-1份，润滑剂的重量份数为0.9-4份。

进一步地，所述的添加剂还可以包括抗静电剂、阻燃助剂、防滴剂、抗菌剂等，在不损害复合材料机械性能的同时用以改善复合材料的其他性能。

即，本发明通过以下技术特征实现了复合材料的低成本、高力学性能：

(1)控制废旧织物纤维的含量

本发明人通过大量实验探索后发现，当控制废旧织物纤维的重量份数为20-30份，木粉的重量份数为30-50份，即控制该复合材料是利用废旧织物纤维填充增强木粉的复合材料时，能够兼具复合材料的成本、韧性及强度，使其性价比最佳。若废旧织物纤维含量超过30份，则将影响复合材料的韧性及强度，同时将增加原材料成本。另外，当废旧织物纤维的直径小于5mm且长度小于40mm时，废旧织物呈纤维状，与木粉等混合能够整理成为具有定量的连续形态，进一步提高了复合材料的力学性能。

其中，废旧织物中的天然纤维(棉、毛、丝、麻等)和无机纤维(玻璃纤维、碳纤维等)作为增强材料，各种热塑性合成纤维成为基体成分；对于熔点不同的两种合成纤维，高熔点的作为增强材料，低熔点的成为基体成分。

(2)界面相容剂的添加及含量控制

本发明人通过大量实验探索后发现，加入界面相容剂可以提高木粉、废旧织物纤维与热塑性树脂材料的界面结合力，尤其是当界面相容剂选自含有类马来酸酐单体的无规乙烯共聚物以及异丁烯-马来酸酐共聚物，并且控制其重量份数为1-5份时，能够很好地改善木粉、废旧织物纤维与热塑性树脂材料的相容性，提高复合材料的机械性能。但是，当重量份数小于1份时，则机械性能的提高效果不明显。

本发明还提供了一种制备上述废旧织物增强木塑复合材料的方法，该方法一方面直接将废旧织物纤维作为原料之一进行利用，不对其进行分离处理，从而大大降低了制备成本；另一方面混料直接采用双螺杆混炼技术，使废旧织物纤维、界面相容剂均匀分布在基体材料中，从而实现了复合材料的高性能化。

如图1所示，该方法包括如下步骤：

1)按配方称取热塑性树脂材料、木粉、废旧织物纤维、界面相容剂及添加剂，混合均匀后得到混料；

2)将混料置于双螺杆挤出机，在压力范围0.1-1MPa，温度范围170-220℃的工艺条件下挤出至模具中，在熔融状态下进行热压成型，即得到本发明的增强木塑复合材料。

作为优选，将配好的物料加入高速混料机，在110-140℃混合均匀，得到混料。

作为优选，所述的热压成型过程中，热压压力为10-20MPa，热压时间为2-10min，热压之后进行保压一定时间，然后冷却脱模。作为优选，在20MPa状态下进行保压冷却。

作为优选，对模具温度进行控制，以保证挤出至模具中的坯料在模具中表面不变硬，该模具温度优选为60-150℃。

综上所述，与现有的制备方法相比，该制备方法具有如下有益效果：

(1)由于废旧织物原料中包括各种纤维、纱线、织物、布料类等，现有技术中，通常首先将废旧织物原料中的各类物质进行分离，但是该分离过程复杂，成本高，大大增加了制备成本与难度。而本发明人采用将废旧织物破碎为直径小于5mm且长度小于40mm的碎片后直接作为原料进行利用，从而避免了该异种物质分离的过程，大大降低了成本，降低了制备难度；

(2)现有技术中，首先将包含废旧织物的各种原料混合得到混料，然后将混料再次进行粉碎，得到细料，从而增加能耗，提高了生产成本。本发明人采用将塑性树脂材料、木粉、废旧织物纤维、界面相容剂及添加剂混合均匀直接置于双螺杆挤出机进行熔融混炼，排气，从而避免了再次粉碎的过程降低了成本。

(3)运用平行双螺杆混炼技术对废旧织物纤维进行添加。由于织物类纤维容易结团，通过平行双螺杆挤出机高剪切作用，可使废旧织物纤维在基体材料中分布更均匀，解决木粉和织物纤维容易结团、不散不均的难题；同时，通过挤出机螺纹块的熔融混炼，使界面相容剂充分地分散在基体材料中，使热塑性树脂材料与填充木粉和废旧织物间界面结合牢固，实现复合材料的高性能化；

(4)混炼后在熔融状态下直接运用热压成型加工，制成增强木塑复合材料，减少了常规粉体模压时模具排气难题，同时模压模具不需太高温度，进一步提高了生产效率。

附图说明

图1是本发明制备废旧织物增强木塑复合材料的生产流程图。

具体实施方式

下面结合附图实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

实施例1：

本实施例中，以重量份数计，废旧织物增强木塑复合材料的组成如下：

1)废旧织物纤维：25份

所述废旧织物纤维是指将不含金属配件饰品的衣着用纺织品粉碎至直径小于5mm且长度小于40mm的纤维，该衣着用纺织品包括服装、鞋帽、袜子、手套等；

2)热塑性树脂材料：再生聚乙烯塑料，25份

3)界面相容剂：类马来酸酐单体的无规乙烯共聚物(又称杜邦M603相容剂)，2.5份

4)粒径为60目的木粉：45份

5)添加剂：抗氧化剂1010，0.2份；抗氧化剂168，0.2份；润滑剂聚乙烯蜡，1份；润滑剂硬脂酸锌，1份；炭黑颜料，0.1份。

该废旧织物增强木塑复合材料的平面板材制品的制备方法如下：

(1)按上述配方称取热塑性树脂材料、木粉、废旧织物粉碎料、界面相容剂及添加剂；

(2)将步骤(1)配好的物料加入高速混料机，在温度为130℃下混合20分钟，得到混料；

(3)将步骤(2)得到的混料转移至双螺杆挤出机，在压力范围0.2-0.5MPa，温度范围180-210℃的工艺条件下经过混炼、排气、通过板材形状的模头挤出，得到板柸料，该模头不需冷却，使得到的板坯料仍然处于熔融软化状态；

(4)将上述板坯料按照上下两层垂直交叉的方式铺设在平面板材模压模具中，模具温度控制在60-100℃，保证板坯料在模具中表面不变硬即可；最后，在15MPa压力下模压2min，保压冷却至60℃以下，即得到所述的模压木塑复合材料板材制品。

对上述制得的模压木塑复合材料板材制品进行产品性能检测，检测结果如下表1所示。

表1实施例2制得的平面木塑复合材料模压板材的力学性能

实施例2：

本实施例中，以重量份数计，废旧织物增强木塑复合材料的组成如下：

本实施例用于制作增强木塑复合材料异型构件制品。

1)废旧织物纤维料：20份

所述废旧织物纤维是指将不含金属配件饰品的床上纺织用品粉碎至直径小于5mm且长度小于40mm的纤维，该床上纺织用品包括床罩、被面、床单、被套、枕套、枕巾、毛毯、蚊帐、棉絮等；

2)热塑性树脂材料：再生聚丙烯、聚乙烯的混合塑料，35份

3)界面相容剂：类马来酸酐单体的无规乙烯共聚物(又称杜邦M603相容剂)，3.5份

4)粒径为80目的木粉：38份

5)添加剂：抗氧化剂1010，0.2份；抗氧化剂168，0.3份；润滑剂聚乙烯蜡，1份；润滑剂硬脂酸锌，2份。

该废旧织物增强木塑复合材料的异型构件制品的制备方法如下：

(1)按上述配方称取热塑性树脂材料、木粉、废旧织物粉碎料、界面相容剂及添加剂；

(2)将步骤(1)配好的物料加入高速混料机，在温度为130℃下混合20min，得到混料；

(3)将步骤(2)得到的混料转移至双螺杆挤出机，在压力范围0.1-0.4MPa，温度范围180-220℃的工艺条件下经过混炼、排气、通过板材形状的模头挤出，得到板柸料，该模头不需冷却，使得到的板坯料仍然处于熔融软化状态；

(4)将上述板坯料平铺在异性构件的模具中，模具温度控制在80℃，最后在15MPa压力下模压2min，保压冷却至50℃以下，即得到所述的木塑复合材料异型模压制品。

对上述制得的木塑复合材料异型模压制品进行产品性能检测，检测结果如下表2所示。

表2实施例2制得的增强木塑复合材料异型构件制品的力学性能

实施例3：

本实施例中，以重量份数计，废旧织物增强木塑复合材料的组成如下：

本实施例用于制作100mm厚木塑复合材料实心制品。

一、配方(以重量份数计)：

1)颜色一致的废旧织物纤维料：20份

所述废旧织物纤维是指将不含金属配件饰品的宾馆用纺织品粉碎至直径小于5mm且长度小于40mm，该宾馆用纺织品包括宾馆床罩、被面、床单、被套等

2)热塑性树脂材料：回收聚丙烯塑料，30份

3)界面相容剂：异丁二烯-马来酸酐共聚物，2份

4)粒径为80目的木粉：40份

5)添加剂：抗氧化剂1010，0.2份；抗氧化剂168，0.3份；润滑剂聚乙烯蜡，1.5份；润滑剂硬脂酸锌，1份；钛白粉，2份；轻质碳酸钙，3份。

该废旧织物增强木塑复合材料的100mm厚实心制品的制备方法如下：

(1)按上述配方称取热塑性树脂材料、木粉、废旧织物粉碎料、界面相容剂及添加剂；

(2)将步骤(1)配好的物料加入高速混料机，在温度为130℃下混合20分钟，得到混料；

(3)将步骤(2)得到的混料转移至双螺杆挤出机，在压力范围0.1-0.3MPa，温度范围170-200℃的工艺条件下经过混炼、排气、通过模头挤出，得到柸料，该模头不需冷却，使得到的板坯料仍然处于熔融软化状态；

(4)将上述板坯料平铺在100mm厚实心制品的模具中，模具温度控制在80℃，最后在15MPa压力下模压2min，保压冷却至50℃以下，即得到所述的木塑复合材料异型模压制品。

将上述坯料按照上下两层垂直交叉的方式铺设在平面板材模压模具中，模具温度控制在60-100℃，保证板坯料在模具中表面不变硬即可；最后，在15MPa压力下模压2min，保压冷却至50℃以下，即得到所述的模压木塑复合材料实心制品。

对上述制得的木塑复合材料异型模压制品进行产品性能检测，检测结果如下表3所示。

表3实施例3制得的100mm厚木塑复合材料实心制品

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种废旧织物增强木塑复合材料，其特征是：以重量份数计，由以下组分组成：

直径小于5mm并且长度小于40mm的废旧织物纤维20-30份，

热塑性树脂材料20-40份，

40-200目木粉30-50份，

界面相容剂1-5份，

添加剂3-15份。

2.如权利要求1所述的废旧织物增强木塑复合材料，其特征是：所述织物包括植物纤维、合成纤维、混纺纤维、无机纤维中的一种纤维或两种以上的混合纤维。

3.如权利要求1所述的废旧织物增强木塑复合材料，其特征是：所述热塑性树脂材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、ABS、聚苯乙烯中的一种或两种以上的混合物。

4.如权利要求1所述的废旧织物增强木塑复合材料，其特征是：所述界面相容剂选自含有类马来酸酐单体的无规乙烯共聚物以及异丁烯-马来酸酐共聚物中的一种或两种的混合物。

5.如权利要求1所述的废旧织物增强木塑复合材料，其特征是：所述添加剂包括无机矿物质填料、抗氧化剂、润滑剂、抗静电剂、阻燃助剂、防滴剂、抗菌剂中的一种或两种以上的混合。

6.如权利要求5所述的废旧织物增强木塑复合材料，其特征是：所述添加剂包括无机矿物质填料、抗氧化剂、润滑剂，其中无机矿物质填料的重量份数为2-10份，抗氧化剂的重量份数为0.1-1份，润滑剂的重量份数为0.9-4份。

7.一种制备如权利要求1至6中任一权利要求所述的废旧织物增强木塑复合材料的方法，其特征是：包括如下步骤：

1)按配方称取热塑性树脂材料、木粉、废旧织物纤维、界面相容剂及添加剂，混合均匀后得到混料；

2)将混料置于双螺杆挤出机，在压力范围0.1-1MPa，温度范围170-220℃的工艺条件下挤出至模具中，在熔融状态下进行热压成型，即得到废旧织物增强木塑复合材料。

8.如权利要求7所述的制备废旧织物增强木塑复合材料的方法，其特征是：将配好的物料加入高速混料机，在110-140℃混合均匀，得到混料。

9.如权利要求7所述的制备废旧织物增强木塑复合材料的方法，其特征是：所述的热压成型过程中，热压压力为10-20MPa，热压时间为2min--10min，热压之后进行保压，然后冷却脱模。

10.如权利要求7所述的制备废旧织物增强木塑复合材料的方法，其特征是：对模具温度进行控制，使坯料在模具中表面不变硬。