CN106380889A - 一种木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种木塑复合材料及其制备方法。该木塑复合材料包括改性羧乙基木粉100‑120份、聚酰亚胺树脂80‑90份、粘结剂8‑10份、钛酸酯偶联剂4‑5份、轻质碳酸钙2‑3份、对苯二胺2‑3份、甘油2‑3份以及钙锌稳定剂2‑3份；该木塑复合材料由具有特定配方含量的物质组成，在这些物质的相互协同作用下，使制得的木塑复合材料界面相容性、粘合力、强度及牢固度得到大大提高，使其兼具原木材料和高分子材料的优点，市场前景广阔，其的发展对于世界森林资源贫乏、木材供应紧缺等问题具有极其深远的社会意义和科学价值。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种木塑复合材料及其制备方法。
背景技术
木塑复合材料是用木纤维或植物纤维填充、增强的改性热塑性材料，兼有木材和塑料的成本和性能的优点，经挤出或压制成型为型材、板材或其它制品，替代木材和塑料，不仅有像天然木材那样的外观，而且克服其不足，比纯塑料硬度高，又有类似木材的加工性，可进行切割、粘结，用钉子或螺栓固定连接，可涂漆，它经寄出或压制成型为型材、板材或其它制品，可替代木材和塑料。
在木塑材料的加工过程中，选择正确的配方及添加剂，以使木塑复合材料具有良好的加工性能更好的物理性能、更完美的外观质量、优越的使用性能以及更长的使用寿命，对满足木塑复合材料及制品生产的要求至关重要。
在木塑复合材料的加工中，由于木材纤维具有很强的极性、亲水性，而塑料为非极性、不亲水的，木材纤维与塑料两者间的相容性很差，界面粘合力很小，所以要将具有较强吸水性的木材与具有疏水性的塑料结合在一起本身就是一件很困难的事情，现有技术中所制备的木塑复合材料正是由于木材纤维与塑料两者之间的粘合力问题，导致其机械性能差，并且现有的木材纤维结构单薄，致使制备的木塑复合材料强度低，得不到较大的应用；
并且，现有的木材纤维之间有很强的相互作用，使得其在塑料中的分散极差，要达到均匀分散较为困难，这些因素均制约了木塑材料的进一步发展。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种木塑复合材料，该材料强度高，木材与塑料结合时具有良好的相容性及粘合力，具有良好的力学性能和加工性能。
本发明的另一个目的是提供上述木塑复合材料的制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种木塑复合材料，包括以下重量份的组分：
改性羧乙基木粉100-120份、聚酰亚胺树脂80-90份、粘结剂8-10份、钛酸酯偶联剂4-5份、轻质碳酸钙2-3份、对苯二胺2-3份、甘油2-3份以及钙锌稳定剂2-3份；
所述羧乙基木粉的制备方法：取木粉，加入乙二醇将木粉进行分散处理，再置于浓度为23%的氢氧化钠溶液中浸泡2-3小时，加入氯乙酸进行醚化反应，得到羧乙基化产物；在所述羧乙基化产物中再依次加入表面改性剂三异丙基铝和氨丙基三乙氧基硅烷；其中，木粉、乙二醇、氢氧化钠与氯乙酸的重量比为1：15：3：3；
所述粘结剂由以下重量份的组分组成：三聚氰胺树脂100份、橡子淀粉40份和脱硫石膏50份。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，木塑复合材料，包括以下重量份的组分：
改性羧乙基木粉100份、聚酰亚胺树脂90份、粘结剂8份、钛酸酯偶联剂4份、轻质碳酸钙3份、对苯二胺3份、甘油2-3份以及钙锌稳定剂2份。
进一步，木塑复合材料包括以下重量份的组分：
改性羧乙基木粉120份、聚酰亚胺树脂85份、粘结剂10份、钛酸酯偶联剂5份、轻质碳酸钙2份、对苯二胺2份、甘油2份以及钙锌稳定剂3份。
进一步，所述木粉为杨树材质木粉。
上述木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照配方比例将改性羧乙基木粉、聚酰亚胺树脂和轻质碳酸钙混合，80-90℃下搅拌加热10-12分钟，转速为600-800转/分钟；
（2）在步骤（1）得到的物质中再按照配方比例加入粘结剂、钛酸酯偶联剂、对苯二胺、甘油以及钙锌稳定剂继续加热搅拌，温度为130-140℃，转速为800-900转/分钟，反应10-20分钟，充分混合；
（3）将步骤（2）得到的物质在150-160℃下挤压成型，压力为3-4MPa，冷却至室温后，成型，制得。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，步骤（1）中，在80℃下搅拌10分钟，转速为600转/分钟。
进一步，步骤（2）中，温度为140℃，转速为800转/分钟。
进一步，步骤（3）中，在160℃下挤压成型，压力为4MPa，冷却至室温后，成型，制得。
本发明木塑复合材料的配方中，制备的羧乙基木粉充分利用木粉中所含有的纤维素和半纤维素的羟基，以及木质素及木质素-多糖复合体形成交联网络结构，其比原有木粉的结构紧密的多，使制得的木塑复合材料的强度更高，更牢固，大大拓展其使用范围；同时对制备得到的羧乙基木粉进行改性，在羧乙基化产物中加入表面改性剂，是基于应用表面原位化学组合法在粉末表面进行逐层化学反应，依次高密度地键接上两种表面改性物，生成能够满足不同使用要求的界面强度和厚度的界面层以适应各种聚合物填充改性体系，使得改性羧乙基木粉与热塑性塑料之间都具有很强的界面粘合力，使得木粉与塑料之间具有良好的相容性，从而具有良好的力学性能和加工性能。
本发明的粘结剂由具有特定配方含量的三聚氰胺树脂、橡子淀粉和脱硫石膏组成；其中，橡子淀粉冷粘度稳定、预压性好；脱硫石膏具有足够的增稠效果；并且，三聚氰胺树脂与橡子淀粉和脱硫石膏的结合更适合于改性羧乙基木粉与本发明的改性塑料的结合，使得本发明的木粉与塑料的结合在保证木粉高填充量的基础上，具有较强的界面粘合力以及高加工流动性。
本发明的木塑复合材料由具有特定配方含量的物质组成，在这些物质的相互协同作用下，使制得的木塑复合材料界面相容性、粘合力、强度及牢固度得到大大提高，使其兼具原木材料和高分子材料的优点，市场前景广阔，其的发展对于世界森林资源贫乏、木材供应紧缺等问题具有极其深远的社会意义和科学价值。
具体实施方式
以下对本发明进行详细描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：
一种木塑复合材料，包括以下重量份的组分：
改性羧乙基木粉100份、聚酰亚胺树脂90份、粘结剂8份、钛酸酯偶联剂4份、轻质碳酸钙3份、对苯二胺3份、甘油2-3份以及钙锌稳定剂2份；木粉为杨树材质木粉。
其中，羧乙基木粉的制备方法：取木粉，加入乙二醇将木粉进行分散处理，再置于浓度为23%的氢氧化钠溶液中浸泡2-3小时，加入氯乙酸进行醚化反应，得到羧乙基化产物；在所述羧乙基化产物中再依次加入表面改性剂三异丙基铝和氨丙基三乙氧基硅烷；其中，木粉、乙二醇、氢氧化钠与氯乙酸的重量比为1：15：3：3。
粘结剂由以下重量份的组分组成：三聚氰胺树脂100份、橡子淀粉40份和脱硫石膏50份；其制备方法为：按照配方比例将三聚氰胺树脂、橡子淀粉和脱硫石膏混合，制得。
上述木塑复合材料的制备方法为：
（1）按照配方比例将改性羧乙基木粉、聚酰亚胺树脂和轻质碳酸钙混合，80℃下搅拌加热10分钟，转速为600转/分钟；
（2）在步骤（1）得到的物质中再按照配方比例加入粘结剂、钛酸酯偶联剂、对苯二胺、甘油以及钙锌稳定剂继续加热搅拌，温度为140℃，转速为800转/分钟，反应10分钟，充分混合；
（3）将步骤（2）得到的物质在160℃下挤压成型，压力为3-4MPa，冷却至室温后，成型，制得。
实施例2：
一种木塑复合材料，包括以下重量份的组分：
改性羧乙基木粉120份、聚酰亚胺树脂85份、粘结剂10份、钛酸酯偶联剂5份、轻质碳酸钙2份、对苯二胺2份、甘油2份以及钙锌稳定剂3份；木粉为杨树材质木粉。
其中，羧乙基木粉的制备方法：取木粉，加入乙二醇将木粉进行分散处理，再置于浓度为23%的氢氧化钠溶液中浸泡2-3小时，加入氯乙酸进行醚化反应，得到羧乙基化产物；在所述羧乙基化产物中再依次加入表面改性剂三异丙基铝和氨丙基三乙氧基硅烷；其中，木粉、乙二醇、氢氧化钠与氯乙酸的重量比为1：15：3：3。
粘结剂由以下重量份的组分组成：三聚氰胺树脂100份、橡子淀粉40份和脱硫石膏50份；其制备方法为：按照配方比例将三聚氰胺树脂、橡子淀粉和脱硫石膏混合，制得。
上述木塑复合材料的制备方法为：
（1）按照配方比例将改性羧乙基木粉、聚酰亚胺树脂和轻质碳酸钙混合，90℃下搅拌加热12分钟，转速为800转/分钟；
（2）在步骤（1）得到的物质中再按照配方比例加入粘结剂、钛酸酯偶联剂、对苯二胺、甘油以及钙锌稳定剂继续加热搅拌，温度为130℃，转速为900转/分钟，反应20分钟，充分混合；
（3）将步骤（2）得到的物质在150℃下挤压成型，压力为3-4MPa，冷却至室温后，成型，制得。
实施例3：
一种木塑复合材料，包括以下重量份的组分：
改性羧乙基木粉110份、聚酰亚胺树脂85份、粘结剂9份、钛酸酯偶联剂4份、轻质碳酸钙2.5份、对苯二胺3份、甘油2份以及钙锌稳定剂2份；
羧乙基木粉的制备方法：取木粉，加入乙二醇将木粉进行分散处理，再置于浓度为23%的氢氧化钠溶液中浸泡2-3小时，加入氯乙酸进行醚化反应，得到羧乙基化产物；在所述羧乙基化产物中再依次加入表面改性剂三异丙基铝和氨丙基三乙氧基硅烷；其中，木粉、乙二醇、氢氧化钠与氯乙酸的重量比为1：15：3：3；
粘结剂由以下重量份的组分组成：三聚氰胺树脂100份、橡子淀粉40份和脱硫石膏50份；其制备方法为：按照配方比例将三聚氰胺树脂、橡子淀粉和脱硫石膏混合，制得。
上述木塑复合材料的制备方法与实施例1相同。
实施例4：
一种木塑复合材料，包括以下重量份的组分：
改性羧乙基木粉105份、聚酰亚胺树脂80份、粘结剂10份、钛酸酯偶联剂4.5份、轻质碳酸钙3份、对苯二胺2.5份、甘油2.5份以及钙锌稳定剂3份；
羧乙基木粉的制备方法：取木粉，加入乙二醇将木粉进行分散处理，再置于浓度为23%的氢氧化钠溶液中浸泡2-3小时，加入氯乙酸进行醚化反应，得到羧乙基化产物；在所述羧乙基化产物中再依次加入表面改性剂三异丙基铝和氨丙基三乙氧基硅烷；其中，木粉、乙二醇、氢氧化钠与氯乙酸的重量比为1：15：3：3；
粘结剂由以下重量份的组分组成：三聚氰胺树脂100份、橡子淀粉40份和脱硫石膏50份；其制备方法为：按照配方比例将三聚氰胺树脂、橡子淀粉和脱硫石膏混合，制得。
上述木塑复合材料的制备方法与实施例2相同。
试验例
将上述实施例1-4及对比例1（该对比例按照现有的木塑复合材料的制备方法制得）制备的木塑复合材料用注塑机制成样条，根据标准ISO527-1：2012，ISO178：2010和ISO180：2010分别对其牢固强度、弯曲模量进行测试，测试数据如下表：
| 测试项目 | 单位 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 |
| 牢固强度 | MPa | 28 | 27 | 27.5 | 28.5 | 18 |
| 弯曲模量 | MPa | 2750 | 2800 | 2655 | 2810 | 1720 |
由上表数据可以看出，本发明制得的木塑复合材料较普通的木塑复合材料的牢固强度和弯曲模量都得到很大程度的提高，这大大扩展了本发明的木塑复合材料的应用范围，具有极大的发展前景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种木塑复合材料，其特征是，包括以下重量份的组分：
改性羧乙基木粉100-120份、聚酰亚胺树脂80-90份、粘结剂8-10份、钛酸酯偶联剂4-5份、轻质碳酸钙2-3份、对苯二胺2-3份、甘油2-3份以及钙锌稳定剂2-3份；
所述羧乙基木粉的制备方法：取木粉，加入乙二醇将木粉进行分散处理，再置于浓度为23%的氢氧化钠溶液中浸泡2-3小时，加入氯乙酸进行醚化反应，得到羧乙基化产物；在所述羧乙基化产物中再依次加入表面改性剂三异丙基铝和氨丙基三乙氧基硅烷；其中，木粉、乙二醇、氢氧化钠与氯乙酸的重量比为1：15：3：3；
所述粘结剂由以下重量份的组分组成：三聚氰胺树脂100份、橡子淀粉40份和脱硫石膏50份。
2.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征是，包括以下重量份的组分：
改性羧乙基木粉100份、聚酰亚胺树脂90份、粘结剂8份、钛酸酯偶联剂4份、轻质碳酸钙3份、对苯二胺3份、甘油2-3份以及钙锌稳定剂2份。
3.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征是，包括以下重量份的组分：
改性羧乙基木粉120份、聚酰亚胺树脂85份、粘结剂10份、钛酸酯偶联剂5份、轻质碳酸钙2份、对苯二胺2份、甘油2份以及钙锌稳定剂3份。
4.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征是，所述木粉为杨树材质木粉。
5.权利要求1至4任一项所述的木塑复合材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）按照配方比例将改性羧乙基木粉、聚酰亚胺树脂和轻质碳酸钙混合，80-90℃下搅拌加热10-12分钟，转速为600-800转/分钟；
（2）在步骤（1）得到的物质中再按照配方比例加入粘结剂、钛酸酯偶联剂、对苯二胺、甘油以及钙锌稳定剂继续加热搅拌，温度为130-140℃，转速为800-900转/分钟，反应10-20分钟，充分混合；
（3）将步骤（2）得到的物质在150-160℃下挤压成型，压力为3-4MPa，冷却至室温后，成型，制得。
6.根据权利要求5所述的木塑复合材料的制备方法，其特征是，步骤（1）中，在80℃下搅拌10分钟，转速为600转/分钟。
7.根据权利要求5所述的木塑复合材料的制备方法，其特征是，步骤（2）中，温度为140℃，转速为800转/分钟。
8.根据权利要求5所述的木塑复合材料的制备方法，其特征是，步骤（3）中，在160℃下挤压成型，压力为4MPa，冷却至室温后，成型，制得。
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