CN107011692A - 耐低温双层复合塑木材料内层芯体组分的原料、塑木材料及制备方法 - Google Patents

耐低温双层复合塑木材料内层芯体组分的原料、塑木材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐低温双层复合塑木材料内层芯体组分的原料、塑木材料及制备方法，所述内层芯体组分的原料包括：酯化改性植物纤维，己二酸庚基壬基酯，聚乙烯－丙烯酸酯，聚氯乙烯，抗氧剂264，邻苯二甲酸二辛酯，纳米二氧化钛和二辛基锡。本发明的双层复合塑木材料具有良好的耐低温性能，同时，双层复合塑木材料的外层与内层芯体之间结合力较强，能够有效避免外层从内层芯体上剥离。而且，本发明提供的制备双层复合塑木材料的方法具有制备原料易得，工序简单和便于操作的优点。

Description

耐低温双层复合塑木材料内层芯体组分的原料、塑木材料及 制备方法
技术领域
本发明涉及双层复合塑木，具体地，涉及耐低温双层复合塑木材料内层芯体组分的原料、塑木材料及制备方法。
背景技术
塑木材料是当今世界上许多国家逐步推广应用的新型材料，塑木复合材料的原料可采用各种树脂如废旧塑料等，与废木料及农作物的剩余物，因此塑木复合材料的研制和广泛应用，有助于减缓塑料废弃物的污染，也有助于减少农业废弃物焚烧给环境带来的污染。并且，塑木复合材料的生产和使用，不会向周围环境散发危害人类健康的挥发物，材料本身还可回收利用，是一种全新的绿色环保产品，也是一种生态洁净的复合材料。
但是，因植物纤维和树脂基体间的相容性很差，塑木的芯体的耐低温性能不理想，限制了塑木材料的应用范围及应用效果，由此，改进塑木材料芯体，对塑木材料芯体赋予赋予良好的耐低温性能，进而提高塑木整体的耐低温性能，是人们研究的方向之一，但是，芯体与外层之间容易在使用环境中发生剥离。
因此，发明一种能够使塑木材料具有良好耐低温性能的内层芯体，同时保证外层与内层芯体之间具有较好的结合能力，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐低温双层复合塑木材料内层芯体组分的原料、复合塑木材料及制备方法，该内层芯体组分的原料使内层芯体及具有该内层芯体的复合塑木材料具有良好的耐低温性能，同时，该内层芯体与塑木材料的外层之间具有良好的结合能力，另外，制备该耐低温双层复合塑木材料的方法还具有制备原料易得，工序简单和便于操作的优点。
为了实现上述目的，本发明提供了一种耐低温双层复合塑木材料内层芯体组分的原料，所述内层芯体组分的原料包括：酯化改性植物纤维，己二酸庚基壬基酯，聚乙烯－丙烯酸酯，聚氯乙烯，抗氧剂264，邻苯二甲酸二辛酯，纳米二氧化钛和二辛基锡。
本发明还提供了一种耐低温双层复合塑木材料，该塑木材料包括内层芯体和包裹所述内层芯体的外层，所述内层芯体为通过将前文所述的内层芯体组分的原料混合接触得到。
不仅如此，本发明还提供一种制备前文所述的塑木材料的方法，包括以下步骤：1)将前文所述内层芯体组分的原料混合接触得到内层芯体组合物M1；2)将外层组分的原料混合接触得到外层组合物M2；3)将上述M1和M2共挤。
在上述技术方案中，本发明通过控制双层复合塑木材料内层芯体组分的原料，包括：酯化改性植物纤维，己二酸庚基壬基酯，聚乙烯－丙烯酸酯，聚氯乙烯，抗氧剂264，邻苯二甲酸二辛酯，纳米二氧化钛，二辛基锡。在各原料的协同作用下，使塑木材料内层芯体具有良好的耐低温性能，进而使所得的双层复合塑木材料具有良好的耐低温性能，同时，双层复合塑木材料的内层芯体与外层之间结合力较强，能够有效避免外层从内层芯体上剥离。而且，本发明提供的制备双层复合塑木材料的方法具有制备原料易得，工序简单和便于操作的优点。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
为了实现上述目的，一种耐低温双层复合塑木材料内层芯体组分的原料，所述内层芯体组分的原料包括：酯化改性植物纤维，己二酸庚基壬基酯，聚乙烯－丙烯酸酯，聚氯乙烯，抗氧剂264，邻苯二甲酸二辛酯，纳米二氧化钛和二辛基锡。
在上述技术方案中，本发明通过控制双层复合塑木材料内层芯体组分的原料，包括：酯化改性植物纤维，己二酸庚基壬基酯，聚乙烯－丙烯酸酯，聚氯乙烯，抗氧剂264，邻苯二甲酸二辛酯，纳米二氧化钛，二辛基锡。在各原料的协同作用下，使塑木材料内层芯体具有良好的耐低温性能，进而使所得的双层复合塑木材料具有良好的耐低温性能，同时，双层复合塑木材料的内层芯体与外层之间结合力较强，能够有效避免外层从内层芯体上剥离。
本发明中，酯化植物纤维可以采用多种类型的酯化植物纤维，例如无机酸酯化植物纤维，有机酸、酸酐、酰基氯酯化植物纤维等均可实现本发明。酯化植物纤维可以是酯化的常规植物纤维，如酯化木粉、酯化竹粉、酯化秸秆纤维等。另外，常规纳米二氧化钛如平均粒径为200nm、300nm、100nm以下的纳米二氧化钛均可实现本发明。在本发明中聚乙烯－丙烯酸酯可以有多种选择，例如可以是常见的聚醋酸乙烯-丙烯酸丁酯、聚苯乙烯-丙烯酸丁酯、聚乙烯-丙烯酸乙酯、聚醋酸乙烯-丙烯酸甲酯等，在本发明的实施例中，选择聚乙烯-丙烯酸甲酯进行说明。在本发明中，聚氯乙烯的分子量可以在较宽范围内选择，均可实现本发明，在本发明的实施例中，选择数均分子量为60000的聚氯乙烯进行说明。
本发明中内层芯体各组分的含量可以在较宽的范围内选择，为了使所得的双层复合塑木材料具有更好的耐低温性能，同时双层复合塑木材料的外层与内层芯体之间结合力较强，优选地，内层芯体组分的原料，以重量份计，相对于100重量份的酯化改性植物纤维，己二酸庚基壬基酯15-25份，聚乙烯－丙烯酸酯35-55份，聚氯乙烯10-18份，抗氧剂264 8-15份，邻苯二甲酸二辛酯8-12份，纳米二氧化钛5-8份和二辛基锡8-13份。
本发明中，酯化植物纤维可以采用多种类型的酯化植物纤维，例如无机酸酯化植物纤维，有机酸、酸酐、酰基氯酯化植物纤维等，为了提高酯化植物纤维与其他原料的相容性及协同作用，提高内层芯体的耐低温性能，优选地，所述酯化改性植物纤维为马来酸酐酯化植物纤维，其酯化度为220-250。
本发明中，所述酯化改性植物纤维可以有多种选择，优选为酯化改性的木粉、竹粉、秸秆粉、麦秆粉中的一种或多种。
此外，本发明还提供一种耐低温双层复合塑木材料，该塑木材料包括内层芯体和包裹所述内层芯体的外层，所述内层芯体为通过将前文所述的内层芯体组分的原料混合接触得到。
在上述技术方案中，本发明通过控制双层复合塑木材料外层用组合物的组分及原料配比，在各原料的协同作用下，使所得的双层复合塑木材料具有良好的耐低温性能，同时，双层复合塑木材料的外层与内层芯体之间结合力较强，能够有效避免外层从内层芯体上剥离。
在本发明中，外层有多种方式设置于内层芯体的表面如共挤、膜压等，为了提高外层和内层芯体的结合性能，避免塑木材料在使用过程中外层从内层芯体表面发生剥离，优选地，塑木材料还包括位于外层和内层芯体之间的结合层，所述结合层的组分包括所述外层的组分、内层芯体的组分和交联剂。
在本发明中，结合层的组分及配方可以在多种范围内选择，为了使内层芯体和外层之间具有良好的结合性能，优选地，以结合层的组分总重量为100％计，外层的组分占40-60％，内层芯体的组分占25％-35％，交联剂占15-25％。
交联剂可以有多种选择，只要能与内层芯体组分和外层组分发挥协同作用，在二者之间形成结合层即可，更进一步地，交联剂为二丙烯酸-1，4-丁二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯和丙烯酸丁酯的一种或多种，在本发明的实施例中，选择二丙烯酸-1，4-丁二醇酯进行说明。
在本发明中，外层组分的组合物可以是常规配方，为了提高塑木材料的耐低温性，同时使外层与内层芯体具有较高的结合性能，优选地，所述外层组分的原料中含有过氧化苯甲酰、189#不饱和聚酯树脂、丙烯酸甲酯、对苯二甲酸、乙基三甲氧基硅烷、过氧化环己酮二丁酯和纳米二氧化钛。
在本发明中外层组分的原料可以在较宽的范围内选择，为了使外层具有较好的耐低温性能同时与内层芯体具有较好的结合性能，进一步提高双层塑木材料的耐低温性能，更进一步地，所述外层组分的原料包括：以重量份计，相对于100重量份的189#不饱和聚酯树脂，过氧化苯甲酰8-15份，丙烯酸甲酯60-75份，对苯二甲酸20-30份，乙基三甲氧基硅烷8-15份，过氧化环己酮二丁酯60-75份和纳米二氧化钛12-18份。
本发明还提供一种制备前文所述的塑木材料的方法，包括以下步骤：1)将前文所述内层芯体组分的原料混合接触得到内层芯体组合物M1；2)将外层组分的原料混合接触得到外层组合物M2；3)将上述M1和M2共挤。
在上述技术方案中，制备该耐低温双层复合塑木材料的方法具有制备原料易得，工序简单和便于操作的优点。
在本发明中，制备条件包括制备内层芯体的工艺、制备外层的工艺可以是本领域的常规工艺技术。为了使内层芯体与外层能够结合的更好，同时为了使塑木材料整体具有更好的耐低温性能，优选地，在步骤1)中，混合温度为90-100℃，混合时间为3-10min。
在本发明中，制备条件包括制备芯体的工艺、制备外层的工艺可以是本领域的常规工艺技术。为了使芯体与外层能够结合的更好，同时为了使塑木材料整体具有更好的抗弯曲性能，优选地，在步骤3)中，共挤温度为140-180℃。
在本发明中外层组分的组合物可以在较宽的范围内选择，为了使外层具有较好的耐低温性能同时与内层芯体具有较好的结合性能，进一步提高双层塑木材料的耐低温性能，更进一步地，外层组分的原料优选为前文所述的外层组分的原料。
同时，在本发明中，为了提高外层和内层芯体的结合性能，避免塑木材料在使用过程中外层从内层芯体表面发生剥离，优选地，该方法包括以下步骤:1)将内层芯体组合物M1挤出，得到M4；2)将内层芯体M4涂覆交联剂获得M5；3)将外层组合物M2挤出并包覆M5表面，冷却，晾干。上述技术方案通过在内层芯体M1表面先涂覆交联剂，之后再将外层组分的组合物M2挤出包裹之上，使得交联剂能够同时与内层芯体的组分和外层组分发生协同作用，在内层芯体与外层之间形成结合层，从而提高了外层与内层芯体的结合性能，同时，该结合层也具有很好的耐低温性，从而进一步提高了塑木材料的耐低温性。
在本发明中，为了提高交联剂与内层芯体组分和外层组分的协同效果，优选地，其中步骤2)与步骤3)的时间间隔不超过1min。
在本发明中，为了提高交联剂与芯体组分和外层组分的协同效果，优选地，其中，步骤1)中的挤出温度为140-180℃。
在本发明中，为了提高交联剂与芯体组分和外层组分的协同效果，优选地，其中，步骤3)中的挤出温度为140-180℃。
在本发明中，交联剂可以有多种选择，只要能与内层芯体组分和外层组分发挥协同作用，在二者之间形成结合层即可，更进一步地，交联剂为二丙烯酸-1，4-丁二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、丙烯酸丁酯的一种或多种。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，低温落锤冲击的检测是通过GB/T 24508-2009的标准进行的，抗冻融性的检测是通过GB/T 24508-2009的标准进行的，表面胶合强度的检测是通过GB/T15102-2006的标准进行的。
植物纤维为粒径为60目的木粉，含水量为5％，购自南京桥盛办公家具有限公司的产品；聚乙烯-丙烯酸甲酯为硬度(Shore A)45～90的聚乙烯-丙烯酸甲酯(AEM)混炼胶，购自台州立信橡胶科技有限公司；聚氯乙烯为数均分子量在60000的聚氯乙烯；纳米二氧化钛的平均粒径为90nm的纳米二氧化钛；其余原料为常规市售品。
酯化改性植物纤维的制备例：
第一步：将10重量份的木粉置于耐酸容器，加入50重量份的乙酸，在室温下浸泡0.5天；
第二步：将步骤一中浸泡活化后的木粉和5重量份的马来酸酐、0.1重量份的98wt％的浓硫酸混合，加热至60℃，搅拌反应1.5h；
第三步：将步骤二中得到的产物自然冷却至室温，加入适量的水洗涤产物至弱酸性，在80℃条件下真空干燥2h即得最终的酯化改性木粉，酯化度平均为240。
实施例1
步骤一：准备内层芯体组分的原料，称取：100kg酯化改性木粉，己二酸庚基壬基酯15kg，聚乙烯－丙烯酸甲酯35kg，聚氯乙烯10kg，抗氧剂2648kg，邻苯二甲酸二辛酯8kg，纳米二氧化钛5kg，二辛基锡8kg，将上述原料进行混合，混合温度为100℃，混合时间为10min，得到内层芯体组合物M1；
步骤二：准备外层组分的原料：相对于10kg 189#不饱和聚酯树脂，过氧化苯甲酰1.5kg，丙烯酸甲酯7.5kg，对苯二甲酸3kg，乙基三甲氧基硅烷1.5kg，过氧化环己酮二丁酯7.5kg，纳米二氧化钛1.8kg，将上述原料进行混合，得到外层组合物M2；
步骤三：将上述M1和M2在双螺杆共挤机中挤出，共挤温度为140℃，制得耐低温双层复合塑木材料A1，该木塑复合材料的性能参数见表1。
实施例2
步骤一：准备内层芯体组分的原料，称取：100kg酯化改性木粉，己二酸庚基壬基酯25kg，聚乙烯－丙烯酸甲酯55kg，聚氯乙烯18kg，抗氧剂26415kg，邻苯二甲酸二辛酯12kg，纳米二氧化钛8kg，二辛基锡13kg，将上述原料进行混合，混合温度为90℃，混合时间为3min，混合得到内层芯体组合物M1；
步骤二：准备外层组分的原料：相对于10kg 189#不饱和聚酯树脂，过氧化苯甲酰1.5kg，丙烯酸甲酯7.5kg，对苯二甲酸3kg，乙基三甲氧基硅烷1.5kg，过氧化环己酮二丁酯7.5kg，纳米二氧化钛1.8kg，将上述原料进行混合，得到外层组合物M2；
步骤三：将上述M1和M2在双螺杆共挤机中挤出，共挤温度为180℃，制得耐低温双层复合塑木材料A2，该木塑复合材料的性能参数见表1。
实施例3
步骤一：准备内层芯体组分的原料，称取：100kg酯化改性木粉，己二酸庚基壬基酯20kg，聚乙烯－丙烯酸甲酯45kg，聚氯乙烯14kg，抗氧剂26411kg、邻苯二甲酸二辛酯10kg、纳米二氧化钛6.5kg、二辛基锡11kg，将上述原料进行混合，混合温度为95℃，混合时间为6.5min，混合得到内层芯体组合物M1；
步骤二：准备外层组分的原料：相对于10kg 189#不饱和聚酯树脂，过氧化苯甲酰1.5kg，丙烯酸甲酯7.5kg，对苯二甲酸3kg，乙基三甲氧基硅烷1.5kg，过氧化环己酮二丁酯7.5kg，纳米二氧化钛1.8kg，将上述原料进行混合，得到外层组合物M2；
步骤三：将上述M1和M2在双螺杆共挤机中挤出，共挤温度为160℃，制得耐低温双层复合塑木材料A3，该木塑复合材料的性能参数见表1。
实施例4
按照实施例3的方法进行制备内层芯体和外层组分的组合物，不同的是，在内层芯体表面涂覆10kg二丙烯酸-1，4-丁二醇酯，涂覆温度为160℃，其中，涂覆过二丙烯酸-1，4-丁二醇酯与涂覆外层组分的组合物之间的时间间隔为30s，然后冷却，晾干，制得耐低温双层复合塑木材料A4，该木塑复合材料的性能参数见表1。
对比例1
按照实施例3的方法制备塑木材料B1，不同的是步骤1中不添加酯化改性木粉，而选用非改性的木粉。结果如表1所示。
对比例2
按照实施例3的方法制备塑木材料B2，不同的是步骤1中不添加己二酸庚基壬基酯。结果如表1所示。
对比例3
按照实施例3的方法制备塑木材料B3，不同的是步骤1中不添加聚乙烯－丙烯酸甲酯。结果如表1所示。
对比例4
按照实施例3的方法制备塑木材料B4，不同的是步骤1中不添加聚氯乙烯。结果如表1所示。
对比例5
按照实施例3的方法制备塑木材料B5，不同的是步骤1中不添加抗氧剂264。结果如表1所示。
对比例6
按照实施例3的方法制备塑木材料B6，不同的是步骤1中不添加邻苯二甲酸二辛酯。结果如表1所示。
对比例7
按照实施例3的方法制备塑木材料B7，不同的是步骤1中不添加纳米二氧化钛。结果如表1所示。
对比例8
按照实施例3的方法制备塑木材料B8，不同的是步骤1中不添加二辛基锡。结果如表1所示。
表1
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种耐低温双层复合塑木材料内层芯体组分的原料，其特征在于，所述内层芯体组分的原料包括：酯化改性植物纤维，己二酸庚基壬基酯，聚乙烯－丙烯酸酯，聚氯乙烯，抗氧剂264，邻苯二甲酸二辛酯，纳米二氧化钛和二辛基锡。
2.根据权利要求1所述的内层芯体组分的原料，其中，以重量份计，相对于100重量份的酯化改性植物纤维，己二酸庚基壬基酯15-25份，聚乙烯－丙烯酸酯35-55份，聚氯乙烯10-18份，抗氧剂264 8-15份，邻苯二甲酸二辛酯8-12份，纳米二氧化钛5-8份和二辛基锡8-13份。
3.根据权利要求1所述的内层芯体组分的原料，其中，所述酯化改性植物纤维为马来酸酐酯化植物纤维，其酯化度为220-250；
其中，所述酯化改性植物纤维优选为酯化改性的木粉、竹粉、秸秆粉、麦秆粉中的一种或多种。
4.一种耐低温双层复合塑木材料，该塑木材料包括内层芯体和包裹所述内层芯体的外层，其特征在于，所述内层芯体为通过将权利要求1-3中任一权利要求所述的内层芯体组分的原料混合接触得到。
5.根据权利要求4所述的塑木材料，其中，所述塑木材料还包括位于外层和内层芯体之间的结合层，所述结合层的组分包括外层的组分、内层芯体的组分和交联剂。
6.根据权利要求5所述的塑木材料，其中，以结合层的组分总重量为100％计，外层的组分占40-60％，内层芯体的组分占25％-35％，交联剂占15-25％；
其中，交联剂优选为二丙烯酸-1，4-丁二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯和丙烯酸丁酯的一种或多种。
7.根据权利要求4-6中任一权利要求所述的塑木材料，其中，所述外层组分的原料中含有过氧化苯甲酰、189#不饱和聚酯树脂、丙烯酸甲酯、对苯二甲酸、乙基三甲氧基硅烷、过氧化环己酮二丁酯和纳米二氧化钛；
优选地，所述外层组分的原料包括：以重量份计，相对于100重量份的189#不饱和聚酯树脂，过氧化苯甲酰8-15份，丙烯酸甲酯60-75份，对苯二甲酸20-30份，乙基三甲氧基硅烷8-15份，过氧化环己酮二丁酯60-75份和纳米二氧化钛12-18份。
8.一种制备权利要求4-7中任意一项所述的塑木材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将权利要求1-3中任一所述内层芯体组分的原料混合接触得到内层芯体组合物M1；
2)将外层组分的原料混合接触得到外层组合物M2；
3)将上述M1和M2共挤。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在步骤1)中，混合温度为90-100℃，混合时间为3-10min；在步骤3)中，共挤温度为140-180℃；
其中，外层组分的原料优选为权利要求7中所述的外层组分的原料。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，该方法包括以下步骤：
1)将内层芯体组合物M1挤出，得到M4；
2)将内层芯体M4涂覆交联剂获得M5；
3)将外层组合物M2挤出并包覆M5表面，冷却，晾干；
其中，步骤2)与步骤3)的时间间隔不超过1min，步骤1)中的挤出温度为140-180℃，步骤3)中的挤出温度为140-180℃；
其中，所述交联剂二丙烯酸-1，4-丁二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、丙烯酸丁酯的一种或多种。
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