CN107586464A

CN107586464A - 一种高强度木塑复合材料的制备方法

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Publication number: CN107586464A
Application number: CN201710933594.5A
Authority: CN
Inventors: 吴迪; 刘蓉凤; 刘沁
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-10-10
Filing date: 2017-10-10
Publication date: 2018-01-16

Abstract

本发明公开了一种高强度木塑复合材料的制备方法，属于复合材料领域。本发明以红橡木块为基体，以氧化铝、二氧化锆、二氧化硅为填料，利用炭化进行造孔，通过偶联剂可以改善填料和基体的相容性，提高材料硬度及力学性能。同时采用球磨法降低红橡木粉的表面张力，由亲水变为疏水，从而减弱吸水性。改性玄武岩纤维过程中，明胶与聚二甲基硅烷之间发生了交联，贴合度更好。当温度上升时，一方面明胶能够与其形成更加致密的网状结构，另一方面，保留了部分本身的链状结构，故而强度也会增加。本发明解决了目前木塑复合材料本身的硬度差，长期使用可能发生弯曲，以及由于木纤维含大量的羟基，表面具有吸水性，导致木塑复合材料的力学强度下降的问题。

Description

一种高强度木塑复合材料的制备方法

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种高强度木塑复合材料的制备方法。

背景技术

木塑复合材料是国内外近年兴起的一类新型复合材料，指利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等热塑性塑料，代替树脂胶粘剂，与一定数量的木粉、稻壳、秸秆等废植物纤维混合而成的新型木质材料，再经挤压、模压、注射成型等塑料加工工艺，生产出的板材或型材，是天然木材的优良替代品。作为一种新型的复合材料，木塑复合材料除具有在环境保护和资源利用方面的重要意义外，其优势还表现在具有良好的综合性能和市场竞争力，如具有良好的力学性能、机械加工特性、环境适应性能、表面性能等特点。近年来，随着人们环境保护意识的增强，原料来源广泛、环境友好、可再生、可循环使用的木塑复合材料越来越受到人们的重视。木塑复合材料具有木材和塑料的双重特性，尺寸稳定性好，又能充分利用废弃的植物纤维和废旧塑料，减少环境污染，木塑复合材料可用作托盘、包装箱等包装材料，铺板、铺梁等仓储材料，房屋、地板、建筑模板等装修、装饰材料，公园、球场、街道等场合使用的露天桌椅、板凳等休闲材料，汽车内装饰材、管材等，已被广泛应用于多个领域，发展前景十分广阔，是近年来所有复合材料中需求增长最快的产品之一。目前针对木塑复合材料增强增韧的研究较多，主要有添加增强体(刚性粒子、增强纤维)、改善塑料基体的韧性(塑料改性处理)、使用相容剂改善生物质纤维与聚合物之间的界面相容性等。木质材料是一种极性材料而树酯（包括聚乙烯、聚丙烯、高密度聚丙烯和聚氯乙烯等）是一种非极性材料，与植物纤维的界面相容性很差，目前一般加入相容剂（如马来酸酐接枝PE）来改善界面相容性。相容剂含有极性基团（如酸酐基团、羧基）的大分子聚合物，其极性基团会与植物纤维表面的羟基发生酯化反应，相容剂的大分子链与热塑性塑料具有相当好的相容性，从而改善植物纤维与塑料的界面相容性。目前，木塑复合材料的生产工艺都是将相容剂、润滑剂、颜料等几乎所有原料同时加入高速混合机中混合均匀后直接用平行双螺杆挤出机塑化造粒，锥形双螺杆挤出机挤出成型，但是木塑复合材料其材料本身的硬度和载荷能力较木材差，长期使用可能发生弯曲，特别是悬空使用时，弯曲变形更容易发生并且木纤维与热塑性塑料进行复合时，由于木纤维含大量的羟基，表面具有一定的吸水性，吸水后，木塑复合材料的力学强度会急剧下降，从而影响了其使用效果。因此，生产出一种高强度的木塑复合材料刻不容缓。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前木塑复合材料本身的硬度差，长期使用可能发生弯曲，以及由于木纤维含大量的羟基，表面具有吸水性，导致木塑复合材料的力学强度下降的问题，提供一种高强度木塑复合材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：

一种高强度木塑复合材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：

（1）将木块放在温度100~105℃下进行干燥，得干燥后的木块，将干燥后的木块放入粉碎机中进行粉碎，得木粉，将木粉放置炭化炉中，在温度300~330℃下进行炭化，得炭化木粉，按质量比为5~6：1~2，将炭化木粉、表面活性剂进行球磨，收集球磨物；

（2）按重量份数计，取40~50份去离子水、25~30份球磨物、12~15份氧化铝、

5~10份二氧化锆、3~4份偶联剂、2~4份二氧化硅进行混合，加热，待冷却后，过滤，收集滤渣，备用；

（3）按质量比25~50：10~20：7~8，，将玄武岩纤维、竹纤维、十二烷基硫酸钠进行研磨，得研磨物，将研磨物放入炭化炉中，在氮气保护状态下，升温至180~200℃，保温2~3h后，待冷却后，收集炭化研磨物；

（4）按重量份数计，取50~60份水、40~45份炭化研磨物、20~30份滤渣、10~15明胶、7~8份聚二甲基硅烷、1~2份酒石酸放入容器中进行混合，加热搅拌，得混合物，按质量比1：3~4，将混合物、甲醇溶液进行混合，浸泡24~30h，得浸泡物，将浸泡物用去离子水洗涤2~3次，得洗涤后的浸泡物，即得高强度木塑复合材料。

所述步骤（1）中表面活性剂为十二烷基硫酸钠、聚乙二醇其中的任意一种。

所述步骤（2）中偶联剂是氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷其中的任意一种。

所述步骤（4）中加热温度为40~60℃，搅拌速度为250~300rpm。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明以木块为基体，以氧化铝、二氧化锆、二氧化硅为填料，先利用炭化进行造孔，使木粉具备吸附能力，并通过偶联剂可以改善填料和基体的相容性，增强两者界面间的结合作用，从而提高材料硬度及力学性能，加入表面活性剂与木粉充分接触，降低木粉的表面张力，提高基团活性，以及利用偶联剂的附着使木粉表面由极性变为非极性，表面由亲水变为疏水，从而减弱材料的吸水性能。

（2）本发明改性玄武岩纤维过程中，明胶与聚二甲基硅烷之间发生了交联，使得分子之间更加紧密，形成的薄膜硬度更高，使其高分子缠结作用减弱，裸露的羟基更多，因此贴合度更好，当温度上升时，一方面明胶能够与其形成更加致密的网状结构，另一方面，保留了部分本身的链状结构，故而强度也会增加。

（3）本发明在玄武岩纤维改性过程中，通过逐步升温，炭化后形成的炭骨架，在高温条件下，使玄武岩纤维与表面炭化骨架发生化学键合，有效提高强度，以及使骨架机械强度提高，避免骨架在固化过程中挤压破损，起到增韧作用。

具体实施方式

表面活性剂为十二烷基硫酸钠、聚乙二醇其中的任意一种。

偶联剂是氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷其中的任意一种。

一种高强度木塑复合材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

（1）将木块放在温度100~105℃下进行干燥，得干燥后的木块，将干

燥后的木块放入粉碎机中进行粉碎，得木粉，将木粉放置炭化炉中，在温度300~330℃下进行炭化，得炭化木粉，按质量比为5~6：1~2，将炭化木粉、表面活性剂进行球磨，收集球磨物；

5~10份二氧化锆、3~4份偶联剂、2~4份二氧化硅进行混合，加热至40~50℃，加热时间为1~2h，待冷却后，过滤，收集滤渣，备用；

（4）按重量份数计，取50~60份水、40~45份炭化研磨物、20~30份滤、10~15明胶、7~8份聚二甲基硅烷、1~2份催化剂份放入容器中进行混合，加热搅拌，加热温度为40~60℃，搅拌速度为250~300rpm，得混合物，按质量比1：3~4，将混合物、甲醇溶液进行混合，浸泡24~30h，得浸泡物，将浸泡物用去离子水洗涤2~3次，得洗涤后的浸泡物，即得高强度木塑复合材料。

实例1

表面活性剂为十二烷基硫酸钠。

偶联剂是氨丙基三乙氧基硅烷。

（1）将木块放在温度100℃下进行干燥，得干燥后的木块，将干燥后的木块放入粉碎机中进行粉碎，得木粉，将木粉放置炭化炉中，在温度300℃下进行炭化，得炭化木粉，按质量比为5：1，将炭化木粉、表面活性剂进行球磨，收集球磨物；

（2）按重量份数计，取40份去离子水、25份球磨物、12份氧化铝、5份二氧化锆、3份偶联剂、2份二氧化硅进行混合，加热至40℃，加热时间为1h，待冷却后，过滤，收集滤渣，备用；

（3）按质量比25：10：7，将玄武岩纤维、竹纤维、十二烷基硫酸钠进行研磨，得研磨物，将研磨物放入炭化炉中，在氮气保护状态下，升温至180℃，保温2h后，待冷却后，收集炭化研磨物；

（4）按重量份数计，取50份水、40份炭化研磨物、20份滤渣、10明胶、7份聚二甲基硅烷、1份催化剂份放入容器中进行混合，加热搅拌，加热温度为40℃，搅拌速度为250rpm，得混合物，按质量比1：3，将混合物、甲醇溶液进行混合，浸泡24h，得浸泡物，将浸泡物用去离子水洗涤2次，得洗涤后的浸泡物，即得高强度木塑复合材料。

实例2

表面活性剂为聚乙二醇。

偶联剂是乙烯基三乙氧基硅烷。

（1）将木块放在温度105℃下进行干燥，得干燥后的木块，将干燥后的木块放入粉碎机中进行粉碎，得木粉，将木粉放置炭化炉中，在温度330℃下进行炭化，得炭化木粉，按质量比为3：1，将炭化木粉、表面活性剂进行球磨，收集球磨物；

（2）按重量份数计，取50份去离子水、30份球磨物、15份氧化铝、10份二氧化锆、4份偶联剂、4份二氧化硅进行混合，加热至50℃，加热时间为2h，待冷却后，过滤，收集滤渣，备用；

（3）按质量比40：15：7.5，将玄武岩纤维、竹纤维、十二烷基硫酸钠进行研磨，得研磨物，将研磨物放入炭化炉中，在氮气保护状态下，升温至190℃，保温2.5h后，待冷却后，收集炭化研磨物；

（4）按重量份数计，取55份水、42份炭化研磨物、25份滤渣、12明胶、7份聚二甲基硅烷、1份催化剂份放入容器中进行混合，加热搅拌，加热温度为45℃，搅拌速度为280rpm，得混合物，按质量比1：3，将混合物、甲醇溶液进行混合，浸泡26h，得浸泡物，将浸泡物用去离子水洗涤2次，得洗涤后的浸泡物，即得高强度木塑复合材料。

实例3

表面活性剂为十二烷基硫酸钠。

偶联剂是乙烯基三甲氧基硅烷。

（1）将木块放在温度103℃下进行干燥，得干燥后的木块，将干燥后的木块放入粉碎机中进行粉碎，得木粉，将木粉放置炭化炉中，在温度315℃下进行炭化，得炭化木粉，按质量比为5.5：1.5，将炭化木粉、表面活性剂进行球磨，收集球磨物；

（2）按重量份数计，取45份去离子水、27份球磨物、13.5份氧化铝、7.5份二氧化锆、3.5份偶联剂、3份二氧化硅进行混合，加热至45℃，加热时间为1.5h，待冷却后，过滤，收集滤渣，备用；

（3）按质量比50：20：8，将玄武岩纤维、竹纤维、十二烷基硫酸钠进行研磨，得研磨物，将研磨物放入炭化炉中，在氮气保护状态下，升温至200℃，保温3h后，待冷却后，收集炭化研磨物；

（4）按重量份数计，取60份水、45份炭化研磨物、30份滤渣、15明胶、8份聚二甲基硅烷、2份催化剂份放入容器中进行混合，加热搅拌，加热温度为60℃，搅拌速度为300rpm，得混合物，按质量比1：4，将混合物、甲醇溶液进行混合，浸泡30h，得浸泡物，将浸泡物用去离子水洗涤3次，得洗涤后的浸泡物，即得高强度木塑复合材料。

对照例：宣城市某公司生产的木塑复合材料。

将上述实例所得的木塑复合材料与对照例的木塑复合材料进行检测，具体检测如下：

分别取实例所得的木塑复合材料与对照例的木塑复合材料，利用万能测试机测试其拉伸性能，弯曲性能，并在24h后记录其吸水率的情况。测试可参考GB/T1447-2005，GB/T1449-2005，具体测试数据见表1。

表1：

测试项目	实例1	实例2	实例3	对照例
					拉伸强度MPa	45	46	43	18~22
弯曲强度MPa	64	71	69	30~35
					吸水率%	0.5	0.9	0.9	3.2~4.1

综合上述，本发明的木塑复合材料强度更高，吸水率也低，值得推广使用。

Claims

1.一种高强度木塑复合材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的高强度木塑复合材料制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中表面活性剂为十二烷基硫酸钠、聚乙二醇其中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的高强度木塑复合材料制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中偶联剂是氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷其中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的高强度木塑复合材料制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中加热温度为40~60℃，搅拌速度为250~300rpm。