CN108610652A - 一种含疏水改性植物纤维的木塑复合板材及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种含疏水改性植物纤维的木塑复合板材及制备方法。将植物纤维进行碱洗、离子水清洗、酸液中和后加入反应釜内，然后与亚硫酸钠加热发生磺甲基化反应，接着注入邻苯二甲酸酐溶液和辣根过氧化物酶，反应后在纤维表面产生酚氧自由基，再接着加入丙烯酸酯类单体进行接枝反应，得到表面改性植物纤维，最后与无机填料、PVC树脂、增塑剂混合，以双螺杆挤出机挤出得到木塑复合板材。该方法通过在植物纤维表面先后通过磺甲基化、活化、催化氧化后，产生活性自由基进行接枝改性，得到疏水改性的植物纤维，显著改善了植物纤维与疏水性树脂基体之间的界面相容性，制得的木塑复合板材力学性能好，并且制备工艺简单，环保性好，可规模化推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体涉及木塑复合板材的制备，特别是涉及一种含疏水改性植物纤维的木塑复合板材及制备方法。
背景技术
木塑复合材料是国内外近年蓬勃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，代替通常的树脂胶粘剂，与木粉、稻壳、秸秆等废植物纤维混合成新的木质材料，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，以其良好的性能逐渐被用户认知认可，是良好的以塑代木、以塑代钢的新型环保材料，现已广泛用于建材、家具、物流包装等行业。其不但可有效的解决单一材料的某些性能缺陷，而且是解决废弃塑料的回收利用、解决环保问题、降低白色污染的有效方式。
木塑复合材料中，植物纤维增强复合材料具有质量轻、强度高、力学性能好等优点，因此，近年来采用自然界丰富的植物纤维替代玻璃纤维和合成纤维作为树脂基复合材料的增强体日益受到人们的关注。但由于植物纤维具有较强的极性和亲水性，使其与非极性树脂间的界面黏结性差，导致复合材料性能下降。为了得到性能优良的植物纤维增强复合材料，需要对植物纤维进行改性，降低植物纤维的亲水性，提高其与疏水性树脂基体之间的界面相容性，主要有物理法 ( 如等离子体处理法、蒸汽爆破法、热处理法等 ) 和化学法( 如接枝聚合法、偶联剂处理法等 )。改善该复合体系混合的均匀性及界面相容性，从而提高材料的各项物理化学性能是制备优良木塑复合材料的关键。
中国发明专利申请号201710045153.1公开了一种复合木塑板及其制备方法，按重量份数计包括以下原料：植物纤维80~100份、聚乙烯18~23份、磷酸三苯酯2~5份、ABS树脂1~3份、玻璃纤维5~10份、硅灰石纤维5~10份、二氧化硅7~10份、碳酸钙3~6份、偶联剂4~8份、发泡剂2~6份、丁香粉2~4份、花椒粉3~5份和陈皮粉2~4份，解决了木塑板强度不高、易开裂、易蛀虫导致使用寿命降低的技术问题，达到提高复合木塑板强度和刚度及防蛀虫的技术效果。
中国发明专利申请号201610073528.0公开了一种PVC复合木塑板材，由如下重量份的原料制成：PVC粉55~68份、碳酸钙22~28份、礞石5~10份、聚碳酸丁二醇酯6~12份、聚对苯二甲酸乙二酯6~12份、碳酸氢二钠8~18份、富马酸二甲酯8~18份、植物纤维22~34份、线性低密度聚乙烯10~16份、聚丙烯10~16份、荔枝壳3~9份、葡萄藤2~7份、蛭石6~10份、陈皮25~36份、蒲公英0.5~1.5份、冬瓜皮0.5~1.5份、橄榄油3~7份、花生油3~7份、酸性助剂8~12份、粘性助剂5~14份。该发明PVC复合木塑板材无毒无刺激性气味，具有很好的加工性能，抗冲击性能好，防雨防晒防静电，特别适合于户外露天以及一些特种装修场合，使用寿命长，能达到15~20年。
中国发明专利申请号201610123866.0公开了一种碳化植物纤维改性木塑复合材料，由如下组分和重量份数组成：废旧塑料100份、碳化植物纤维2~90份、增容剂0.05~40份、加工改性剂0.1~40份、热稳定剂0~25份、交联剂0~20份、润滑剂0~35份、抗氧剂0~30份、抗冲击改性剂1~30份；经碳化处理的植物纤维具有良好的耐候性、韧性、抗冲击强度，甲基丙烯酸-苯乙烯树脂同样具有较高的抗冲击性能及硬度，马来酸酐接枝的丙烯腈-苯乙烯共聚物增溶剂能够有效提高树脂与碳化植物纤维、填料之间的界面结合力，进一步提高材料的抗变形能力。
中国发明专利申请号201710423491.4公开了一种植物纤维与PVC复合材料的制备方法，方法包括：（1）将植物纤维颗粒用NaOH水溶液浸泡并加热搅拌，然后冷却洗涤得水分含量<1％的NaOH改性植物纤维；（2）向制备的NaOH改性植物纤维加入铜乙醇胺溶液，常温常压下搅拌，之后过滤并干燥得水分含量<1％的铜乙醇胺改性植物纤维；（3）取制备的铜乙醇胺改性植物纤维与PVC干混料混合均匀，再将混合物倒入流变仪的密炼室中塑化，将塑化料放入钢板制成的模具中，再将模具放入硫化仪中压制，在室温自然降温，既得改性植物纤维/PVC复合材料。
根据上述，现有方案中植物纤维木塑复合板材中植物纤维的表面改性方法，普遍存在一定程度的不足，如工艺要求高，易损伤纤维，易残留化学有害物质，缺乏工业化加工设备等缺点，进而影响了复合体系之间的混合均匀性和界面相容性，制得的复合材料力学性能差。
发明内容
针对目前应用较广的植物的纤维木塑复合材料的体系之间存在混合均匀性差，界面相容性不佳，影响材料的力学性能，而传统的改性方法存在工艺要求高、易损伤纤维、易残留化学有害物质、缺乏工业化加工设备等问题，本发明提出一种含疏水改性植物纤维的木塑复合板材及制备方法，从而有效改善了植物纤维与疏水性树脂基体之间的界面相容性，大大提高了木塑板的力学性能。
本发明涉及的具体技术方案如下：
.一种含疏水改性植物纤维的木塑复合板材的制备方法，包括以下步骤：
（1）采用碱液对植物纤维进行碱洗1~2次，接着用去离子水清洗2~3次，接着采用酸液中和至中性，再加入反应釜内；
（2）向反应釜内加入含亚硫酸钠的分散介质，加热至60~70℃，并恒温30~40min，使植物纤维表面的木质素发生磺甲基化反应；
（3）向反应釜中注入邻苯二甲酸酐溶液，升温至100~110℃，接着添加辣根过氧化物酶进行催化氧化反应，反应60~80min，在纤维表面产生酚氧自由基；
（4）向反应釜中加入丙烯酸酯类单体，升温至140~160℃进行接枝改性反应，120~140min后进行过滤、洗涤、干燥，制得表面改性植物纤维；
（5）将步骤（4）所得的表面改性植物纤维与无机填料、PVC树脂、增塑剂混合，以双螺杆挤出机挤出得到木塑复合板材。
通常，在添加植物纤维的木塑复合材料中，由于塑料为有机分子，而植物纤维表面为无机分子，两相的相容性差，常常导致相分离严重，影响复合材料的力学性能。因此，对植物纤维的表面改性尤为重要。而在植物纤维的表面通过化学反应接枝引入大分子长链，可明显增加植物纤维表面的疏水性，因此本发明采用丙烯酸酯类单体进行表面接枝。由于接枝聚合反应需要必要的条件，如活性自由基的产生，而植物纤维的主要成分为木质素，难以产生自由基，因此需先在纤维表面引入能产生活性自由基的结构，因此本发明先采用亚硫酸钠对纤维表面的木质素进行磺甲基化反应，再与邻苯二甲酸酐在辣根过氧化物酶的催化作用下活化反应，破坏表层木质素结构，产生酚氧自由基，即可实现下一步与丙烯酸酯类单体的接枝反应。
优选的，步骤（1）所述碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化钡溶液、氨水或碳酸氢钠溶液中的至少一种，质量浓度为40~60%。
优选的，步骤（1）所述酸液为硫酸溶液、盐酸溶液、磷酸溶液、硝酸溶液或氢氟酸溶液中的至少一种，质量浓度为30~50%。
优选的，步骤（2）所述分散介质为乙醇与水的混合液，体积比为2:1~1:2。
优选的，步骤（3）所述辣根过氧化物酶的纯度为3~5，活性为250~400u/mg。
优选的，步骤（4）所述丙烯酸酯类单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、2-甲基丙烯酸甲酯或2-甲基丙烯酸乙酯中的至少一种。
优选的，所述表面改性植物纤维制备过程中各原料重量份为，植物纤维30~40重量份、亚硫酸钠5~10重量份、分散介质37~57重量份、邻苯二甲酸酐6~10重量份、辣根过氧化物酶2~3重量份。
优选的，步骤（5）所述增塑剂为邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二仲辛酯或邻苯二甲酸二环己酯中的至少一种。
优选的，步骤（5）所述无机填料为常规填料，选用滑石粉、碳酸钙、硅灰石中的一种。
优选的，步骤（5）中各原料的重量份为，表面改性植物纤维30~40重量份、无机填料10~15重量份、PVC树脂39~57重量份、增塑剂3~6重量份。
本发明还提供一种上述制备方法制备得到的含疏水改性植物纤维的木塑复合板材。先将植物纤维经碱洗、清洗、中和等步骤处理后加入反应釜内，再加入含亚硫酸钠的分散介质进行磺甲基化反应，之后注入邻苯二甲酸酐溶液，再添加辣根过氧化物酶进行催化氧化，在纤维表面产生酚氧自由基，然后加入丙烯酸酯类单体进行接枝改性；再与无机填料、PVC树脂等混合后以双螺杆挤出机挤出得到木塑复合板材。该方法通过先将植物纤维表面富含的木质素磺甲基化，再以邻苯二甲酸酐活化，辣根过氧化物酶后进行催化氧化，破坏表层木质素结构，并产生活性自由基进行接枝改性，得到疏水改性的植物纤维，改善了其与疏水性树脂基体之间的界面相容性，大大提高了木塑板的力学性能。
本发明提供了一种含疏水改性植物纤维的木塑复合板材及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1、提出了在植物纤维表面反应产生活性自由基进行接枝改性制备含疏水改性植物纤维的木塑复合板材的方法。
2、通过在植物纤维表面先后通过磺甲基化、活化、催化氧化后，产生活性自由基进行接枝改性，得到疏水改性的植物纤维，显著改善了植物纤维与疏水性树脂基体之间的界面相容性。
3、本发明制得的木塑复合板材的拉伸强度、弯曲强度及冲击强度均较好，应用范围广，适用性佳。
4、本发明的制备工艺简单，环保性好，可规模化推广应用。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
制备过程为：
（1）采用碱液对植物纤维进行碱洗1次，接着用去离子水清洗2次，接着采用酸液中和至中性，再加入反应釜内；碱液为氢氧化钠溶液，质量浓度为50%；酸液为硫酸溶液，质量浓度为40%；
（2）向反应釜内加入含亚硫酸钠的分散介质，加热至66℃，并恒温34min；分散介质为乙醇与水的混合液，体积比为1:1；
（3）向反应釜中注入邻苯二甲酸酐溶液，升温至104℃，接着添加辣根过氧化物酶进行催化氧化反应，反应70min；辣根过氧化物酶的纯度为4，活性为320u/mg；
（4）向反应釜中加入丙烯酸酯类单体，升温至150℃进行接枝改性反应，135min后进行过滤、洗涤、干燥，制得表面改性植物纤维；丙烯酸酯类单体为丙烯酸甲酯；
表面改性植物纤维制备过程中的原料重量份为，植物纤维36重量份、亚硫酸钠7重量份、分散介质46重量份、邻苯二甲酸酐9重量份、辣根过氧化物酶2重量份。
（5）将步骤（4）所得的表面改性植物纤维与无机填料、PVC树脂、增塑剂混合，以双螺杆挤出机挤出得到木塑复合板材；增塑剂为邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯；无机填料为硅灰石；混合各原料的重量份为，表面改性植物纤维36重量份、无机填料12重量份、PVC树脂47重量份、增塑剂5重量份。
测试方法：
选取长度为300mm，宽度为10mm，厚度为5mm的实施例1制得的木塑复合板材作为试验样板，进行以下力学性能试验：
拉伸强度：根据GB-T 1040.1-2006进行拉伸强度试验，温度为20℃，相对湿度为50%，选用YL万能材料试验机对木塑复合板材样板进行拉伸强度试验，测定得到抗拉强度，表征其抗拉性能。
弯曲强度：根据GB/T 9341-2000进行拉伸强度试验，温度为20℃，相对湿度为50%，选用YL万能材料试验机对木塑复合板材样板进行弯曲强度试验，测定得到抗弯曲强度，表征其抗弯性能。
缺口冲击强度：根据GB/T 1043.1-2008进行缺口冲击强度试验，温度为20℃，相对湿度为50%，选用悬臂梁摆锤式冲击试验机对木塑复合板材样板进行缺口冲击强度试验，冲击速度5.2m/s，样条底部缺口半径为1.5mm，测定缺口冲击强度，表征抗冲击性能。
通过上述方法测得的实施例1的木塑复合板材的抗拉强度、抗弯强度及缺口冲击强度如表1所示。
实施例2
制备过程为：
（1）采用碱液对植物纤维进行碱洗1次，接着用去离子水清洗3次，接着采用酸液中和至中性，再加入反应釜内；碱液为氢氧化钡溶液，质量浓度为40%；酸液为盐酸溶液，质量浓度为30%；
（2）向反应釜内加入含亚硫酸钠的分散介质，加热至60℃，并恒温40min；分散介质为乙醇与水的混合液，体积比为2:1；
（3）向反应釜中注入邻苯二甲酸酐溶液，升温至100℃，接着添加辣根过氧化物酶进行催化氧化反应，反应80min；辣根过氧化物酶的纯度为3，活性为250u/mg；
（4）向反应釜中加入丙烯酸酯类单体，升温至140℃进行接枝改性反应， 140min后进行过滤、洗涤、干燥，制得表面改性植物纤维；丙烯酸酯类单体为丙烯酸乙酯；
表面改性植物纤维制备过程中的原料重量份为，植物纤维30重量份、亚硫酸钠5重量份、分散介质57重量份、邻苯二甲酸酐6重量份、辣根过氧化物酶2重量份。
（5）将步骤（4）所得的表面改性植物纤维与无机填料、PVC树脂、增塑剂混合，以双螺杆挤出机挤出得到木塑复合板材；增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯；无机填料为滑石粉；混合各原料的重量份为，表面改性植物纤维30重量份、无机填料10重量份、PVC树脂57重量份、增塑剂3重量份。
测试方法：
选取长度为300mm，宽度为10mm，厚度为5mm的实施例3制得的木塑复合板材作为试验样板，进行以下力学性能试验：
拉伸强度：根据GB-T 1040.1-2006进行拉伸强度试验，温度为20℃，相对湿度为50%，选用YL万能材料试验机对木塑复合板材样板进行拉伸强度试验，测定得到抗拉强度，表征其抗拉性能。
弯曲强度：根据GB/T 9341-2000进行拉伸强度试验，温度为20℃，相对湿度为50%，选用YL万能材料试验机对木塑复合板材样板进行弯曲强度试验，测定得到抗弯曲强度，表征其抗弯性能。
缺口冲击强度：根据GB/T 1043.1-2008进行缺口冲击强度试验，温度为20℃，相对湿度为50%，选用悬臂梁摆锤式冲击试验机对木塑复合板材样板进行缺口冲击强度试验，冲击速度5.2m/s，样条底部缺口半径为1.5mm，测定缺口冲击强度，表征抗冲击性能。
通过上述方法测得的实施例2的木塑复合板材的抗拉强度、抗弯强度及缺口冲击强度如表1所示。
实施例3
制备过程为：
（1）采用碱液对植物纤维进行碱洗2次，接着用去离子水清洗3次，接着采用酸液中和至中性，再加入反应釜内；碱液为氢氧化钡溶液，质量浓度为60%；酸液为磷酸溶液，质量浓度为50%；
（2）向反应釜内加入含亚硫酸钠的分散介质，加热至70℃，并恒温30min；分散介质为乙醇与水的混合液，体积比为1:2；
（3）向反应釜中注入邻苯二甲酸酐溶液，升温至110℃，接着添加辣根过氧化物酶进行催化氧化反应，反应60min；辣根过氧化物酶的纯度为5，活性为400u/mg；
（4）向反应釜中加入丙烯酸酯类单体，升温至160℃进行接枝改性反应，120min后进行过滤、洗涤、干燥，制得表面改性植物纤维；丙烯酸酯类单体为丙烯酸乙酯；
表面改性植物纤维制备过程中的原料重量份为，植物纤维40重量份、亚硫酸钠10重量份、分散介质37重量份、邻苯二甲酸酐10重量份、辣根过氧化物酶3重量份。
（5）将步骤（4）所得的表面改性植物纤维与无机填料、PVC树脂、增塑剂混合，以双螺杆挤出机挤出得到木塑复合板材；增塑剂为邻苯二甲酸二正辛酯；无机填料为滑石粉；混合各原料的重量份为，表面改性植物纤维40重量份、无机填料15重量份、PVC树脂39重量份、增塑剂6重量份。
测试方法：
选取长度为300mm，宽度为10mm，厚度为5mm的实施例3制得的木塑复合板材作为试验样板，进行以下力学性能试验：
拉伸强度：根据GB-T 1040.1-2006进行拉伸强度试验，温度为20℃，相对湿度为50%，选用YL万能材料试验机对木塑复合板材样板进行拉伸强度试验，测定得到抗拉强度，表征其抗拉性能。
弯曲强度：根据GB/T 9341-2000进行拉伸强度试验，温度为20℃，相对湿度为50%，选用YL万能材料试验机对木塑复合板材样板进行弯曲强度试验，测定得到抗弯曲强度，表征其抗弯性能。
缺口冲击强度：根据GB/T 1043.1-2008进行缺口冲击强度试验，温度为20℃，相对湿度为50%，选用悬臂梁摆锤式冲击试验机对木塑复合板材样板进行缺口冲击强度试验，冲击速度5.2m/s，样条底部缺口半径为1.5mm，测定缺口冲击强度，表征抗冲击性能。
通过上述方法测得的实施例3的木塑复合板材的抗拉强度、抗弯强度及缺口冲击强度如表1所示。
实施例4
制备过程为：
（1）采用碱液对植物纤维进行碱洗1次，接着用去离子水清洗2次，接着采用酸液中和至中性，再加入反应釜内；碱液为氨水，质量浓度为45%；酸液为硝酸溶液，质量浓度为35%；
（2）向反应釜内加入含亚硫酸钠的分散介质，加热至62℃，并恒温38min；分散介质为乙醇与水的混合液，体积比为1:2；
（3）向反应釜中注入邻苯二甲酸酐溶液，升温至102℃，接着添加辣根过氧化物酶进行催化氧化反应，反应67min；辣根过氧化物酶的纯度为3，活性为280u/mg；
（4）向反应釜中加入丙烯酸酯类单体，升温至145℃进行接枝改性反应，135min后进行过滤、洗涤、干燥，制得表面改性植物纤维；丙烯酸酯类单体为2-甲基丙烯酸乙酯；
表面改性植物纤维制备过程中的原料重量份为，植物纤维33重量份、亚硫酸钠7重量份、分散介质51重量份、邻苯二甲酸酐7重量份、辣根过氧化物酶2重量份。
（5）将步骤（4）所得的表面改性植物纤维与无机填料、PVC树脂、增塑剂混合，以双螺杆挤出机挤出得到木塑复合板材；增塑剂为邻苯二甲酸丁苄酯；无机填料为硅灰石；混合各原料的重量份为，表面改性植物纤维32重量份、无机填料12重量份、PVC树脂52重量份、增塑剂4重量份。
测试方法：
选取长度为300mm，宽度为10mm，厚度为5mm的实施例4制得的木塑复合板材作为试验样板，进行以下力学性能试验：
拉伸强度：根据GB-T 1040.1-2006进行拉伸强度试验，温度为20℃，相对湿度为50%，选用YL万能材料试验机对木塑复合板材样板进行拉伸强度试验，测定得到抗拉强度，表征其抗拉性能。
弯曲强度：根据GB/T 9341-2000进行拉伸强度试验，温度为20℃，相对湿度为50%，选用YL万能材料试验机对木塑复合板材样板进行弯曲强度试验，测定得到抗弯曲强度，表征其抗弯性能。
缺口冲击强度：根据GB/T 1043.1-2008进行缺口冲击强度试验，温度为20℃，相对湿度为50%，选用悬臂梁摆锤式冲击试验机对木塑复合板材样板进行缺口冲击强度试验，冲击速度5.2m/s，样条底部缺口半径为1.5mm，测定缺口冲击强度，表征抗冲击性能。
通过上述方法测得的实施例4的木塑复合板材的抗拉强度、抗弯强度及缺口冲击强度如表1所示。
实施例5
制备过程为：
（1）采用碱液对植物纤维进行碱洗2次，接着用去离子水清洗2次，接着采用酸液中和至中性，再加入反应釜内；碱液为碳酸氢钠溶液，质量浓度为55%；酸液为氢氟酸溶液，质量浓度为45%；
（2）向反应釜内加入含亚硫酸钠的分散介质，加热至68℃，并恒温31min；分散介质为乙醇与水的混合液，体积比为2:1；
（3）向反应釜中注入邻苯二甲酸酐溶液，升温至107℃，接着添加辣根过氧化物酶进行催化氧化反应，反应65min；辣根过氧化物酶的纯度为5，活性为350u/mg；
（4）向反应釜中加入丙烯酸酯类单体，升温至155℃进行接枝改性反应，125min后进行过滤、洗涤、干燥，制得表面改性植物纤维；丙烯酸酯类单体为丙烯酸甲酯；
表面改性植物纤维制备过程中的原料重量份为，植物纤维38重量份、亚硫酸钠7重量份、分散介质45重量份、邻苯二甲酸酐8重量份、辣根过氧化物酶2重量份。
（5）将步骤（4）所得的表面改性植物纤维与无机填料、PVC树脂、增塑剂混合，以双螺杆挤出机挤出得到木塑复合板材；增塑剂为邻苯二甲酸二仲辛酯；无机填料为硅灰石；混合各原料的重量份为，表面改性植物纤维37重量份、无机填料13重量份、PVC树脂45重量份、增塑剂5重量份。
测试方法：
选取长度为300mm，宽度为10mm，厚度为5mm的实施例5制得的木塑复合板材作为试验样板，进行以下力学性能试验：
拉伸强度：根据GB-T 1040.1-2006进行拉伸强度试验，温度为20℃，相对湿度为50%，选用YL万能材料试验机对木塑复合板材样板进行拉伸强度试验，测定得到抗拉强度，表征其抗拉性能。
弯曲强度：根据GB/T 9341-2000进行拉伸强度试验，温度为20℃，相对湿度为50%，选用YL万能材料试验机对木塑复合板材样板进行弯曲强度试验，测定得到抗弯曲强度，表征其抗弯性能。
缺口冲击强度：根据GB/T 1043.1-2008进行缺口冲击强度试验，温度为20℃，相对湿度为50%，选用悬臂梁摆锤式冲击试验机对木塑复合板材样板进行缺口冲击强度试验，冲击速度5.2m/s，样条底部缺口半径为1.5mm，测定缺口冲击强度，表征抗冲击性能。
通过上述方法测得的实施例5的木塑复合板材的抗拉强度、抗弯强度及缺口冲击强度如表1所示。
实施例6
制备过程为：
（1）采用碱液对植物纤维进行碱洗2次，接着用去离子水清洗3次，接着采用酸液中和至中性，再加入反应釜内；碱液为氢氧化钠溶液，质量浓度为50%；酸液为硫酸溶液，质量浓度为40%；
（2）向反应釜内加入含亚硫酸钠的分散介质，加热至65℃，并恒温35min；分散介质为乙醇与水的混合液，体积比为1:1；
（3）向反应釜中注入邻苯二甲酸酐溶液，升温至105℃，接着添加辣根过氧化物酶进行催化氧化反应，反应70min；辣根过氧化物酶的纯度为4，活性为330u/mg；
（4）向反应釜中加入丙烯酸酯类单体，升温至150℃进行接枝改性反应，130min后进行过滤、洗涤、干燥，制得表面改性植物纤维；丙烯酸酯类单体为丙烯酸乙酯；
表面改性植物纤维制备过程中的原料重量份为，植物纤维35重量份、亚硫酸钠8重量份、分散介质47重量份、邻苯二甲酸酐8重量份、辣根过氧化物酶2重量份。
（5）将步骤（4）所得的表面改性植物纤维与无机填料、PVC树脂、增塑剂混合，以双螺杆挤出机挤出得到木塑复合板材；增塑剂为邻苯二甲酸二环己酯；无机填料为硅灰石；混合各原料的重量份为，表面改性植物纤维35重量份、无机填料13重量份、PVC树脂47重量份、增塑剂5重量份。
测试方法：
选取长度为300mm，宽度为10mm，厚度为5mm的实施例6制得的木塑复合板材作为试验样板，进行以下力学性能试验：
拉伸强度：根据GB-T 1040.1-2006进行拉伸强度试验，温度为20℃，相对湿度为50%，选用YL万能材料试验机对木塑复合板材样板进行拉伸强度试验，测定得到抗拉强度，表征其抗拉性能。
弯曲强度：根据GB/T 9341-2000进行拉伸强度试验，温度为20℃，相对湿度为50%，选用YL万能材料试验机对木塑复合板材样板进行弯曲强度试验，测定得到抗弯曲强度，表征其抗弯性能。
缺口冲击强度：根据GB/T 1043.1-2008进行缺口冲击强度试验，温度为20℃，相对湿度为50%，选用悬臂梁摆锤式冲击试验机对木塑复合板材样板进行缺口冲击强度试验，冲击速度5.2m/s，样条底部缺口半径为1.5mm，测定缺口冲击强度，表征抗冲击性能。
通过上述方法测得的实施例6的木塑复合板材的抗拉强度、抗弯强度及缺口冲击强度如表1所示。
对比例1
制备过程为：
（1）采用碱液对植物纤维进行碱洗2次，接着用去离子水清洗3次，接着采用酸液中和至中性，制得预处理的植物纤维；碱液为氢氧化钠溶液，质量浓度为50%；酸液为硫酸溶液，质量浓度为40%；
（2）将步骤（1）所得的植物纤维与无机填料、PVC树脂、增塑剂混合，以双螺杆挤出机挤出得到木塑复合板材；增塑剂为邻苯二甲酸二环己酯；无机填料为硅灰石；混合各原料的重量份为，植物纤维35重量份、无机填料13重量份、PVC树脂47重量份、增塑剂5重量份。
测试方法：
选取长度为300mm，宽度为10mm，厚度为5mm的对比例1制得的木塑复合板材作为试验样板，进行以下力学性能试验：
拉伸强度：根据GB-T 1040.1-2006进行拉伸强度试验，温度为20℃，相对湿度为50%，选用YL万能材料试验机对木塑复合板材样板进行拉伸强度试验，测定得到抗拉强度，表征其抗拉性能。
弯曲强度：根据GB/T 9341-2000进行拉伸强度试验，温度为20℃，相对湿度为50%，选用YL万能材料试验机对木塑复合板材样板进行弯曲强度试验，测定得到抗弯曲强度，表征其抗弯性能。
缺口冲击强度：根据GB/T 1043.1-2008进行缺口冲击强度试验，温度为20℃，相对湿度为50%，选用悬臂梁摆锤式冲击试验机对木塑复合板材样板进行缺口冲击强度试验，冲击速度5.2m/s，样条底部缺口半径为1.5mm，测定缺口冲击强度，表征抗冲击性能。
通过上述方法测得的对比例1的木塑复合板材的抗拉强度、抗弯强度及缺口冲击强度如表1所示。
表1：
| 性能指标 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 对比例1 |
| 抗拉强度（MPa） | 41.9 | 41.3 | 42.8 | 41.6 | 43.2 | 43.3 | 31.8 |
| 抗弯强度（MPa） | 55.6 | 57.2 | 53.5 | 53.8 | 54.6 | 52.3 | 35.2 |
| 缺口冲击强度（kJ/m2） | 9.2 | 8.2 | 9.8 | 8.1 | 9.2 | 9.8 | 6.1 |
Claims (10)
1.一种含疏水改性植物纤维的木塑复合板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）采用碱液对植物纤维进行碱洗1~2次，接着用去离子水清洗2~3次，接着采用酸液中和至中性，再加入反应釜内；
（2）向反应釜内加入含亚硫酸钠的分散介质，加热至60~70℃，并恒温30~40min，使植物纤维表面的木质素发生磺甲基化反应；
（3）向反应釜中注入邻苯二甲酸酐溶液，升温至100~110℃，接着添加辣根过氧化物酶进行催化氧化反应，反应60~80min，在纤维表面产生酚氧自由基；
（4）向反应釜中加入丙烯酸酯类单体，升温至140~160℃进行接枝改性反应，120~140min后进行过滤、洗涤、干燥，制得表面改性植物纤维；
（5）将步骤（4）所得的表面改性植物纤维与无机填料、PVC树脂、增塑剂混合，以双螺杆挤出机挤出得到木塑复合板材。
2.根据权利要求1所述一种含疏水改性植物纤维的木塑复合板材的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化钡溶液、氨水或碳酸氢钠溶液中的至少一种，质量浓度为40~60%。
3.根据权利要求1所述一种含疏水改性植物纤维的木塑复合板材的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述酸液为硫酸溶液、盐酸溶液、磷酸溶液、硝酸溶液或氢氟酸溶液中的至少一种，质量浓度为30~50%。
4.根据权利要求1所述一种含疏水改性植物纤维的木塑复合板材的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述分散介质为乙醇与水的混合液，体积比为2:1~1:2。
5.根据权利要求1所述一种含疏水改性植物纤维的木塑复合板材的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述辣根过氧化物酶的纯度为3~5，活性为250~400u/mg。
6.根据权利要求1所述一种含疏水改性植物纤维的木塑复合板材的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述丙烯酸酯类单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、2-甲基丙烯酸甲酯或2-甲基丙烯酸乙酯中的至少一种。
7.根据权利要求1所述一种含疏水改性植物纤维的木塑复合板材的制备方法，其特征在于：所述表面改性植物纤维制备过程中各原料重量份为，植物纤维30~40重量份、亚硫酸钠5~10重量份、分散介质37~57重量份、邻苯二甲酸酐6~10重量份、辣根过氧化物酶2~3重量份。
8.根据权利要求1所述一种含疏水改性植物纤维的木塑复合板材的制备方法，其特征在于：步骤（5）所述增塑剂为邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二仲辛酯或邻苯二甲酸二环己酯中的至少一种。
9.根据权利要求1所述一种含疏水改性植物纤维的木塑复合板材的制备方法，其特征在于：步骤（5）中各原料的重量份为，表面改性植物纤维30~40重量份、无机填料10~15重量份、PVC树脂39~57重量份、增塑剂3~6重量份。
10.权利要求1~9任一项所述制备方法制备得到的一种含疏水改性植物纤维的木塑复合板材。
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- 2018-04-26 CN CN201810384390.5A patent/CN108610652A/zh not_active Withdrawn
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