CN106700592A - 生物质纤维填充塑料合金复合材料及其制备方法 - Google Patents

生物质纤维填充塑料合金复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种生物质纤维填充塑料合金复合材料及其制备方法，属于木塑复合材料及其制备方法的技术领域。其目的是为了解决现有木塑复合材料强度低和工程塑料基木塑复合材料加工困难、成本高的问题。该木塑复合材料包括改性植物材料、通用塑料、工程塑料、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料；所述改性植物材料为经改性剂改性的植物材料。其制备方法为：一、将植物材料进行改性处理，二、将改性的植物材料与工程塑料、通用塑料、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料混合，三、将混合物通过双螺杆熔融共混，四、将共混料挤出成型、注塑成型或热压成型；或将改性剂固体直接与其他固体混合进行上述二、三和四步骤的操作。

Description

生物质纤维填充塑料合金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及其制备方法的技术领域。
背景技术
木塑复合材料是指采用植物纤维粉和热塑性塑料(含回收塑料)，经熔融混炼加工制成的绿色环保材料。它兼具木质纤维材料和高分子材料两者的性能优点，即尺寸稳定性好、耐水性能好、耐腐蚀性等，因此被作为实木材料或纯塑料的替代品而广泛应用于建筑产品、汽车、园林及室外设施等领域，发展迅速。但是由于植物纤维的热降解温度较低，导致木塑复合材料的加工温度受到限制。目前，木塑复合材料的基体材料以聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等低熔点的通用性塑料为主，导致木塑产品性能不高，存在韧性差，蠕变等问题。
生物质纤维主要是由纤维素、半纤维素和木质素三种高分子化合物组成。当温度超过200℃时，植物纤维开始发热降解，特别是生物质纤维中的木质素和半纤维素发生降解的情况更为严重，导致生物质纤维炭化变黑，自身强度降低。
工程塑料是具有较高力学性能及耐高温、耐腐蚀，可以作为结构性材料，具有优异的综合性能(如机械性能、电性能、耐热性能、耐化学性能等)，可在较宽阔的温度范围内和较长的时间内能良好地保持这种性能，并能在承受机械应力和较为苛刻的化学、物理环境中长期使用。但是，工程塑料的熔点较高，一般均超过220℃。植物纤维的降解温度低于工程塑料的熔融温度，两者加工温度不匹配导致通用塑料和工程塑料共混基木塑复合材料难以制备。
发明内容
本发明的目的是为了现有木塑复合材料强度低、抗蠕变差和工程塑料基木塑复合材料加工困难，成本高的问题，而提供了一种通用塑料与工程塑料共混的木塑复合材料及其制备方法。
本发明的生物质纤维填充塑料合金复合材料包括改性植物材料、通用塑料、工程塑料、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料；所述改性植物材料为经改性剂改性的植物材料。
按重量份数改性植物材料为10～100份，通用塑料为15～70份，工程塑料为5～30份，偶联剂或界面相容剂为0～20份，润滑剂为0～15份，热稳定剂为0～15份和0～10份的矿物质填料。
所述通用塑料为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚氯乙烯中的一种或几种的混合物；所述工程塑料为聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、热塑性聚酯中的一种或几种的混合物；所述的偶联剂为硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、马来酸酐、马来酸酐接枝聚烯烃、异氰酸酯中的一种或几种的混合物；所述的润滑剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、石蜡、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或几种的混合物；所述的热稳定剂是二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、马来酸二烷基锡、双(马来酸单丁酯)二丁基锡、马来酸二辛基锡、二辛基锡双(巯基乙酸异丁酯)、二辛基锡双(巯基乙酸异辛酯)中的一种或几种的混合物；所述的矿物质填料为碳酸钙粉、硅酸钙粉、滑石粉、热粉煤灰中的一种或几种的混合物。
所述改性剂为硼酸、可溶性硼酸盐、硅酸和可溶性硅酸盐中的一种或几种的混合物。
所述植物材料为木材、稻壳、竹材、麻、秸秆、咖啡壳、果壳中的一种或几种的混合物。
所述改性剂的重量占改性剂与植物材料总重量的0.1％～50％。
所述改性剂改性植物材料的温度为50℃～250℃。
本发明的生物质纤维填充塑料合金复合材料的制备方法按以下步骤进行：
一、首先配置改性剂溶液，然后将植物材料制成纤维状或粉状，并和改性剂溶液均匀混合，得混合物，再将混合物烘干，得改性植物材料；
二、将步骤一制备的改性植物材料与通用塑料、工程塑料、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料混合均匀，得到混合物；
三、将步骤二得到的混合物通过双螺杆熔融共混，得共混料，加工温度为180℃～300℃；
四、将共混料加入挤出机中挤出成型、经注塑机注塑成型或经热压机热压成型，得到生物质纤维填充塑料合金复合材料；
或者该制备方法按以下步骤进行：
一、采用高混机将改性剂固体、制成纤维状或粉状的植物材料与通用塑料、工程塑料、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料均匀混合，得到混合物；
二、将得到的混合物通过双螺杆熔融共混，得共混料，加工温度为180℃～300℃；
三、将共混料加入挤出机中挤出成型、经注塑机注塑成型或经热压机热压成型，得到生物质纤维填充塑料合金复合材料。
所述将共混料加入挤出机中挤出成型、经注塑机注塑成型或经热压机热压成型的温度为180℃～300℃。
本发明所述的塑料合金是工程塑料和通用塑料的共混物
本发明相对于现有技术的优点在于：
相对于目前市场上的木塑复合材料生物质纤维填充塑料合金复合材料具有更高的力学强度和模量，提高了木塑复合材料的力学性能，从而扩大了木塑复合材料的应用领域。通过改性处理植物材料赋予了复合材料防腐阻燃功能，且通过与塑料的复合提高了改性剂的抗流失性。同时，相比于工程塑料基木塑复合材料其成本降低，加工性能得到改善。此外，塑料合金具有比单一种类塑料更高的物理力学性质，进一步提高了复合材料的物理力学性能。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。在不偏离本发明的内容和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
具体实施方式一：本实施方式的生物质纤维填充塑料合金复合材料包括改性植物材料、通用塑料、工程塑料、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料；所述改性植物材料为经改性剂改性的植物材料。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，按重量份数改性植物材料为10～100份，通用塑料为15～70份，工程塑料为5～30份，偶联剂或界面相容剂为0～20份，润滑剂为0～15份，热稳定剂为0～15份和0～10份的矿物质填料。其他步骤与参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述通用塑料为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚氯乙烯中的一种或几种的混合物；所述工程塑料为聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、热塑性聚酯中的一种或几种的混合物；所述的偶联剂为硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、马来酸酐、马来酸酐接枝聚烯烃、异氰酸酯中的一种或几种的混合物；所述的润滑剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、石蜡、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或几种的混合物；所述的热稳定剂是二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、马来酸二烷基锡、双(马来酸单丁酯)二丁基锡、马来酸二辛基锡、二辛基锡双(巯基乙酸异丁酯)、二辛基锡双(巯基乙酸异辛酯)中的一种或几种的混合物；所述的矿物质填料为碳酸钙粉、硅酸钙粉、滑石粉、热粉煤灰中的一种或几种的混合物。其他步骤与参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述改性剂包括硼酸、可溶性硼酸盐、硅酸和可溶性硅酸盐中的一种或几种的混合物。其他步骤与参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述植物材料为木材、稻壳、竹材、麻、秸秆、咖啡壳、果壳中的一种或几种的混合物。其他步骤与参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述改性剂的重量占改性剂与植物材料总重量的0.1％～50％。其他步骤与参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述改性剂改性植物材料的温度为50℃～250℃。其他步骤与参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本发明的生物质纤维填充塑料合金复合材料及其制备方法按以下步骤进行：
一、首先配置改性剂溶液，然后将植物材料制成纤维状或粉状，并和改性剂溶液均匀混合，得混合物，再将混合物烘干，得改性的植物材料；
二、将步骤一制备的植物材料与通用塑料、工程塑料、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料混合均匀，得到混合物；
三、将步骤二得到的混合物通过双螺杆熔融共混，得共混料，加工温度为180℃～300℃；
四、将共混料加入挤出机中挤出成型、经注塑机注塑成型或经热压机热压成型，得到生物质纤维填充塑料合金复合材料；
或者该制备方法按以下步骤进行：
一、采用高混机将改性剂固体、制成纤维状或粉状的植物材料与通用塑料、工程塑料、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料均匀混合，得到混合物；
二、将得到的混合物通过双螺杆熔融共混，得共混料，加工温度为180℃～300℃；
三、将共混料加入挤出机中挤出成型、经注塑机注塑成型或经热压机热压成型，得到高温成型的木塑复合材料。
所述将共混料加入挤出机中挤出成型、经注塑机注塑成型或经热压机热压成型的温度为180℃～300℃。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是，按重量份数改性植物材料为10～100份，通用塑料为15～70份，工程塑料为5～30份，偶联剂或界面相容剂为0～20份，润滑剂为0～15份，热稳定剂为0～15份和0～10份的矿物质填料。其他步骤与参数与具体实施方式八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式八不同的是，所述将共混料加入挤出机中挤出成型、经注塑机注塑成型或经热压机热压成型的温度为180℃～300℃。其他步骤与参数与具体实施方式八相同。
实施例1
本实施例的生物质纤维填充塑料合金复合材料及其制备方法按以下步骤进行：
一、首先配置硼酸、硅酸钠混合溶液，然后将木粉和混合溶液均匀混合，得混合物，再将混合物烘干，得改性木粉；所述硼酸和硅酸钠的重量占木粉和硼酸、硅酸钠总重量的12％。
二、将步骤一制备的木粉原料50份与聚酰胺20份、聚乙烯20份、硅烷偶联剂5份、聚乙烯蜡2份、二月桂酸二丁基锡2份和碳酸钙粉1份混合均匀，得到混合物；
三、将步骤二得到的混合物通过双螺杆熔融共混，得共混料，加工温度为240℃；
四、将共混料经注塑机注塑成型，注塑温度为240℃，得到高温成型的木塑复合材料。
通过本实施例制备得到了聚酰胺/聚乙烯合金基木塑复合材料。
实施例2
本实施例的通用塑料与工程塑料共混的木塑复合材料的制备方法按以下步骤进行：
一、采用高混机将硼酸固体10份、木粉原料55份与聚碳酸酯10份、ABS 20份、硅烷偶联剂3份、聚乙烯蜡2份混合均匀，得到混合物；
二、将得到的混合物通过双螺杆熔融共混，得共混料，加工温度为240℃；
三、将共混料经注塑机注塑成型，注塑温度为240℃，得到高温成型的木塑复合材料。
通过本实施例制备得到了PC/ABS合金基木塑复合材料。

Claims (10)

1.一种生物质纤维填充塑料合金复合材料，其特征在于：该木塑复合材料包括改性植物材料、通用塑料、工程塑料、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料；所述改性植物材料为经改性剂改性的植物材料。
2.根据权利要求1所述的一种生物质纤维填充塑料合金复合材料，其特征在于：按重量份数改性植物材料为10～100份，通用塑料为15～70份，工程塑料为5～30份，偶联剂或界面相容剂为0.1～20份，润滑剂为0.5～15份，热稳定剂为0～15份和0～10份的矿物质填料。
3.根据权利要求1或2所述的一种生物质纤维填充塑料合金复合材料，其特征在于：所述通用塑料为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚氯乙烯中的一种或几种的混合物；所述工程塑料为聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、热塑性聚酯中的一种或几种的混合物；所述的偶联剂为硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、马来酸酐、马来酸酐接枝聚烯烃、异氰酸酯中的一种或几种的混合物；所述的润滑剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、石蜡、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或几种的混合物；所述的热稳定剂是二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、马来酸二烷基锡、双(马来酸单丁酯)二丁基锡、马来酸二辛基锡、二辛基锡双(巯基乙酸异丁酯)、二辛基锡双(巯基乙酸异辛酯)中的一种或几种的混合物；所述的矿物质填料为碳酸钙粉、硅酸钙粉、滑石粉、热粉煤灰中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1或2所述的一种通用塑料与工程塑料共混的木塑复合材料，其特征在于：所述改性剂包括硼酸、可溶性硼酸盐、硅酸和可溶性硅酸盐中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1或2所述的一种生物质纤维填充塑料合金复合材料，其特征在于：所述植物材料为木材、稻壳、竹材、麻、秸秆、咖啡壳、果壳中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1或2所述的一种生物质纤维填充塑料合金复合材料，其特征在于：所述改性剂的重量占改性剂与植物材料总重量的0.1％～50％。
7.根据权利要求1或2所述的一种生物质纤维填充塑料合金复合材料，其特征在于：所述改性剂改性植物材料的温度为50℃～250℃。
8.如权利要求1所述的一种生物质纤维填充塑料合金复合材料的制备方法，其特征在于：该制备方法按以下步骤进行：
一、首先配置改性剂溶液，然后将植物材料制成纤维状或粉状，并和改性剂溶液均匀混合，得混合物，再将混合物烘干，得改性的植物材料；
二、将步骤一制备的植物材料与通用塑料、工程塑料、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料混合均匀，得到混合物；
三、将步骤二得到的混合物通过双螺杆熔融共混，得共混料，加工温度为180℃～300℃；
四、将共混料加入挤出机中挤出成型、经注塑机注塑成型或经热压机热压成型，得到高温成型的木塑复合材料；
或者该制备方法按以下步骤进行：
一、采用高混机将改性剂固体、制成纤维状或粉状的植物材料与通用塑料、工程塑料、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料均匀混合，得到混合物；
二、将得到的混合物通过双螺杆熔融共混，得共混料，加工温度为180℃～300℃；
三、将共混料加入挤出机中挤出成型、经注塑机注塑成型或经热压机热压成型，得到高温成型的木塑复合材料。
9.根据权利要求7或8所述的一种生物质纤维填充塑料合金复合材料的备方法，其特征在于：按重量份数改性植物材料为10～100份，通用塑料为15～70份，工程塑料为5～30份，偶联剂或界面相容剂为0.1～20份，润滑剂为0.5～15份，热稳定剂为0～15份和0～10份的矿物质填料。
10.根据权利要求7或8所述的一种生物质纤维填充塑料合金复合材料的备方法，其特征在于：所述将共混料加入挤出机中挤出成型、经注塑机注塑成型或经热压机热压成型的温度为180℃～300℃。
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