CN106046620A - 一种聚氯乙烯塑木及其制备方法 - Google Patents

一种聚氯乙烯塑木及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种聚氯乙烯塑木及其制备方法，所述聚氯乙烯塑木的原料由以下重量份数组分构成：聚氯乙烯100份、木粉45‑60份、硅烷偶联剂3‑4.5份、钛酸酯偶联剂1.5‑2.2份、聚乙二醇0.8‑1.2份、分散剂1.2‑1.5份、硬脂酸钙0.1‑0.4份和邻苯二甲酸二辛酯0.5‑0.8份。本发明所提供的聚氯乙烯塑木，木粉添加量大、加工助剂用量低，效果好，能在较低用量下，即可改善木塑复合材料的分散性、相容性和加工流动性，且加工过程中无有毒气体逸出，提高了生产安全性。

Description

一种聚氯乙烯塑木及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种聚氯乙烯塑木及其制备方法。
背景技术
木塑复合材料(WFPC)的原料来源丰富，成本低廉，不仅可使用废旧塑料和木制品废弃物及边角料、锯屑、农作物秸秆等回收资源，而且木塑产品本身可回收再加工成木塑产品，对废物利用和替代木材、保护森林具有双重的环保意义。木粉属于轻而硬的颗粒材料，少量填充于塑料基体时，所得木塑制品欠缺硬木的质感，只有在木粉用量较大时才能显示出木塑材料的优点和价格优势。
木粉的主要成分是木质素和纤维素等，含有丰富的羟基基团，容易产生自聚，影响其在塑料基体中的分散度，同时木粉与塑料基体的相容性不佳，容易导致复合材料产生界面张力，界面粘结力差，从而导致木塑复合材料的强度低，大大限制其使用范围。
现有技术中常采用PVC接枝马来酸酐改善木粉和PVC基体的相容性，PVC接枝马来酸酐的使用量较大，且其中残余的游离马来酸酐，在复合材料加工过程中大量挥发逸出，影响操作人员的身心健康。同时该类复合材料加工流动性不佳，导致挤出加工生产效率不佳，甚至会发生堵塞机头的现象，因此，开发一种体系相容性好、加工性能优异的聚氯乙烯塑木复合材料成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种聚氯乙烯塑木，其中含有少量加工助剂即可大幅度改善木料与PVC塑料基体的相容性和加工流动性，同时提高塑木的机械性能。
本发明解决技术问题所采用的技术方案为：
一种聚氯乙烯塑木，其原料由以下重量份数组分构成：聚氯乙烯100份、木粉45-60份、硅烷偶联剂3-4.5份、钛酸酯偶联剂1.5-2.2份、聚乙二醇0.8-1.2份、分散剂1.2-1.5份、硬脂酸钙0.1-0.4份和邻苯二甲酸二辛酯0.5-0.8份。
硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂可以跟木粉中羟基基团发生反应，降低木粉的化学极性，减少木粉自聚结团，增强木粉在基体中的分散性，同时硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂与聚合物基体具有良好的相容性，因此能改善木粉与PVC基体的界面张力，提高复合材料机械强度。采用硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂混合物替代聚合物接枝马来酸酐，能更有效改善木粉的团聚现象，且用量更少，效果更好，同时能减少加工过程中有毒气体逸出，提高了生产安全性。
聚乙二醇具有增容的效果，能协同改善复合材料的相容性，提高材料的机械性能，同时聚乙二醇能有效改善复合材料的加工流动性，提高加工效率。
作为优选，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、N-(β氨乙基)-γ-氨丙基甲基-二甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷。
作为优选，所述钛酸酯偶联剂为异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯或异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯。
作为优选，所述分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠或甲基戊醇。
作为优选，所述硅烷偶联剂与钛酸酯偶联剂的质量比为2：1，在该配比下，偶联剂在较低的使用量下即可达到最佳的改善效果，使得木粉的添加量最大，仍具有良好的分散效果，聚合物基体对其包覆程度较高。
作为优选，所述聚乙二醇的平均分子量为600或1000。
本发明同时提供了一种聚氯乙烯塑木的制备方法，包括如下步骤：
(1) 将硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和聚乙二醇溶于无水乙醇中，再将混合溶液加入烘干过的木粉中，混合均匀，于60-70℃真空干燥24小时，得到改性木粉待用；
(2) 将分散剂、硬脂酸钙和邻苯二甲酸二辛酯溶于丙酮中得混合溶液B，待用；
(3) 将PVC、步骤(1)所得改性木粉和步骤(2)所得混合溶液B加入容器中，混合均匀，于50-60℃真空干燥4-6小时后，加入双螺杆挤出机挤出造粒；所述双螺杆挤出机的温度设置为165℃、178℃、175℃、165℃和180℃，挤出机转速为12-15r/min。
作为优选，步骤(1)中所述烘干过的木粉中水含量≤10%，木粉中含量低于10%更便于其充分吸取含偶联剂和聚乙二醇的混合溶液，以便对木粉充分改性，使木粉分散性良好，与基体相容性增加。
作为优选，步骤(1)中所述无水乙醇质量为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和聚乙二醇总质量的8-10倍。
作为优选，步骤(2)中所述丙酮的质量为分散剂、硬脂酸钙和邻苯二甲酸二辛酯总质量的10-12倍。
本发明的有益效果为：
本发明所提供的聚氯乙烯塑木，木粉添加量大、加工助剂用量低，效果好，能在较低用量下，即可改善木塑复合材料的分散性、相容性和加工流动性，且加工过程中无有毒气体逸出，提高了生产安全性。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
(1) 将3g硅烷偶联剂、2g钛酸酯偶联剂和1g聚乙二醇溶于64g无水乙醇中，再将混合溶液加入50g烘干过的木粉（含水率为10%）中，混合均匀，于60℃真空干燥24小时，得到改性木粉待用；
(2) 将1.2g分散剂、0.3g硬脂酸钙和0.5g邻苯二甲酸二辛酯溶于20g丙酮中得混合溶液B，待用；
(3) 将100g PVC、步骤(1)所得改性木粉和步骤(2)所得混合溶液B加入容器中，混合均匀，于50℃真空干燥6小时后，加入双螺杆挤出机挤出造粒；所述双螺杆挤出机的温度设置为165℃、178℃、175℃、165℃和180℃，挤出机转速为12r/min；
(4) 制样：将PVC塑木颗粒采用平板硫化机180-190℃制得4mm厚片材，采用万能制样机制成标准试样。测得：复合材料拉伸强度为39.6MPa，冲击强度为17.3 MPa，最大转矩为26.5N/m，平衡转矩为22.6 N/m，平衡时间为196 S。
实施例2
(1) 将4g硅烷偶联剂、2.2g钛酸酯偶联剂和0.8g聚乙二醇溶于63g无水乙醇中，再将混合溶液加入45g烘干过的木粉（含水率为8%）中，混合均匀，于65℃真空干燥24小时，得到改性木粉待用；
(2) 将1.3g分散剂、0.4g硬脂酸钙和0.6g邻苯二甲酸二辛酯溶于27.6g丙酮中得混合溶液B，待用；
(3) 将100g PVC、步骤(1)所得改性木粉和步骤(2)所得混合溶液B加入容器中，混合均匀，于60℃真空干燥4小时后，加入双螺杆挤出机挤出造粒；所述双螺杆挤出机的温度设置为165℃、178℃、175℃、165℃和180℃，挤出机转速为13r/min；
(4) 制样：将PVC塑木颗粒采用平板硫化机180-190℃制得4mm厚片材，采用万能制样机制成标准试样。测得：复合材料拉伸强度为41.2MPa，冲击强度为16.9 MPa，最大转矩为25.8N/m，平衡转矩为23.1N/m，平衡时间为189 S。
实施例3
(1) 将4.5g硅烷偶联剂、1.5g钛酸酯偶联剂和1.2g聚乙二醇溶于64.8g无水乙醇中，再将混合溶液加入60g烘干过的木粉（含水率为9%）中，混合均匀，于70℃真空干燥24小时，得到改性木粉待用；
(2) 将1.5g分散剂、0.1g硬脂酸钙和0.8g邻苯二甲酸二辛酯溶于26.4g丙酮中得混合溶液B，待用；
(3) 将100g PVC、步骤(1)所得改性木粉和步骤(2)所得混合溶液B加入容器中，混合均匀，于55℃真空干燥5小时后，加入双螺杆挤出机挤出造粒；所述双螺杆挤出机的温度设置为165℃、178℃、175℃、165℃和180℃，挤出机转速为15r/min；
(4) 制样：将PVC塑木颗粒采用平板硫化机180-190℃制得4mm厚片材，采用万能制样机制成标准试样。测得：复合材料拉伸强度为40.7MPa，冲击强度为16.5 MPa，最大转矩为26.1N/m，平衡转矩为22.9 N/m，平衡时间为192 S。
比较例1
(1) 将1.5g分散剂、0.1g硬脂酸钙和0.8g邻苯二甲酸二辛酯溶于26.4g丙酮中得混合溶液B，待用；
(2) 将7.2g PVC-g-MAH 、60g烘干过的木粉（含水率为9%）和步骤(1)所得混合溶液B采用高速混合机混合均匀，于55℃真空干燥5小时后，加入双螺杆挤出机挤出造粒；所述双螺杆挤出机的温度设置为165℃、178℃、175℃、165℃和180℃，挤出机转速为15r/min；
(3) 制样：将PVC塑木颗粒采用平板硫化机180-190℃制得4mm厚片材，采用万能制样机制成标准试样。测得：复合材料拉伸强度为32.9MPa，冲击强度为14.6 MPa，最大转矩为33.9N/m，平衡转矩为28.5N/m，平衡时间为239S。
通过对比实施例3和比较例1，可以得出结论：同等添加量的硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和聚乙二醇混合物，相比于PVC-g-MAH能够更好的改善复合材料的机械性能、加工性能和相容性，增加木粉的分散效果。
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 (10)

1.一种聚氯乙烯塑木，其特征在于，所述聚氯乙烯塑木的原料由以下重量份数组分构成：聚氯乙烯100份、木粉45-60份、硅烷偶联剂3-4.5份、钛酸酯偶联剂1.5-2.2份、聚乙二醇0.8-1.2份、分散剂1.2-1.5份、硬脂酸钙0.1-0.4份和邻苯二甲酸二辛酯0.5-0.8份。
2.如权利要求1所述的聚氯乙烯塑木，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、N-(β氨乙基)-γ-氨丙基甲基-二甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷。
3.如权利要求1所述的聚氯乙烯塑木，其特征在于，所述钛酸酯偶联剂为异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯或异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯。
4.如权利要求1所述的聚氯乙烯塑木，其特征在于，所述分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠或甲基戊醇。
5.如权利要求1所述的聚氯乙烯塑木，其特征在于，所述硅烷偶联剂与钛酸酯偶联剂的质量比为2：1。
6.如权利要求1所述的聚氯乙烯塑木，其特征在于，所述聚乙二醇的平均分子量为600或1000。
7.制备权利要求1-6任一项所述的聚氯乙烯塑木的方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1) 将硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和聚乙二醇溶于无水乙醇中，再将混合溶液加入烘干过的木粉中，混合均匀，于60-70℃真空干燥24小时，得到改性木粉待用；
(2) 将分散剂、硬脂酸钙和邻苯二甲酸二辛酯溶于丙酮中得混合溶液B，待用；
(3) 将PVC、步骤(1)所得改性木粉和步骤(2)所得混合溶液B加入容器中，混合均匀，于50-60℃真空干燥4-6小时后，加入双螺杆挤出机挤出造粒；所述双螺杆挤出机的温度设置为165℃、178℃、175℃、165℃和180℃，挤出机转速为12-15r/min。
8.如权利要求7所述的聚氯乙烯塑木制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述烘干过的木粉中水含量≤10%。
9.如权利要求7所述的聚氯乙烯塑木制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述无水乙醇质量为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和聚乙二醇总质量的8-10倍。
10.如权利要求7所述的聚氯乙烯塑木制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述丙酮的质量为分散剂、硬脂酸钙和邻苯二甲酸二辛酯总质量的10-12倍。
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