CN106243543A - 一种木塑ps复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种木塑PS复合材料及其制备方法,由以下重量份的组分制成:PS为70份‑90份;改性木粉为20份‑40份;抗氧剂为0.1份‑0.5份;润滑剂为0.4份‑0.8份。本技术方案在使用改性木粉为填充物时,一方面由于木粉表面纳米MoO2的比表面积大,它的存在增大了木粉与PS的接触面积,使得木粉与PS之间的作用力增加。纳米MoO2在混炼的过程中能够进入PS基体中,这些MoO2粒子成为应力集中点,在受到外部作用力时能产生大量的银纹吸收外部能量,从而使得PS复合材料力学性能提高。

Description

一种木塑PS复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域,特别是指一种木塑PS复合材料及其制备方法。
背景技术
木材作为一种天然的,可再生的资源和环境协调性材料,有着广泛的开发背景,聚苯乙烯(PS)是一种最具实用潜力的新型材料,它既能克服木材强度低、变异性大等造成的使用局限性,又能克服有机材料的低弹性模量等使用缺点。
但目前由于技术和木材本身结构的原因,其综合利用率并不高。使用甲苯二异氰酸酯(TDI),通过TDI分别与木粉和纳米二氧化钼反应,制备了MoO2/木粉材料,再对PS进行改性,制得一种新型的木塑PS材料,相关文献并未见于报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种木塑PS复合材料及其制备方法,以提高PS复合材料的物理性能。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种木塑PS复合材料,由以下重量份的组分制成:
所述改性木粉的制备方法,包括以下步骤:
1)称取木粉、甲苯二异氰酸酯、二丁基二月桂酸锡及纳米二氧化钼;
2)将步聚1)中的各原料混合后在80-100℃的油浴中加热反应6-10h,产物抽滤;
3)产物抽滤后,获得的滤饼经过丙酮抽提后,于真空干燥箱中80-100℃干燥24-36h既得到改性木粉。
所述木粉、所述甲苯二异氰酸酯、所述二丁基二月桂酸锡及所述纳米二氧化钼的质量比为200-320:3-7:2-4:20-30。
所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯中的一种或多种。
所述润滑剂为硬脂酸钙或硬质酸钠中的一种或两种组合。
上述任一项所述的木塑PS复合材料的制备方法,包括以下步骤:
1)称取70份-90份的PS、20份-40份的改性木粉、0.1份-0.5份的抗氧剂和0.4份-0.8份的润滑剂混合并搅拌均匀,得到混合料;
2)将步骤1)中得到的混合料挤出造粒,即得到木塑PS复合材料。
优选地,所述步骤2)具体为:将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒,其中,所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区,第一温度区的温度为160℃~180℃,第二温度区的温度为180℃~220℃,第三温度区的温度为180℃~220℃,第四温度区的温度为180℃~220℃,第五温度区的温度为180℃~220℃,第六温度区的温度为180℃~220℃,所述双螺杆挤出机的机头温度为180℃~220℃,螺杆转速为120r/min~300r/min。
本发明的有益效果是:
TDI不但能与木粉中的羟基进行反应,而且还能与纳米二氧化钼表面的羟基进行反应,这样TDI两端分别连接杉木粉与纳米二氧化钼,得到了MoO2/木粉材料。
为使用TDI对木粉进行改性后降低了木粉的亲水性,提高了木粉与聚合物界面的相容性,并能提高木粉的分散性;而在使用改性木粉为填充物时,一方面由于木粉表面纳米MoO2的比表面积大,它的存在增大了木粉与PS的接触面积,使得木粉与PS之间的作用力增加。纳米MoO2在混炼的过程中能够进入PS基体中,这些MoO2粒子成为应力集中点,在受到外部作用力时能产生大量的银纹吸收外部能量,从而使得PS复合材料力学性能提高。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案,以下的实施例仅是示例性的,仅能用来解释和说明本发明的技术方案,而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
本申请提供一种新型木塑PS复合材料及其制备方法,由以下重量份的组分制成:
所述改性木粉的制备方法,包括以下步骤:
称取一定量的木粉、甲苯二异氰酸酯(TDI)、二丁基二月桂酸锡、纳米二氧化钼放入三口烧瓶中,在80-100℃的油浴中加热反应6-10h,产物抽滤后,获得的滤饼经丙酮抽提后,于真空干燥箱中80-100℃干燥24-36h既得产物。
优选地,步骤中的木粉、TDI、二丁基二月桂酸锡、纳米二氧化钼的质量比为(200-320):(3-7):(2-4):(20-30)。
所述的二丁基二月桂酸锡为催化剂。
所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯(Irganox168)、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(Irganox1010)和1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯(Irganox1330)中的一种或多种。
所述的润滑剂为硬脂酸钙或硬质酸钠中的一种或多种。
上述任一种新型木塑PS复合材料的制备方法,包括如下步骤:
1)称取70份-90份的PS、20份-40份的改性木粉、0.1份-0.5份的抗氧剂和0.4份-0.8份的润滑剂混合并搅拌均匀,得到混合料;
2)将步骤1)中得到的混合料挤出造粒,即得到木塑PS复合材料。
优选地,所述步骤2)具体为:
将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒,即得到木塑PS复合材料,其中,所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区,第一温度区的温度为160℃~180℃,第二温度区的温度为180℃~220℃,第三温度区的温度为180℃~220℃,第四温度区的温度为180℃~220℃,第五温度区的温度为180℃~220℃,第六温度区的温度为180℃~220℃,所述双螺杆挤出机的机头温度为180℃~220℃,螺杆转速为120r/min~300r/min。
本发明的各实施例中所用的原料如下:
PS(型号350),台湾国乔;木粉,黄山木材加工厂;TDI,济南莱恩化工有限责任公司;纳米二氧化钼,上海在邦化工有限公司;二丁基二月桂酸锡,中国医药集团上海化学试剂公司;抗氧剂(型号Irganox1010、Irganox168、Irganox1330),瑞士汽巴精化;硬脂酸钙,湖北中料化工;硬质酸钠,湖北兴银河化工。
本发明所用的测试仪器如下:
ZSK30型双螺杆挤出机,德国W&P公司;JL-1000型拉力试验机,广州市广才实验仪器公司生产;HTL900-T-5B型注射成型机,海太塑料机械有限公司生产;XCJ-500型冲击测试机,承德试验机厂生产;QT-1196型拉伸测试仪,东莞市高泰检测仪器有限公司;QD-GJS-B12K型高速搅拌机,北京恒奥德仪器仪表有限公司。
首先制备改性木粉
制备例1
改性木粉的制备方法,包括以下步骤:
称取一定量的木粉、TDI、二丁基二月桂酸锡、纳米二氧化钼放入三口烧瓶中,在80-100℃的油浴中加热反应6-10h,产物抽滤后,获得的滤饼经丙酮抽提后,于真空干燥箱中80-100℃干燥24-36h既得产物。
其中木粉、TDI、二丁基二月桂酸锡及纳米二氧化钼的质量比为200:3:2:20;二丁基二月桂酸锡为催化剂。
制备例2
改性木粉的制备方法,包括以下步骤:
称取一定量的木粉、TDI、二丁基二月桂酸锡、纳米二氧化钼放入三口烧瓶中,在80-100℃的油浴中加热反应6-10h,产物抽滤后,获得的滤饼经丙酮抽提后,于真空干燥箱中80-100℃干燥24-36h既得产物。
其中木粉、TDI、二丁基二月桂酸锡及纳米二氧化钼的质量比为320:7:4:30;二丁基二月桂酸锡为催化剂。
制备例3
改性木粉的制备方法,包括以下步骤:
称取一定量的木粉、TDI、二丁基二月桂酸锡、纳米二氧化钼放入三口烧瓶中,在80-100℃的油浴中加热反应6-10h,产物抽滤后,获得的滤饼经丙酮抽提后,于真空干燥箱中80-100℃干燥24-36h既得产物。
其中木粉、TDI、二丁基二月桂酸锡及纳米二氧化钼的质量比为200:7:4:30;二丁基二月桂酸锡为催化剂。
制备例4
改性木粉的制备方法,包括以下步骤:
称取一定量的木粉、TDI、二丁基二月桂酸锡、纳米二氧化钼放入三口烧瓶中,在80-100℃的油浴中加热反应6-10h,产物抽滤后,获得的滤饼经丙酮抽提后,于真空干燥箱中80-100℃干燥24-36h既得产物。
其中木粉、TDI、二丁基二月桂酸锡及纳米二氧化钼的质量比为320:3:2:20;二丁基二月桂酸锡为催化剂。
制备例5
改性木粉的制备方法,包括以下步骤:
称取一定量的木粉、TDI、二丁基二月桂酸锡、纳米二氧化钼放入三口烧瓶中,在80-100℃的油浴中加热反应6-10h,产物抽滤后,获得的滤饼经丙酮抽提后,于真空干燥箱中80-100℃干燥24-36h既得产物。
其中木粉、TDI、二丁基二月桂酸锡及纳米二氧化钼的质量比为280:5:3:24;二丁基二月桂酸锡为催化剂。
实施例1
1)称取重量份为70份PS、20份改性木粉、0.1份Irganox1330和0.4份硬质酸钠混合并搅拌均匀,得到混合料;
2)将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒,即得到PS复合材料P1,其中,双螺杆挤出机的第一温度区的温度为160℃,第二温度区的温度为180℃,第三温度区的温度为180℃,第四温度区的温度为180℃,第五温度区的温度为180℃,第六温度区的温度为180℃,所述双螺杆挤出机的机头温度为180℃,螺杆转速为120r/min。
实施例2
1)称取重量份为90份PS、40份改性木粉、0.2份Irganox1330、0.1份Irganox1010、0.2份Irganox168和0.8份硬质酸钙混合并搅拌均匀,得到混合料;
2)将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒,即得到PS复合材料P2,其中,双螺杆挤出机的第一温度区的温度为180℃,第二温度区的温度为220℃,第三温度区的温度为220℃,第四温度区的温度为220℃,第五温度区的温度为220℃,第六温度区的温度为220℃,所述双螺杆挤出机的机头温度为220℃,螺杆转速为300r/min。
实施例3
1)称取重量份为80份PS、30份改性木粉、0.2份Irganox1330、0.1份Irganox168、0.3份硬质酸钙和0.3份硬质酸钠混合并搅拌均匀,得到混合料;
2)将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒,即得到PS复合材料P3,其中,双螺杆挤出机的第一温度区的温度为170℃,第二温度区的温度为200℃,第三温度区的温度为200℃,第四温度区的温度为200℃,第五温度区的温度为200℃,第六温度区的温度为200℃,所述双螺杆挤出机的机头温度为200℃,螺杆转速为210r/min。
实施例4
1)称取重量份为75份PS、35份改性木粉、0.1份Irganox1010、0.1份Irganox168、0.3份硬质酸钙和0.5份硬质酸钠混合并搅拌均匀,得到混合料;
2)将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒,即得到PS复合材料P4,其中,双螺杆挤出机的第一温度区的温度为160℃,第二温度区的温度为190℃,第三温度区的温度为190℃,第四温度区的温度为190℃,第五温度区的温度为190℃,第六温度区的温度为190℃,所述双螺杆挤出机的机头温度为190℃,螺杆转速为240r/min。
实施例5
1)称取重量份为85份PS、25份改性木粉、0.2份Irganox1330、0.1份Irganox168、0.3份硬质酸钙和0.1份硬质酸钠混合并搅拌均匀,得到混合料;
2)将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒,即得到PS复合材料P5,其中,双螺杆挤出机的第一温度区的温度为170℃,第二温度区的温度为195℃,第三温度区的温度为195℃,第四温度区的温度为195℃,第五温度区的温度为195℃,第六温度区的温度为195℃,所述双螺杆挤出机的机头温度为195℃,螺杆转速为250r/min。
对比例1
1)称取重量份为85份PS、25份木粉、0.2份Irganox1330、0.1份Irganox168、0.3份硬质酸钙和0.1份硬质酸钠混合并搅拌均匀,得到混合料;
2)将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒,即得到PS复合材料D1,其中,双螺杆挤出机的第一温度区的温度为170℃,第二温度区的温度为205℃,第三温度区的温度为205℃,第四温度区的温度为205℃,第五温度区的温度为205℃,第六温度区的温度为205℃,所述双螺杆挤出机的机头温度为205℃,螺杆转速为250r/min。
将上述实施例1-5及对比例1制备的PS复合材料用注塑机制成样条测试,测试数据如下表:
通过上表对比可看出,本发明制得的新型木塑PS复合材料较对比例中木塑PS相比,物理性能(拉伸强度、弯曲模量、悬臂梁缺口冲击强度)均得到了不同程度的提高,这大大扩展PS复合材料的应用领域,具有非常现实的意义。
以上仅是本发明的优选实施方式的描述,应当指出,由于文字表达的有限性,而在客观上存在无限的具体结构,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种木塑PS复合材料,其特征在于,由以下重量份的组分制成:
所述改性木粉的制备方法,包括以下步骤:
1)称取木粉、甲苯二异氰酸酯、二丁基二月桂酸锡及纳米二氧化钼;
2)将步聚1)中的各原料混合后在80-100℃的油浴中加热反应6-10h,产物抽滤;
3)产物抽滤后,获得的滤饼经过丙酮抽提后,于真空干燥箱中80-100℃干燥24-36h既得到改性木粉。
2.根据权利要求1所述的木塑PS复合材料,其特征在于,所述木粉、所述甲苯二异氰酸酯、所述二丁基二月桂酸锡及所述纳米二氧化钼的质量比为200-320:3-7:2-4:20-30。
3.根据权利要求1所述的木塑PS复合材料,其特征在于,所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的木塑PS复合材料,其特征在于,所述润滑剂为硬脂酸钙或硬质酸钠中的一种或两种组合。
5.上述权利要求1至4中任一项所述的木塑PS复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)称取70份-90份的PS、20份-40份的改性木粉、0.1份-0.5份的抗氧剂和0.4份-0.8份的润滑剂混合并搅拌均匀,得到混合料;
2)将步骤1)中得到的混合料挤出造粒,即得到木塑PS复合材料。
6.根据权利要求5所述的木塑PS复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤2)具体为:将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒,其中,所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区,第一温度区的温度为160℃~180℃,第二温度区的温度为180℃~220℃,第三温度区的温度为180℃~220℃,第四温度区的温度为180℃~220℃,第五温度区的温度为180℃~220℃,第六温度区的温度为180℃~220℃,所述双螺杆挤出机的机头温度为180℃~220℃,螺杆转速为120r/min~300r/min。
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