CN106220941A - 一种废纸/高密度聚乙烯发光复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合材料，提供一种废纸/高密度聚乙烯发光复合材料及其制备方法。本发明采用有机改性处理的长余辉发光材料作为发光颜料，与预处理后的废纸纤维粉、高密度聚乙烯、偶联剂以及加工助剂等共混挤出制得发光木塑复合材料。本发明不仅大幅度提高了废弃资源的综合利用水平，降低了因处理废弃资源而对环境产生的污染。与传统板材和木塑复合材料相比，本发明不仅加工简单、成本低、原料来源广、绿色环保无污染等，而且因发光材料的加入增加了其实用性、美观性及安全性等优点，基于现有的木塑板材生产工艺，是一种非常适合规模化生产的木塑板材。

Description

一种废纸/高密度聚乙烯发光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领域，具体涉及废纸/高密度聚乙烯发光复合材料及其制备方法。
背景技术
纸广泛用于我们的生活中，而纸纤维作为天然纤维的一种越来越受到人们的重视，但目前对于纸制品的回收利用率很低，且大部分用于回收生产更低档次的纸制品，其回收工艺复杂，但产生的经济效益很低，不利于资源的合理化利用。将废纸代替木质纤维制作木塑复合材料，无需脱墨工艺，回收费用低，可大量填充，制品应用范围广，经济价值高，具有良好的应用前景。
木塑复合材料是木纤维与塑料两者复合的高分子材料，其集两者的优点于一身又避免了一些缺点。目前投入生产的木塑复合材料大多采用木粉、木制品边角料、秸秆、竹粉等木纤维，这些纤维相对于纸纤维，其回收成本较高。生产的木塑产品大多用于户外地板、栏杆等设施，但其功能较单一。若在里面添加发光材料制成荧光木塑板材用于户外，不仅增加了美观性，同时也为夜晚提供了照明，增加了安全性。
中国专利文献CN 102898710 A公开了“一种木塑材料及其制备方法”发明专利，其制造方法包括(1)回收纸制品加入粉碎机粉碎得到碎纸片；(2)将热塑性树脂30-65％、纸30-65％、相容剂0-10％、润滑剂0.5-10％、抗氧剂0.2-3％混合均匀；(3)将混料经双螺杆挤出机挤出造粒；(4)将粒料通过热压成型的方式获得木塑材料。上述方案废纸的处理方式使物料难以混合均匀，易造成挤出机的堵塞，产生架桥现象，影响生产效率和产品的质量，且对设备的要求较高。不利于连续的工业化生产。热塑性树脂所占的比例较高，不利于降低成本，提高经济效益。
中国专利文献CN 103131072A公开了“一种利用废纸制成的聚乙烯复合材料的生产工艺”，其工艺包括(1)废纸浆预处理；(2)原料按纸粉50-70份、高密度聚乙烯80-100份、聚乙烯20-40份、马来酸酐接枝聚乙烯20-30份、偶联剂1.5-2份、发泡剂0.5-1份的比例混合；(3)在150-170℃的条件下混炼；(4)加压成型。上述方案废纸预处理阶段所用时间长、温度高，不利于提高生产效率和降低能耗，增加工业成本。材料配比中塑料所占比例过高，未能将废纸纤维充分利用来提高制品抗弯、抗压强度，降低生产成本。
中国专利文献CN 201891230 U公开了“一种嵌有发光装置的木塑板”，其特征在于木塑板表面嵌有太阳能电池板，电池板连接到包埋在木塑板中的蓄电装置，蓄电装置通过导线连接嵌入在木塑板表面的发光装置，发光装置与蓄电装置中间设有开关。上述方案使制作工艺复杂化，增加了生产成本。太阳能电池板的嵌入破坏了木塑板的完整性，影响其结构强度，且不利于废旧木塑板的回收，增加回收成本。
中国专利文献CN 202401005 U公开了“一种新型发光木塑材料”，其特征在于在木塑板材上设置槽或孔，内设置发光材料，发光材料为无电源自发光材料或有电源发光材料。上述方案采用开孔方式内置发光材料，增加了工艺步骤，使生产复杂化。开槽或孔破坏了板材的整体性，降低了板材的结构强度，影响使用性能。
本发明获得的木塑复合材料不仅制作工艺简单，设备要求低，且材料混合均匀，无堵塞或架桥现象，挤出造粒效率高。且纸粉含量高，减少了塑料的用量，直接大幅度降低了生产成本。所制备的发光木塑复合材料提高了材料的装饰性，自发光的功能也拓宽了其应用领域，可用于室内装饰、户外地板等设施，尤其在交通道路方面，其利用价值更为明显，可提供照明或警示等作用。
发明内容
本发明解决了现有技术的上述问题，提供了一种生产效率高、成本低、制品强度高、稳定性好、美观及安全的新型木塑复合材料。所述的纸粉制备方法不仅降低了对挤出机等设备的要求，且良好的分散性使得各物料之间能够混合均匀，不仅提高了挤出效率，而且获得的复合材料性能稳定，强度高，接近于现有市场上的木塑复合材料。添加的长余辉发光颜料赋予复合材料自发光的功能，不仅提高了材料的装饰性，拓宽了其应用领域，可用于室内装饰、户外地板等设施，尤其在交通道路方面，其利用价值更为明显，可提供照明或警示等作用。
本发明的上述技术方案是通过以下技术方案得以实现的：一种废纸/高密度聚乙烯发光复合材料，其特征在于，包含以下质量百分比的原料：
废纸/高密度聚乙烯发光复合材料的制备方法，通过以下步骤实现：(1)将废纸初步粉碎；(2)将粉碎后的废纸与浓度为1％～2.8％的氢氧化钠溶液混合，废纸与溶液的混合质量比例为1：6～1:12，在常温条件下，用20～40r/min的速度搅拌至纸完全浸泡，反应5～12min后过滤；(3)将过滤后的纸浆进行干燥，干燥温度为90～110℃，干燥时间为18～24h；(4)将干燥后的废纸用切割式研磨机粉碎，获得40-80目的纸粉；(5)将废纸粉、高密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、填料、抗氧剂、偶联剂、润滑剂及发光颜料等物料按配比送入高速混合机中混合均匀；(6)将混合后的物料送入双螺杆挤出机进行混炼、挤出造粒。(7)将造粒后的粒料采用挤出成型的工艺得到一种新型的废纸/高密度聚乙烯发光复合材料。
作为一种优选方案，所述的填料包括碳酸钙或硫酸镁；所述的抗氧剂为1010、168中的一种或两者的复配225；所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂等小分子偶联剂中的一种或几种；所述的润滑剂为HK101、HK102。
作为一种优选方案，所述的发光颜料为铝酸盐体系、硅酸盐体系或硫氧化物体系长余辉发光材料中的一种或几种。
作为一种优选方案，所述制备方法(5)中，高速混合机的混合温度为100～140℃，混合时间为15～40min。
作为一种优选方案，所述制备方法(6)中，双螺杆挤出机的挤出温度范围为150～190℃，挤出机转速为20～60rpm。
作为一种优选方案，所述制备方法(7)中，挤出机的挤出成型温度为160～200℃，螺杆转速为15～30rpm。
本发明有益效果在于：
(1)废纸/高密度聚乙烯发光复合材料采用废旧报纸、办公室用纸及牛奶盒等饮料包装等作为基材，具有资源丰富、价格低廉的特点。采用氢氧化钠进行废纸预处理，获得的纸粉分散性好，粒径分布集中，可大幅增加纸粉在复合材料中的比例。同时与塑料等能混合均匀，制造工艺简化，获得的复合材料性能稳定，强度高。
(2)废纸粉/高密度聚乙烯发光复合材料中添加填料作为增强剂，不仅提高产品强度，同时降低了塑料的添加量，降低了生产成本。
(3)废纸粉/高密度聚乙烯发光复合材料采用挤出成型的方式获得，可获得不同形状的木塑制品，满足不同需求，且简化了生产工序，节约了时间成本。
(4)废纸粉/高密度聚乙烯发光复合材料中添加长余辉发光颜料，提高了材料的装饰性，自发光的功能也拓宽了其应用领域，可用于室内装饰、户外地板等设施，尤其在交通道路方面，其利用价值更为明显，可提供照明或警示等作用。
(5)本发明制作工艺简单、生产成本低、效率高，可用于工业化生产。所得的产品强度高，性能稳定，综合性能良好。回收废纸资源的大量利用，提高了产品的附加值，实现了资源的合理化利用，节能环保。生产工艺的改进解决了现有技术的混合均匀性、堵塞、架桥问题，利于产业化的实施。
(6)与现有木塑材料相比，本发明获得的发光木塑材料在夜晚可自然发光，提高装饰性。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的一些实施例，并非对本发明的范围进行限定。
实施例1
一种废纸/高密度聚乙烯发光复合材料的制备所用原料及质量分数如下：
(1)将回收的废旧报纸放入碎纸机中粉碎，碎片尺寸为5*20mm，然后将报纸与浓度为1％的氢氧化钠溶液混合，两者混合的质量比为1:10。用20r/min的速度搅拌至报纸完全浸没，反应8min后过滤，放于干燥箱中干燥，干燥温度为90℃，干燥时间为24h。将干燥后的废纸用切割式研磨机粉碎，获得40-80目纸粉。
(2)将纸粉、高密度聚乙烯等原料按配比放入高速混合机中混合均匀，混合温度为120℃，混合时间为30min。
(3)将混合后的物料用双螺杆挤出机挤出造粒。各区段温度分别为160℃，165℃，170℃，175℃，180℃，机头温度为175℃，转速为40rpm。
(4)将粒料送入挤出机中挤出成型，挤出机各段温度为165℃，170℃，175℃，180℃，过渡段温度为170℃，机头温度为180℃，模具温度为180℃，螺杆转速为20rpm。
本实施例中，所获得的木塑复合材料平均弯曲强度达到28.3MPa，拉伸强度达到27.8MPa，冲击韧性为6J/cm2，到达木塑装饰板国家标准要求。所得的材料颜色较未处理报纸所得的材料颜色略浅，更接近于木塑复合材料。材料可在夜晚自然发出黄绿色光，提高了装饰性，且在一定程度上起到了照明或警示作用。
实施例2
一种废纸/高密度聚乙烯发光复合材料的制备所用原料及质量分数如下：
(1)将回收的牛奶盒放入粉碎机中粉碎，碎片尺寸为5*5mm，然后将牛奶盒与浓度为2.5％的氢氧化钠溶液混合，两者混合的质量比为1:12。用30r/min的速度搅拌至牛奶盒完全浸没，反应12min后过滤，放于干燥箱中干燥，干燥温度为110℃，干燥时间为18h。将干燥后的废纸用切割式研磨机粉碎，获得40-80目纸粉。
(2)将纸粉、高密度聚乙烯等原料按配比放入高速混合机中混合均匀，混合温度为140℃，混合时间为20min。
(3)将混合后的物料用双螺杆挤出机挤出造粒。各区段温度分别为170℃，175℃，180℃，185℃，190℃，机头温度为185℃，转速为30rpm。
(4)将粒料送入挤出机中挤出成型，挤出机各段温度为175℃，180℃，185℃，190℃，过渡段温度为180℃，机头温度为190℃，模具温度为190℃，螺杆转速为25rpm。
本实施例中，所获得的木塑复合材料平均弯曲强度达到30.89MPa，拉伸强度达到29.6MPa，冲击韧性为7.6J/cm2，达到木塑装饰板国家标准要求。所得的材料颜色接近市场上现有木塑材料颜色。材料可在夜晚自然发出蓝色光，提高了装饰性，且在一定程度上起到了照明或警示作用。
实施例3
一种废纸/高密度聚乙烯发光复合材料的制备所用原料及质量分数如下：
(1)将回收的办公室废纸放入碎纸机中粉碎，碎片尺寸为5*20mm，然后将废纸与浓度为2％的氢氧化钠溶液混合，两者混合的质量比为1:8。用20r/min的速度搅拌至废纸完全浸没，反应10min后过滤，放于干燥箱中干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为20h。将干燥后的废纸用切割式研磨机粉碎，获得40-80目纸粉。
(2)将纸粉、高密度聚乙烯等原料按配比放入高速混合机中混合均匀，混合温度为130℃，混合时间为25min。
(3)将混合后的物料用双螺杆挤出机挤出造粒。各区段温度分别为165℃，170℃，175℃，180℃，185℃，机头温度为180℃，转速为30rpm。
(4)将粒料送入挤出机中挤出成型，挤出机各段温度为170℃，175℃，180℃，185℃，过渡段温度为180℃，机头温度为185℃，模具温度为185℃，螺杆转速为20rpm。
本实施例中，所获得的木塑复合材料弯曲强度达到28.6MPa，拉伸强度达到27.1MPa，冲击韧性为8.3J/cm2，达到木塑装饰板国家标准要求。所得的材料颜色接近市场上现有木塑材料颜色。材料可在夜晚自然发出黄绿色光，提高了装饰性，且在一定程度上起到了照明或警示作用。

Claims (8)

1.一种废纸/高密度聚乙烯发光复合材料，其特征在于，包含以下质量百分比的原料：
2.根据权利要求1所述的废纸/高密度聚乙烯发光复合材料，其特征在于，其制备方法包括如下步骤：(1)将废纸初步粉碎；(2)将粉碎后的废纸与浓度为1％～2.8％的氢氧化钠溶液混合，废纸与溶液的混合质量比例为1:6～1:12，在常温条件下，用20～40r/min的速度搅拌至纸完全浸泡，反应5～12min后过滤；(3)将过滤后的纸浆进行干燥，干燥温度为90～110℃，干燥时间为18～24h；(4)将干燥后的废纸用切割式研磨机粉碎，获得40-80目的废纸粉；(5)将废纸粉、高密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、填料、抗氧剂、偶联剂、润滑剂及发光颜料等物料按配比送入高速混合机中混合均匀；(6)将混合后的物料送入双螺杆挤出机进行混炼、挤出造粒；(7)将造粒后的粒料采用挤出成型工艺得到一种废纸/高密度聚乙烯发光复合材料。
3.根据权利要求1所述的废纸/高密度聚乙烯发光复合材料，其特征在于：所述的填料包括碳酸钙或硫酸镁；所述的抗氧剂为1010、168中一种或两者的复配225；所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂等小分子偶联剂中的一种或几种；所述的润滑剂为HK101、HK102。
4.根据权利要求1所述的废纸/高密度聚乙烯发光复合材料，其特征在于：所述的发光颜料为铝酸盐体系、硅酸盐体系或硫氧化物体系长余辉发光材料中的一种或几种。
5.根据权利要求2所述的废纸/高密度聚乙烯发光复合材料，其特征在于：所述的高速混合机的混合温度为100～140℃，混合时间为15～40min。
6.根据权利要求2所述的废纸/高密度聚乙烯发光复合材料，其特征在于：所述的双螺杆挤出机的挤出温度范围为150～190℃，挤出机转速为20～60rpm。
7.根据权利要求2所述的废纸粉/高密度聚乙烯发光复合材料，其特征在于：所述的挤出成型温度为160～200℃，螺杆转速为15～30rpm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的废纸/高密度聚乙烯发光复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将废纸初步粉碎；(2)将粉碎后的废纸与浓度为1％～2.8％的氢氧化钠溶液混合，废纸与溶液的混合质量比例为1:6～1:12，在常温条件下，用20～40r/min的速度搅拌至纸完全浸泡，反应5～12min后过滤；(3)将过滤后的纸浆进行干燥，干燥温度为90～110℃，干燥时间为18～24h；(4)将干燥后的废纸用切割式研磨机粉碎，获得40-80目的纸粉；(5)将废纸粉、高密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、填料、抗氧剂、偶联剂、润滑剂及发光颜料等物料按配比送入高速混合机中混合均匀；(6)将混合后的物料送入双螺杆挤出机进行混炼、挤出造粒；(7)将造粒后的粒料采用挤出成型工艺得到一种废纸/高密度聚乙烯发光复合材料。
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