CN106317937A - 一种高强度耐候pe微晶木复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高强度耐候PE微晶木复合材料及其制备方法，本发明之高强度耐候PE微晶木复合材料，主要由以下原材料制备而成：PE塑料:100份，生物质粉：100‑300份，硫酸盐：10‑120份，相容剂:1.8‑8份，增韧剂：3‑10份；抗氧剂：0.4‑0.8份，耐候剂：0.2‑0.5份，色粉：0.5‑3份，润滑剂：1‑4份。本发明还包括所述高强度耐候PE微晶木复合材料的制备方法。本发明之PE微晶木复合材料，生产能耗低，生产综合成本低，经挤塑模、注塑模、压延模制备成各种尺寸的板材、型材，产品可广泛应用于室外园林景观、外墙挂板、室内外地板、家居等建筑材料。

Description

一种高强度耐候PE微晶木复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及新材料应用和木塑复合材料技术领域，具体涉及一种高强度耐候PE微晶木复合材料及其制备方法。
背景技术
PE木塑材料属于绿色环保材料，具有如下特点：1)良好的加工性能，木塑复合材料内含塑料和纤维，因此，具有同木材相类似的加工性能，可锯、可钉、可刨，且握钉力明显优于其他合成材料；2)良好的机械性能，木塑复合材料内含塑料，因而具有较好的弹性模量。此外，由于加工过程中纤维与塑料充分混合，木塑材料具有与实木相当的抗拉、抗弯等机械性能，并且其耐用性明显优于普通木质材料。3)具有防水、防虫、耐腐蚀性能，使用寿命长。但是要生产出各方面性能优异的产品，却困难较大，主要原因是：1)因PE木塑材料含有大量的亲水性基团-羟基，植物纤维具有很强的极性，而常用树脂基体通常为非极性的，故植物纤维和树脂基体间的相容性很差，界面粘结强度低，影响了木塑材料的机械性能；2)由于羟基间可形成氢键，植物纤维之间有很强的相互作用，使得其在树脂基体中的分散差；3)成型加工时植物纤维粉易降解变色，不合适的配混和加工工艺会导致木塑材料的性能下降。所以生产木塑制品的关键技术是在保证植物纤维高填充量的前提下，如何确保木塑材料的高加工流动性、树脂与木粉之间的良好相容性，以达到最佳机械性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，解决现有技术在生产PE木塑产品过程中生产能耗高、生产效率低、加工过程中容易变色、烧料的问题，提供一种高强度耐候PE微晶木复合材料及其制备方法，所得复合材料机械性较好。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
本发明之高强度耐候PE微晶木复合材料，按重量份数计，主要由以下原材料制备而成：PE塑料:100份，生物质粉：100-300份，硫酸盐：10-120份，相容剂:1.8-8份，增韧剂：3-10份；抗氧剂：0.4-0.8份，耐候剂：0.2-0.5份，色粉：0.5-3份，润滑剂：1-4份。
所述PE塑料，优选PE树脂，更优选为HDPE、LDPE树脂中的至少一种，更优选PE树脂的熔融指数≤5。
所述生物质粉为过60目筛(优选粒径为80-120目)的农作物秸秆粉、木粉、竹粉等中的至少一种。优选其含水量＜1wt％。优选添加比例20-80份。
所述硫酸盐过400目筛，选取无水硫酸钙、二水硫酸钙、半水硫酸钙、无水及含结晶水硫酸锌、无水及含结晶水硫酸镁的至少一种。可为粉体或晶须。优选添加比例60-100份。
所述相容剂为马来酸酐(MAH)接枝聚乙烯/乙烯-辛烯共聚物弹性体(POE)，按如下方法制备：先用3-5ml的丙酮溶解0.5-1.5克过氧化二异丙苯，然后将所得混合溶液与400-800克乙烯-辛烯共聚物弹性体(POE)，200-600克低密度聚乙烯(LDPE)，10-20克马来酸酐(MAH)混合均匀，在160-180℃的条件下利用双螺杆熔融接枝得到相容剂马来酸酐接枝聚乙烯/乙烯-辛烯共聚物弹性体(MAH-g-PE/POE)。
所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物弹性体(POE)、三元乙丙橡胶(EPDM)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)中的至少一种，优选POE8150。
所述抗氧剂优选为胺类抗氧剂、酚类抗氧剂中的至少一种，更优选抗氧剂1010。
所述耐候剂优选为受阻胺紫外光吸收剂、锌钛紫外光屏蔽剂中的至少一种。优选GW944、GW531中的至少一种。
所述色粉为无机颜料。
所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸钙中的至少一种。
本发明之高强度耐候PE微晶木复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将PE塑料:100份，生物质粉：100-300份，硫酸盐：10-120份，相容剂：2-8份，增韧剂：3-10份；抗氧剂：0.4-0.8份，耐候剂：0.2-0.5份，色粉0.5-3份，润滑剂：1-4份，投入高速混合机，在400-500rpm转速下混合3-6分钟，得到混合料；
(2)将混合料在同向平行双螺杆挤出机中混炼挤出造粒，得到PE微晶木复合材料母粒；
(3)将步骤(2)所得PE微晶木复合材料母粒通过单螺杆挤出，经过模具加工后，再抽负压冷却定型或通过定型模板冷却定型；
(4)将冷却定型后的材料通过辅机牵引，切割成一定尺寸的产品。
所述PE微晶木复合材料的制备方法，双螺杆挤出机工艺参数如下：加工温度为130-200℃，主机转数为300-550rpm。单螺杆挤出工艺参数如下：加工温度为140-200℃。模具加工温度为160-200℃。
进一步，步骤(2)与步骤(3)可连续加工也可分开加工，即步骤(2)可直接将混炼好的材料切粒，得PE微晶木复合材料母粒，再将所得PE微晶木复合材料母粒挤出成型、注塑成型或压延成型为板材或型材。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明所提供的高强度耐候PE微晶木复合材料，因矿物硫酸盐粉体具有较好的润滑性，有利于生物质纤维粉在加工时降低对设备的磨损；
2、本发明所提供的高强度耐候PE微晶木复合材料，因硫酸盐的独特作用，有利于纤维粉的均匀分散，从而提高PE木塑体系中生物质纤维粉的含量；
3、本发明所提供的高强度耐候PE微晶木复合材料，因制备的相容剂MAH-g-PE/POE能有效的增加生物质粉及硫酸盐与PE树脂的界面作用力，使得制备的材料机械性能、耐候性明显增加。
本发明之PE微晶木复合材料经挤塑模、注塑模、压延模制备成各种尺寸的板材、型材，产品可广泛应用于室外园林景观、外墙挂板、室内外地板、家居等建筑材料。本发明制备的高强度耐候PE微晶木复合材料产品生产能耗低，生产综合成本低，材料机械性能优异，产品尺寸收缩小，防腐、耐候。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进行进一步详细说明，并附加碳酸钙为填料的PE木塑材料为对比例。
实施例1
按重量份数计，本实施例高强度耐候PE微晶木复合材料配方组成表1：
表1实施例1原料配比
所述生物质粉为过60目筛的农作物秸秆粉。其含水量＜1wt％。
所述相容剂为MAH-g-PE/POE，为马来酸酐(MAH)接枝聚乙烯/乙烯-辛烯共聚物弹性体(POE)，按如下方法制备：先用5ml的丙酮(化学纯，青岛化学试剂厂)溶解1.5克过氧化二异丙苯(化学纯，广州淘湾化工有限公司)，然后将所得混合溶液与800克乙烯-辛烯共聚物弹性体(POE)(埃克森美孚VM620)，600克低密度聚乙烯(LDPE)(陶氏化学615C)，20克马来酸酐(MAH)(化学纯，上海化学试剂三厂)混合均匀，在180℃的条件下利用双螺杆熔融接枝得到相容剂马来酸酐接枝聚乙烯/乙烯-辛烯共聚物弹性体(MAH-g-PE/POE)。
实施例2
按重量份数计，实施例2之高强度耐候PE微晶木复合材料配方组成如下表：
表2实施例2原料配比
所述生物质粉为过60目筛的木粉。其含水量＜1wt％。
所述相容剂为MAH-g-PE/POE，为马来酸酐(MAH)接枝聚乙烯/乙烯-辛烯共聚物弹性体(POE)，按如下方法制备：先用5ml的丙酮(化学纯，青岛化学试剂厂)溶解1.5克过氧化二异丙苯(化学纯，广州淘湾化工有限公司)，然后将所得混合溶液与800克乙烯-辛烯共聚物弹性体(POE)(埃克森美孚VM620)，600克低密度聚乙烯(LDPE)(陶氏化学615C)，20克马来酸酐(MAH)(化学纯，上海化学试剂三厂)混合均匀，在180℃的条件下利用双螺杆熔融接枝得到相容剂马来酸酐接枝聚乙烯/乙烯-辛烯共聚物弹性体(MAH-g-PE/POE)。
实施例3
按重量份数计，实施例3之高强度耐候PE微晶木复合材料配方组成如下表：
表3实施例3原料配比
所述生物质粉为过60目筛的竹粉。其含水量＜1wt％。
所述相容剂为MAH-g-PE/POE，为马来酸酐(MAH)接枝聚乙烯/乙烯-辛烯共聚物弹性体(POE)，按如下方法制备：先用5ml的丙酮(化学纯，青岛化学试剂厂)溶解1.5克过氧化二异丙苯(化学纯，广州淘湾化工有限公司)，然后将所得混合溶液与800克乙烯-辛烯共聚物弹性体(POE)(埃克森美孚VM620)，600克低密度聚乙烯(LDPE)(陶氏化学615C)，20克马来酸酐(MAH)(化学纯，上海化学试剂三厂)混合均匀，在180℃的条件下利用双螺杆熔融接枝得到相容剂马来酸酐接枝聚乙烯/乙烯-辛烯共聚物弹性体(MAH-g-PE/POE)。
实施例4
按重量份数计，实施例4高强度耐候PE微晶木复合材料配方组成如下表：
表4实施例4原料配比
所述生物质粉为过60目筛的农作物秸秆粉。其含水量＜1wt％。
所述相容剂为MAH-g-PE/POE，为马来酸酐(MAH)接枝聚乙烯/乙烯-辛烯共聚物弹性体(POE)，按如下方法制备：先用5ml的丙酮(化学纯，青岛化学试剂厂)溶解1.5克过氧化二异丙苯(化学纯，广州淘湾化工有限公司)，然后将所得混合溶液与800克乙烯-辛烯共聚物弹性体(POE)(埃克森美孚VM620)，600克低密度聚乙烯(LDPE)(陶氏化学615C)，20克马来酸酐(MAH)(化学纯，上海化学试剂三厂)混合均匀，在180℃的条件下利用双螺杆熔融接枝得到相容剂马来酸酐接枝聚乙烯/乙烯-辛烯共聚物弹性体(MAH-g-PE/POE)。
实施例5
按重量份数计，实施例5高强度耐候PE微晶木复合材料配方组成如下表：
表5实施例5原料配比
所述生物质粉为过60目筛的木粉。其含水量＜1wt％。
所述相容剂为MAH-g-PE/POE，为马来酸酐(MAH)接枝聚乙烯/乙烯-辛烯共聚物弹性体(POE)，按如下方法制备：先用5ml的丙酮(化学纯，青岛化学试剂厂)溶解1.5克过氧化二异丙苯(化学纯，广州淘湾化工有限公司)，然后将所得混合溶液与800克乙烯-辛烯共聚物弹性体(POE)(埃克森美孚VM620)，600克低密度聚乙烯(LDPE)(陶氏化学615C)，20克马来酸酐(MAH)(化学纯，上海化学试剂三厂)混合均匀，在180℃的条件下利用双螺杆熔融接枝得到相容剂马来酸酐接枝聚乙烯/乙烯-辛烯共聚物弹性体(MAH-g-PE/POE)。
对比例
按重量份数计，本对比例之高强度耐候PE微晶木复合材料配方组成如下表：
表6实施例6原料配比
所述生物质粉为过60目筛的农作物秸秆粉。其含水量＜1wt％。
所述相容剂为MAH-g-PE/POE，为马来酸酐(MAH)接枝聚乙烯/乙烯-辛烯共聚物弹性体(POE)，按如下方法制备：先用5ml的丙酮(化学纯，青岛化学试剂厂)溶解1.5克过氧化二异丙苯(化学纯，广州淘湾化工有限公司)，然后将所得混合溶液与800克乙烯-辛烯共聚物弹性体(POE)(埃克森美孚VM620)，600克低密度聚乙烯(LDPE)(陶氏化学615C)，20克马来酸酐(MAH)(化学纯，上海化学试剂三厂)混合均匀，在180℃的条件下利用双螺杆熔融接枝得到相容剂马来酸酐接枝聚乙烯/乙烯-辛烯共聚物弹性体(MAH-g-PE/POE)。
以上各实施例及对比例中，高强度耐候PE微晶木复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，按各实施例及对比例表中的实例配比将PE塑料、生物质粉、硫酸盐或碳酸钙、相容剂、增韧剂、抗氧剂、耐候剂、色粉、润滑剂原料加入到高速混合机中，转速550rpm，混合3分钟，得到混合料；
步骤2，将步骤1中得到的混合料采用同向平行双螺杆挤出机混炼挤出造粒，得到PE微晶木复合材料母粒；
步骤3，将步骤(2)所得PE微晶木复合材料母粒通过单螺杆挤出，经过加热模具加工后，再抽负压冷却定型；
步骤4，将冷却定型后的材料通过辅机牵引，切割成一定尺寸的产品。
各实施例及对比例中双螺杆挤出机工艺参数如下：加工温度为一区130℃，二区165℃，三区175℃，四区180℃，五区180℃，六区180℃，七区175℃，八区175℃，模头160℃，主机转数为450rpm。单螺杆挤出机工艺参数如下：加工温度为一区140℃，二区165℃，三区175℃，四区180℃，五区180℃。模具加工温度为一区170℃，二区175℃，三区170℃，四区175℃。
各实施例及对比例中所得材料的性能如下表7所示(机械性能按GB/T24137-2009检测方法标准，耐候测试按GB/T15596-2009检测方法标准)
对比例与实例2是无机填料碳酸钙与硫酸盐的对比。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高强度耐候PE微晶木复合材料，其特征在于，按重量份数计，主要由以下原材料制备而成：PE塑料:100份，生物质粉：100-300份，硫酸盐：10-120份，相容剂: 1.8-8份，增韧剂：3-10份；抗氧剂：0.4-0.8份，耐候剂：0.2-0.5份，色粉：0.5-3份，润滑剂：1-4份。
2.根据权利要求1所述的高强度耐候PE微晶木复合材料，其特征在于，所述生物质粉添加比例为20-80份；所述硫酸盐添加比例为60-100份。
3.根据权利要求1或2所述的高强度耐候PE微晶木复合材料，其特征在于，所述PE塑料，为HDPE、LDPE树脂中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的高强度耐候PE微晶木复合材料，其特征在于，所述生物质粉为过60目筛的农作物秸秆粉、木粉、竹粉中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的高强度耐候PE微晶木复合材料，其特征在于，所述硫酸盐过400目筛，选取无水硫酸钙、二水硫酸钙、半水硫酸钙、无水及含结晶水硫酸锌、无水及含结晶水硫酸镁的至少一种。
6.根据权利要求1或2所述的高强度耐候PE微晶木复合材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯/乙烯-辛烯共聚物弹性体，按如下方法制备：先用3-5ml的丙酮溶解0.5-1.5克过氧化二异丙苯，然后将所得混合溶液与400-800克乙烯-辛烯共聚物弹性体，200-600克低密度聚乙烯，10-20克马来酸酐混合均匀，在160-180℃的条件下利用双螺杆熔融接枝，得到相容剂马来酸酐接枝聚乙烯/乙烯-辛烯共聚物弹性体。
7.根据权利要求1或2所述的高强度耐候PE微晶木复合材料，其特征在于，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物弹性体、三元乙丙橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种；所述抗氧剂为胺类抗氧剂、酚类抗氧剂中的至少一种。
8.根据权利要求1或2所述的高强度耐候PE微晶木复合材料，其特征在于，所述耐候剂为受阻胺紫外光吸收剂、锌钛紫外光屏蔽剂中的至少一种；所述色粉为无机颜料；所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸钙中的至少一种。
9.制备如权利要求1-8之一所述高强度耐候PE微晶木复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将PE塑料:100份，生物质粉：100-300份，硫酸盐：10-120份，相容剂：2-8份，增韧剂：3-10份；抗氧剂：0.4-0.8份，耐候剂：0.2-0.5份，色粉0.5-3份，润滑剂：1-4份，投入高速混合机，在400-500rpm转速下混合3-6分钟，得到混合料；
（2）将混合料在同向平行双螺杆挤出机中混炼挤出造粒，得到PE微晶木复合材料母粒；
（3）将步骤（2）所得PE微晶木复合材料母粒通过单螺杆挤出，经过模具加工后，再抽负压冷却定型或通过定型模板冷却定型；
（4）将冷却定型后的材料通过辅机牵引，切割成一定尺寸的产品。
10.根据权利要求9所述的制备高强度耐候PE微晶木复合材料的方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机工艺参数如下：加工温度为130-200℃，主机转数为300-550rpm；单螺杆挤出工艺参数如下：加工温度为140-200℃；模具加工温度为160-200℃。
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