CN108892964B

CN108892964B - 一种聚烯烃木塑复合材料及其制备方法

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Publication number: CN108892964B
Application number: CN201810581514.9A
Authority: CN
Inventors: 游一兰; 陈建平; 游和求; 方映杰
Original assignee: Hunan Yinghong New Material Co ltd
Current assignee: Hunan Yinghong New Material Co ltd
Priority date: 2018-06-07
Filing date: 2018-06-07
Publication date: 2021-04-20
Anticipated expiration: 2038-06-07
Also published as: CN108892964A

Abstract

本发明公开了一种聚烯烃木塑复合材料，包括如下质量百分含量的各组份：废旧聚烯烃片料25‑32％，木粉30‑35％，稻糠30‑35％，复合添加剂3‑10％；复合添加剂包括如下质量百分含量的各组份：铝钛复合偶联剂1‑2％，改性剂1‑3％，单甘脂4‑6％，活性炭8‑15％，硅酸钙64‑72％，硅藻土8‑12％，银盐2‑4％。本发明通过加入单甘脂、银盐，并控制各原料的加入顺序，使得活性炭与塑料及木质材料等原料混均，充分发挥其吸附有机挥发物的功效；各原料之间混合均匀，各助剂能充分发挥其作用，通过后续的工艺得到的聚烯烃木塑复合材料具有优异的耐磨性，还具有优异的力学性能、较高的抗弯强度，较低的吸水率。

Description

一种聚烯烃木塑复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于木塑材料技术领域，具体涉及一种聚烯烃木塑复合材料及其制备方法。

背景技术

木塑材料经过近二十年的发展，由起初名不见经传的小型零作坊式企业发展成为今天的大型规模化企业。其用途也由最初的户外装饰材料演变成今天的室内装饰材料。随着技术的发展，木塑制品的应用领域越来越广；因木塑制品其主体材料为再生塑料改性后加木粉填充混合，添加一些功能性助剂，通过热成型挤出工艺而成型，由于在改性过程中添加了各种酯类或醇类改性剂，因此，在其制品中会残留一定量的有害有机挥发物，木塑制品的VOC及有机挥发物达不到国家环保制品的要求，且其释放周期长，特别是室内装饰品，对室内空气污染大，滞留时间长对人体健康带来了不良影响。特别是苯类物质，对新生婴儿的影响更明显。

因此，需要研制出一种环保型的木塑材料。现有技术中是在木塑材料的制备过程中加入活性炭等具有吸附作用的物质，但是我们研究发现，加入活性炭后会影响木塑复合材料中各原料之间混合的均匀性，并且会降低木塑复合材料的力学性能。

专利申请号CN201611251159.6一种含茶籽壳粉的木塑板的生产工艺，包括以下步骤：1)茶籽壳及其副产物收集与处理；2)茶籽壳制备活性炭粉；3)木塑底板原料配方按照质量分数包括：PP塑料颗粒25％、木粉35％、活性炭粉10％以及助剂30％；4)木塑材料制备；5)挤出。此发明中通过茶籽壳制备活性炭，引入活性炭会影响原料之间的混合，各助剂不能充分发挥其作用，最终木塑材料的性能降低；并且此发明中以PP塑料颗粒与木粉、活性炭粉以及助剂混合，会使得各助剂不能充分发挥其作用，塑料和木质材料之间的界面粘结力弱，相容性差。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种聚烯烃木塑复合材料及其制备方法。

本发明提供一种聚烯烃木塑复合材料，包括如下质量百分含量的各组份：废旧聚烯烃片料25-32％，木粉30-35％，稻糠30-35％，复合添加剂3-10％；

所述复合添加剂包括如下质量百分含量的各组份：铝钛复合偶联剂1-2％，改性剂1-3％，单甘脂4-6％，活性炭8-15％，硅酸钙64-72％，硅藻土8-12％，银盐2-4％。

优选的，包括如下质量百分含量的各组份：废旧聚烯烃片料30％，木粉35％，稻糠30％，复合添加剂5％；

优选的，所述复合添加剂包括如下质量百分含量的各组份：铝钛复合偶联剂2％，改性剂3％，单甘脂5％，活性炭10％，硅酸钙68％，硅藻土9％，银盐3％。

优选的，所述改性剂为多元醇酯聚合加工改性剂JL-M01。

优选的，所述银盐为氯化银、硫酸银、硝酸银中的一种。

本发明还提供了一种聚烯烃木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将铝钛复合偶联剂、改性剂、单甘脂、活性炭、硅酸钙、硅藻土和银盐按顺序加入到混合机中混合，混合温度为40-50℃，混匀后得到复合添加剂；

2)将废旧聚烯烃塑料破碎成不规则的片料，干燥得到废旧聚烯烃片料，将废旧聚烯烃片料加入到混合机中，升温至60℃加入木粉和稻糠，再继续升温至100℃使废旧聚烯烃片料、木粉和稻糠混合均匀，冷却至40℃，得到的混合物置于双螺杆造粒机中进行造粒；

3)将步骤1)得到的复合添加剂和步骤2)得到的木塑颗粒混合均匀后，加入双螺杆挤出机中进行挤出成型，得到聚烯烃木塑复合材料。

优选的，步骤2)中所述废旧聚烯烃片料的大小为1-3cm。

优选的，步骤2)中所述废旧聚烯烃片料、木粉和稻糠混合的时间为20-30min。

优选的，步骤2)中所述双螺杆的转速为250-300r/min，喂料转速300-400r/min。

本发明中所述废旧聚烯烃片料的大小指的是两点之间的最大长度。

本发明所述废旧聚烯烃片料为废旧薄膜、管材、水瓶或点滴瓶的回收片状物。

本发明中所述双螺杆造粒机中共有按进料方向顺序设置的十个区，各区的温度分别控制为：一区150-160℃、二区175-190℃、三区180-200℃、四区240-280℃、五区240-280℃、六区240-280℃、七区240-280℃、八区240-280℃、九区170-185℃、十区160-180℃。

本发明中所述双螺杆挤出机中共有按进料方向顺序设置的四个区，各区的温度分别控制为：一区180-190℃、二区180-200℃、三区120-150℃、四区120-150℃。

本发明所述铝钛复合偶联剂为杭州杰西卡有限公司供应的型号为HY-133。

本发明所述改性剂为多元醇酯聚合加工改性剂JL-M01，其为南京金来旺塑胶技术有限公司供应的。

本发明所述单甘脂又名二羟基丙基十八烷酸酯，由C₁₆-C₁₈长链脂肪酸与丙三醇进行酯化反应而制得。

现有的木塑复合材料是以塑料和木粉填充混合，再添加一些功能性的助剂，由于在改性过程中添加了各种酯类或醇类改性剂，因此，在其制品中会残留一定量的有机挥发物。现有技术中通过添加活性炭吸附甲醛等有机挥发物，但是活性炭的加入会影响木塑复合材料中各原料之间混合的均匀性，并且会降低木塑复合材料的力学性能。本发明中以铝钛复合偶联剂、改性剂、单甘脂、活性炭、硅酸钙、硅藻土和银盐按顺序加入到混合机中混合均匀得到复合添加剂，通过加入单甘脂、银盐，并控制各原料的加入顺序，使得活性炭与塑料及木质材料等其他原料混合均匀，充分发挥其吸附有机挥发物的功效，保证室内空气清新；各原料之间混合均匀，使得各助剂能充分发挥其作用，通过后续的工艺得到的聚烯烃木塑复合材料具有优异的耐磨性，还具有优异的力学性能、较高的抗弯强度，较低的吸水率。

现有的木塑复合材料中木粉的添加量较多，达到了50％以上，木粉的加入会使材料的流动性变差，木粉受到较大的剪切作用力，增加在挤出机中的停留时间，使木粉容易烧焦，不利于挤出，也会影响木粉与其他原料的混合，现有技术中通过加入其他种类的木质材料来减少木粉的加入量，如稻糠，但是若直接将塑料颗粒、木质材料和其他助剂混合挤出成型，会使得各助剂不能充分发挥其作用，塑料和木质材料之间的界面粘结力弱，相容性差。本发明将废旧聚烯烃片料加入到混合机中，控制在一定的温度下加入木粉和稻糠，然后升高温度使三者混匀，得到的混合物置于双螺杆造粒机中造粒得到木塑颗粒，木塑颗粒再与自制的复合添加剂混合挤出成型，严格控制废旧聚烯烃片料、木粉和稻糠混合温度，将塑料和木质材料得到的混合物造粒，再与复合添加剂混合，使得木质材料与塑料之间的界面相容性得到提高，界面粘结力强，最终得到的聚烯烃木塑复合材料的性能优异。

本发明的制备过程中先将铝钛复合偶联剂、改性剂、单甘脂、活性炭、硅酸钙、硅藻土和银盐按顺序加入混合得到复合添加剂，此过程中加入单甘脂及银盐有助于各原料之间混合均匀，结合各原料之间的加入顺序，能够增强各助剂对塑料和木质材料的改性效果；将废旧聚烯烃片料、木粉和稻糠混合得到的混合物造粒，再与复合添加剂混合挤出成型，通过控制混合的温度以及各组份的加入顺序，使得各组份之间混合均匀，副反应较少，生产效率高。整个制备过程工艺简单，生产效率高，原料之间混合均匀，界面粘结性强，生产成本降低，所得聚烯烃木塑复合材料具有优异的耐磨性，还具有优异的力学性能、较高的抗弯强度，较低的吸水率。

本发明的有益效果是：

1、本发明以铝钛复合偶联剂、改性剂、单甘脂、活性炭、硅酸钙、硅藻土和银盐按顺序加入到混合机中混合均匀得到复合添加剂，通过加入单甘脂、银盐，并控制各原料的加入顺序，使得活性炭与塑料及木质材料等其他原料混合均匀，充分发挥其吸附有机挥发物的功效，保证室内空气清新；各原料之间混合均匀，使得各助剂能充分发挥其作用，通过后续的工艺得到的聚烯烃木塑复合材料具有优异的耐磨性，还具有优异的力学性能、较高的抗弯强度，较低的吸水率。

2、本发明将废旧聚烯烃片料加入到混合机中，控制在一定的温度下加入木粉和稻糠，然后升高温度使三者混匀，得到的混合物置于双螺杆造粒机中造粒得到木塑颗粒，木塑颗粒再与自制的复合添加剂混合挤出成型，严格控制废旧聚烯烃片料、木粉和稻糠混合温度，将塑料和木质材料得到的混合物造粒，再与复合添加剂混合，使得木质材料与塑料之间的界面相容性得到提高，界面粘结力强，最终得到的聚烯烃木塑复合材料的性能优异。

3、本发明整个制备过程工艺简单，生产效率高，原料之间混合均匀，界面粘结性强，生产成本降低，所得聚烯烃木塑复合材料具有优异的耐磨性，还具有优异的力学性能、较高的抗弯强度，较低的吸水率。

4、本发明中直接将废旧塑料破碎，不需要粉碎成粉末也不需要造粒成颗粒状，所以，本发明的生产工艺简单且可以降低生产成本。

5、本发明制作工艺较为简单，在生产过程中较少产生废水、废气，制备过程中各原料按一定的顺序添加，能够使各原料之间均匀混合，所得木塑材料的性能达到最优。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围内。

实施例1

一种聚烯烃木塑复合材料，包括如下质量百分含量的各组份：废旧聚烯烃片料32％，木粉30％，稻糠35％，复合添加剂3％；所述复合添加剂包括如下质量百分含量的各组份：铝钛复合偶联剂1％，改性剂多元醇酯聚合加工改性剂JL-M012％，单甘脂4％，活性炭15％，硅酸钙64％，硅藻土12％，氯化银2％；木粉的粒径为250-350μm，废旧聚烯烃片料的大小为1-3cm。

配制方法：1)将铝钛复合偶联剂、改性剂、单甘脂、活性炭、硅酸钙、硅藻土和氯化银按顺序加入到混合机中混合，混合温度为50℃，混匀后得到复合添加剂；2)将废旧聚烯烃塑料破碎成不规则的片料，干燥得到废旧聚烯烃片料，将废旧聚烯烃片料加入到混合机中，升温至60℃加入木粉和稻糠，再继续升温至100℃，搅拌混合30min，使废旧聚烯烃片料、木粉和稻糠混合均匀，冷却至40℃，得到的混合物置于双螺杆造粒机中进行造粒，双螺杆的转速为250-300r/min，喂料转速300-400r/min；3)将步骤1)得到的复合添加剂和步骤2)得到的木塑颗粒混合均匀后，加入双螺杆挤出机中进行挤出成型，得到聚烯烃木塑复合材料。

实施例2

一种聚烯烃木塑复合材料，包括如下质量百分含量的各组份：废旧聚烯烃片料30％，木粉35％，稻糠30％，复合添加剂5％；所述复合添加剂包括如下质量百分含量的各组份：铝钛复合偶联剂2％，改性剂多元醇酯聚合加工改性剂JL-M013％，单甘脂5％，活性炭10％，硅酸钙68％，硅藻土9％，硫酸银3％；木粉的粒径为250-350μm，废旧聚烯烃片料的大小为1-3cm。

配制方法：1)将铝钛复合偶联剂、改性剂、单甘脂、活性炭、硅酸钙、硅藻土和硫酸银按顺序加入到混合机中混合，混合温度为45℃，混匀后得到复合添加剂；2)将废旧聚烯烃塑料破碎成不规则的片料，干燥得到废旧聚烯烃片料，将废旧聚烯烃片料加入到混合机中，升温至60℃加入木粉和稻糠，再继续升温至100℃，搅拌混合25min，使废旧聚烯烃片料、木粉和稻糠混合均匀，冷却至40℃，得到的混合物置于双螺杆造粒机中进行造粒，双螺杆的转速为250-300r/min，喂料转速300-400r/min；3)将步骤1)得到的复合添加剂和步骤2)得到的木塑颗粒混合均匀后，加入双螺杆挤出机中进行挤出成型，得到聚烯烃木塑复合材料。

实施例3

一种聚烯烃木塑复合材料，包括如下质量百分含量的各组份：废旧聚烯烃片料25％，木粉33％，稻糠32％，复合添加剂10％；所述复合添加剂包括如下质量百分含量的各组份：铝钛复合偶联剂1％，改性剂多元醇酯聚合加工改性剂JL-M011％，单甘脂6％，活性炭8％，硅酸钙72％，硅藻土8％，硝酸银4％；木粉的粒径为250-350μm，废旧聚烯烃片料的大小为1-3cm。

配制方法：1)将铝钛复合偶联剂、改性剂、单甘脂、活性炭、硅酸钙、硅藻土和硝酸银按顺序加入到混合机中混合，混合温度为40℃，混匀后得到复合添加剂；2)将废旧聚烯烃塑料破碎成不规则的片料，干燥得到废旧聚烯烃片料，将废旧聚烯烃片料加入到混合机中，升温至60℃加入木粉和稻糠，再继续升温至100℃，搅拌混合20min，使废旧聚烯烃片料、木粉和稻糠混合均匀，冷却至40℃，得到的混合物置于双螺杆造粒机中进行造粒，双螺杆的转速为250-300r/min，喂料转速300-400r/min；3)将步骤1)得到的复合添加剂和步骤2)得到的木塑颗粒混合均匀后，加入双螺杆挤出机中进行挤出成型，得到聚烯烃木塑复合材料。

对比例1

一种聚烯烃木塑复合材料，包括如下质量百分含量的各组份：废旧聚烯烃片料30％，木粉35％，稻糠30％，复合添加剂5％；所述复合添加剂包括如下质量百分含量的各组份：铝钛复合偶联剂2％，改性剂多元醇酯聚合加工改性剂JL-M013％，活性炭11％，硅酸钙70％，硅藻土11％，硫酸银3％；木粉的粒径为250-350μm，废旧聚烯烃片料的大小为1-3cm。

配制方法：1)将铝钛复合偶联剂、改性剂、活性炭、硅酸钙、硅藻土和硫酸银按顺序加入到混合机中混合，混合温度为45℃，混匀后得到复合添加剂；2)将废旧聚烯烃塑料破碎成不规则的片料，干燥得到废旧聚烯烃片料，将废旧聚烯烃片料加入到混合机中，升温至60℃加入木粉和稻糠，再继续升温至100℃，搅拌混合25min，使废旧聚烯烃片料、木粉和稻糠混合均匀，冷却至40℃，得到的混合物置于双螺杆造粒机中进行造粒，双螺杆的转速为250-300r/min，喂料转速300-400r/min；3)将步骤1)得到的复合添加剂和步骤2)得到的木塑颗粒混合均匀后，加入双螺杆挤出机中进行挤出成型，得到聚烯烃木塑复合材料。

对比例2

一种聚烯烃木塑复合材料，包括如下质量百分含量的各组份：废旧聚烯烃片料30％，木粉35％，稻糠30％，复合添加剂5％；所述复合添加剂包括如下质量百分含量的各组份：铝钛复合偶联剂2％，改性剂多元醇酯聚合加工改性剂JL-M013％，活性炭13％，硅酸钙71％，硅藻土11％；木粉的粒径为250-350μm，废旧聚烯烃片料的大小为1-3cm。

配制方法：1)将铝钛复合偶联剂、改性剂、活性炭、硅酸钙、硅藻土按顺序加入到混合机中混合，混合温度为45℃，混匀后得到复合添加剂；2)将废旧聚烯烃塑料破碎成不规则的片料，干燥得到废旧聚烯烃片料，将废旧聚烯烃片料加入到混合机中，升温至60℃加入木粉和稻糠，再继续升温至100℃，搅拌混合25min，使废旧聚烯烃片料、木粉和稻糠混合均匀，冷却至40℃，得到的混合物置于双螺杆造粒机中进行造粒，双螺杆的转速为250-300r/min，喂料转速300-400r/min；3)将步骤1)得到的复合添加剂和步骤2)得到的木塑颗粒混合均匀后，加入双螺杆挤出机中进行挤出成型，得到聚烯烃木塑复合材料。

对比例3

配制方法：1)将铝钛复合偶联剂、改性剂、单甘脂、活性炭、硅酸钙、硅藻土和硫酸银加入到混合机中混合，混合温度为45℃，混匀后得到复合添加剂；2)将废旧聚烯烃塑料破碎成不规则的片料，干燥得到废旧聚烯烃片料，将废旧聚烯烃片料加入到混合机中，升温至100℃加入木粉和稻糠，搅拌混合25min，使废旧聚烯烃片料、木粉和稻糠混合均匀，冷却至40℃，得到的混合物置于双螺杆造粒机中进行造粒，双螺杆的转速为250-300r/min，喂料转速300-400r/min；3)将步骤1)得到的复合添加剂和步骤2)得到的木塑颗粒混合均匀后，加入双螺杆挤出机中进行挤出成型，得到聚烯烃木塑复合材料。

对比例4

配制方法：1)将铝钛复合偶联剂、改性剂、单甘脂、活性炭、硅酸钙、硅藻土和硫酸银按顺序加入到混合机中混合，混合温度为45℃，混匀后得到复合添加剂；2)将废旧聚烯烃塑料破碎成不规则的片料，干燥得到废旧聚烯烃片料，将废旧聚烯烃片料置于双螺杆造粒机中进行造粒得到塑料颗粒，双螺杆的转速为250-300r/min，喂料转速300-400r/min；3)将塑料颗粒、木粉、稻糠和复合添加剂在110-120℃下混合均匀后，加入双螺杆挤出机中进行挤出成型，得到聚烯烃木塑复合材料。

将实施例1-3和对比例1-4所得聚烯烃木塑复合材料的性能进行测试，结果如下表1。

其中，聚烯烃木塑复合材料的抗弯强度、拉伸强度物理性能指标按《GB/T24137-2009木塑装饰板》测试。

表1聚烯烃木塑复合材料性能测试结果

实施例	抗弯强度(MPa)	拉伸强度(MPa)	吸水膨胀率(％)
				实施例1	27.5	36.8	0.12
实施例2	28.2	37.5	0.10
				实施例3	26.9	35.4	0.14
对比例1	20.6	26.6	0.75
				对比例2	19.7	24.7	0.81
对比例3	23.2	28.5	0.68
				对比例4	19.3	23.2	0.97

从上表中的数据可知，采用本发明的原料及制备方法得到的聚烯烃木塑复合材料与对比例相比，其具有较高的抗弯强度和拉伸强度，同时又具有优异的耐水性。与对比例1相比，本发明所得的聚烯烃木塑复合材料的抗弯强度、拉伸强度均高于对比例1，吸水膨胀率低于对比例1，说明加入单甘脂所得聚烯烃木塑复合材料的力学性能及耐水性都会提高；与对比例2相比，本发明所得的聚烯烃木塑复合材料的抗弯强度、拉伸强度均高于对比例2，吸水膨胀率低于对比例2，说明加入单甘脂和银盐作为复合添加剂中的一种，所得聚烯烃木塑复合材料的力学性能及耐水性都会提高；与对比例3相比，本发明所得的聚烯烃木塑复合材料的抗弯强度、拉伸强度均高于对比例3，吸水膨胀率低于对比例3，说明本发明将复合添加剂中的各原料按一定的顺序加入，控制在一定的温度下加入木粉和稻糠，然后升高温度使三者混匀，严格控制废旧聚烯烃片料、木粉和稻糠混合温度得到的聚烯烃木塑复合材料具有优异的力学性能，同时又具有较低的吸水率；与对比例4相比，本发明所得的聚烯烃木塑复合材料的抗弯强度、拉伸强度均高于对比例4，吸水膨胀率低于对比例4，说明本发明将塑料和木质材料得到的混合物造粒，再与复合添加剂混合，使得木质材料与塑料之间的界面相容性得到提高，界面粘结力强，最终得到的聚烯烃木塑复合材料的性能优异。

Claims

1.一种聚烯烃木塑复合材料，其特征在于，包括如下质量百分含量的各组份：废旧聚烯烃片料25-32％，木粉30-35％，稻糠30-35％，复合添加剂3-10％；

2.如权利要求1所述的聚烯烃木塑复合材料，其特征在于，包括如下质量百分含量的各组份：废旧聚烯烃片料30％，木粉35％，稻糠30％，复合添加剂5％。

3.如权利要求1或2所述的聚烯烃木塑复合材料，其特征在于，所述复合添加剂包括如下质量百分含量的各组份：铝钛复合偶联剂2％，改性剂3％，单甘脂5％，活性炭10％，硅酸钙68％，硅藻土9％，银盐3％。

4.如权利要求1或2所述的聚烯烃木塑复合材料，其特征在于，所述改性剂为多元醇酯聚合加工改性剂JL-M01。

5.如权利要求1或2所述的聚烯烃木塑复合材料，其特征在于，所述银盐为氯化银、硫酸银、硝酸银中的一种。

6.如权利要求1或2所述的聚烯烃木塑复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的聚烯烃木塑复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述废旧聚烯烃片料的大小为1-3cm。

8.如权利要求6或7所述的聚烯烃木塑复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述废旧聚烯烃片料、木粉和稻糠混合的时间为20-30min。

9.如权利要求6或7所述的聚烯烃木塑复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述双螺杆的转速为250-300r/min，喂料转速300-400r/min。