CN106398036A - 制备木塑复合材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种木塑复合材料的方法，包括将废旧聚氯乙烯电缆料粉碎，从而得到粉碎料；将所述粉碎料、木粉、纯聚氯乙烯以及任选的添加剂均匀混合，从而得到混合料；利用挤出机将所述混合料混炼成型，其中，聚氯乙烯与所述木粉与的混合比例为20‑46，所述挤出机的机筒温度为160‑185℃，并且所述挤出机的主机转速为17‑30r/min。所述方法能够得到力学性能优良的复合材料，具有良好的成本效益。

Description

制备木塑复合材料的方法
技术领域
本发明涉及复合材料领域，更具体为制备木塑复合材料的方法。
背景技术
木塑复合材料(WPC)研究己有80多年历史，但一直未能工业化，直到1980年，才有很小量用于低值的吸声制品。由于环境观念的加强，美国建筑工业寻找木材的替代材料(不腐蚀、不翘曲、维修方便，外观与木材相似)，同时韩国和日本的纸、木材加工厂则寻找锯木粉、废木屑等的应用，都推动和加速了WPC的研究和应用开发。把木纤维填充配混料加工成建筑和结构用型材是目前挤出行业最活跃的，新应用开发也层出不穷，所以尽管己有几十年的研究历史，但由于WPC巨大的潜在应用市场，正受到人们普遍关注。不少国家投入力量加快开发和应用步伐，尤其是型材的生产，被称为是一个“热门市场。
木塑复合材料具有比单独的木质材料或塑料产品更优异的性能，是木材的理想代用品。用于木塑复合材料的热塑性塑料主要为聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等，包括新料、回收料以及二者的混合料，而木质纤维则为木屑、稻壳、麦秸等资源丰富、价格低廉的农业废弃物和木材加工的废弃物。由于兼有二者的特点，因而木塑复合材料制品具备以下优点：1.耐用、寿命长，有类似木质外观；2.具有优良的物性，比木材尺寸稳定性好，不会产生裂缝、翘曲、无木材节疤、斜纹，加入着色剂、覆膜或复合表层可制成色彩绚丽的各种制品；3.具有热塑性塑料的加工性，容易成型，用一般料加工设备或稍加改造后便可进行成型加工，加工设备新投入资金少，便于推广应用等。
木塑复合材料既具有热塑性塑料的易成型性，又有类似木材的二次加工性，粘接、可涂饰，且有抗虫蛀、耐老化、吸水性小、可重复利用等优点，故被广泛应用于各个领域。
然而，现有技术中仍然缺乏对使用废旧PVC电缆料制备木塑复合材料的研究，特别是机械性能优良的木塑复合材料。
发明内容
为了解决上述问题，发明人进行积极的研究，结果他们发现使用特定的配方，以及特定的工艺条件，能够得到机械性能优良的木塑复合材料，可用于生产木塑托盘、货架、地板等，尤其是地板，可用于化工车间，经久耐用。
因此，在一个方面中，本发明提供了一种制备木塑复合材料的方法，包括：将废旧聚氯乙烯电缆料粉碎，从而得到粉碎料；将所述粉碎料、木粉、纯聚氯乙烯以及任选的添加剂均匀混合，从而得到混合料；利用挤出机将所述混合料混炼成型，其中，聚氯乙烯与所述木粉与的混合比例为20-46，所述挤出机的机筒温度为160-185℃，并且所述挤出机的主机转速为17-30r/min。
在一个例子中，所述添加剂选自偶联剂、改性剂、稳定剂、抗氧化剂和/或润滑剂。
木粉/木纤维提高复合材料的刚度，并使之有木质感；偶联剂提高木粉/木纤维和基体树脂之间的界面结合力；稳定剂和抗氧化剂减缓塑料和木粉/木纤维在加工过程中的降解和碳化；润滑剂提高体系的分散性和物料的流动性。
优选地，所述偶联剂选自稀土铝酸酯偶联剂。
优选地，所述稳定剂选自钙锌复合稳定剂，并且所述润滑剂选自硬脂酸镁。优选地，所述改性剂选自ACR-201。
优选地，所述挤出机选自单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、同向(异向)旋转平行双螺杆挤出机或异向旋转平行双螺杆挤出机。
在使用上述挤出机时，材料的成型可采用两步法和一步法两种工艺路线。两步法是最常用的工艺，即先将经干燥处理和表面改性的木粉与PVC置于高速混合机中，经充分搅拌后由单螺杆或双螺杆挤出机挤出造粒，该方法可提高木粉在PVC基体中的分散性，且造粒后加料也较容易，但会使整个工艺过程比较复杂。一步法即采用表面改性后的木粉与PVC粉经高速混合后直接加料挤出，可省去造粒工序，但这对设备要求很高。
在一个例子中，聚氯乙烯与所述木粉的混合比例为26.77，所述挤出机的机筒温度为171℃，并且所述挤出机的主机转速为25r/min。
在另一个例子中，聚氯乙烯与所述木粉的混合比例为24.73，所述挤出机的机筒温度为172℃，并且所述挤出机的主机转速为25r/min。
优选地，所述废旧聚氯乙烯电缆料为废旧聚氯乙烯外皮。
优选地，所述木粉为经钛酸酯偶联剂处理的木粉和/或丙烯酸酯表面接枝的木粉。
具体地，将粒度为60-100目的木粉在190-230℃加热处理，再选择相应的时间使木粉组成物减量达到技术要求。把干燥后的木粉加入搅拌器中进行搅拌，温度保持在90-100℃，加入钛酸酯偶联剂混合均匀即得到改性木粉。或者，将粒度为60-100目的木粉在190-230℃加热处理，再选择相应的时间使木粉组成物减量达到技术要求。把干燥的木粉加入搅拌器中进行搅拌，将浸渍剂丙烯酸酯、聚合引发剂过氧化苯甲酞、聚合促进剂二甲基苯胺的混合物加入木粉中，再浸渍2h，使其混合均匀，然后升温至100-400℃保持4h，使木粉中的浸渍剂硬化，从而得到改性木粉。
本发明的木塑复合材料具有优良的机械性能，可用于托盘、铁路轨枕、建筑行业(例如回廊板、窗户和门板、混凝土水泥模板等)、园林庭院(例如用于制造室外桌椅、庭院扶手及装饰板、露天地板、废物箱等)或汽车内饰件等。
具体实施方式
以下将描述实施本发明的实施方案。然而，本发明的范围不局限于所述的实施方式，只要不损害主旨，可以对本发明进行各种更改。除非另有说明，否则以下的比例和％分别是指重量比和重量％。
通用程序
首先将筛选出的白色和透明的废旧PVC电缆外皮，放入粉碎机中粉碎两次，然后将粉碎后的颗粒过10目筛，进行清洗，在90℃下烘干1h；将木粉在100℃下烘干2h-3h，除去木粉中的水分、低分子有机物以及易挥发组分，提高木粉的稳定性；将烘干好的PVC电缆颗粒、木粉、纯PVC粉末和各种助剂按一定比例放入高速混合机中，在4500r/min的转速下混合5min-10min，使树脂、木粉和助剂混合均匀；将混合好的原料放入双螺杆挤出机中，调节各参数，挤出条状木塑材料。
木素复合材料力学性能的测定
将挤出的条状材料粉碎，在双辊炼塑机上于150-175℃下混炼，切割。将切割好的片状木塑材料放入液压机中，在150-175℃下预压10min，然后分别在10MPa、15MPa压力下各压5min，取出后再在冷压机中压10min。然后将压制好的木塑板材在万能制样机上制备拉伸样条和冲击样条。
弯曲性能采用万能力学实验机，按GB/T 9341-2000将试样制成8.0X10.0X4.0(单位：mm)的标准式样。然后采取三点弯曲法测试弯曲强度，试验结果为5个拉伸样的平均值。
冲击性能采用简支梁冲击试验机，用缺口冲击样条按GB/T 1843-1996测定。试验结果为10个冲击样的平均值。
实施例1和2
按照上述通用程序制备木塑复合材料，其中实施例1的工艺条件为：聚氯乙烯与所述木粉的混合比例为26.77，挤出机的机筒温度为171℃，并且挤出机的主机转速为25r/min；并且实施例2的工艺条件为：聚氯乙烯与木粉的混合比例为24.73，挤出机的机筒温度为172℃，并且挤出机的主机转速为25r/min。
结果，实施例1的冲击强度为3.77KJ/m2，弯曲强度为60.68MPa，实施例2的冲击强度为3.88KJ/m2，弯曲强度为70.68MPa。
工业生产可行性分析
按照年处理量为10万吨废旧PVC电缆外皮，设计了两条木塑板材生产线，所需的生产设备为塑料企业常用设备。下表为工业生产所需的基建工程以及设备预算表。
下面是该项目的效益分析：
在设备表中，所设计的是采用塑料磨粉机进行电缆料的粉碎，可将电缆料粉碎成20目-120目的微细粉末。在电缆料的这种粒度下，同时保持木塑材料的力学性能不降低的情况下，木粉的添加量可提高到50份60份，而且新PVC的添加量可降低至10份20份。这样，木塑材料的生产成本会进一步降低。
从下表我们可以看出，每生产销售一吨木塑产品7000元，减去材料费、人员工资、制造费用、销售费用、管理费用、财务费用等，总成本为5735元，再减去税金600元，每吨塑木产品可获利润665元。若再进一步引进地板生产设备，将挤出的木塑复合材料直接制成室外用铺地板，市场将更为广阔，利润空间将更大。

Claims (10)

1.一种制备木塑复合材料的方法，包括：
将废旧聚氯乙烯电缆料粉碎，从而得到粉碎料；
将所述粉碎料、木粉、纯聚氯乙烯以及任选的添加剂均匀混合，从而得到混合料；
利用挤出机将所述混合料混炼成型，
其中，聚氯乙烯与所述木粉与的混合比例为20-46，所述挤出机的机筒温度为160-185℃，并且所述挤出机的主机转速为17-30r/min。
2.根据权利要求1所述的制备木塑复合材料的方法，其中所述添加剂选自偶联剂、改性剂、稳定剂、抗氧化剂和/或润滑剂。
3.根据权利要求2所述的制备木塑复合材料的方法，其中所述偶联剂选自稀土铝酸酯偶联剂。
4.根据权利要求2所述的制备木塑复合材料的方法，其中所述稳定剂选自钙锌复合稳定剂，并且所述润滑剂选自硬脂酸镁。
5.根据权利要求2所述的制备木塑复合材料的方法，其中所述改性剂选自ACR-201。
6.根据权利要求1所述的制备木塑复合材料的方法，其中所述挤出机选自单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、同向旋转平行双螺杆挤出机或异向旋转平行双螺杆挤出机。
7.根据权利要求1所述的制备木塑复合材料的方法，其中聚氯乙烯与所述木粉的混合比例为26.77，所述挤出机的机筒温度为171℃，并且所述挤出机的主机转速为25r/min。
8.根据权利要求1所述的制备木塑复合材料的方法，其中聚氯乙烯与所述木粉的混合比例为24.73，所述挤出机的机筒温度为172℃，并且所述挤出机的主机转速为25r/min。
9.根据权利要求1所述的制备木塑复合材料的方法，其中所述废旧聚氯乙烯电缆料为废旧聚氯乙烯外皮。
10.根据权利要求1所述的制备木塑复合材料的方法，其中所述木粉为经钛酸酯偶联剂处理的木粉和/或丙烯酸酯表面接枝的木粉。
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