CN108976645A - 一种纳米木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种纳米木塑复合材料，包含以下重量份数的原料成分：PVC树脂50‑70份、硫酸氢钠或硫酸氢钾溶液1‑3份、轻质碳酸钙1‑2份、木粉25‑45份、表面活性剂0.01‑0.05份、增塑剂1‑5份、稳定剂2‑6份、改性阻燃剂10‑20份、耐磨助剂1‑3份、抗氧剂0.1‑0.5份、润滑剂1‑3份、防腐抗菌剂1‑3份、增韧剂5‑10份、改性纳米碳晶0.5‑3份，纳米银锌复合材料1‑5份。添加的改性纳米碳晶，能提高木塑复合材料的力学性能，降低其吸水性，其拉伸强度高，吸水率低、含水率低、尺寸稳定性好，耐磨、耐腐蚀、耐老化、使用寿命长，其绿色环保，可以替代木材来使用，降低木材资源的消耗。

Description

一种纳米木塑复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及木塑复合材料制备领域，具体涉及一种纳米木塑复合材料及其制备方法。

背景技术

木塑复合材料是用木纤维或植物纤维填充、增强的改性热塑性材料，经挤出或压制成型为型材、板材或其他制品，替代木材和塑料制品。制备木塑复合材料的塑料基体主要为热塑性塑料，常用的有聚丙烯 (PP)、聚乙烯 (PE)、聚氯乙烯 (PVC)、聚苯乙烯 (PS) 等。植物纤维则作为一种增强材料用于热塑性塑料中，其优点是比强度高、 硬度低、对加工设备磨损小。木塑复合材料兼具木材和塑料的优点，故已广泛地应用于建筑、家具、物流、汽车等许多行业。

由于木材和塑料是高绝缘性材料，使得木塑复合材料的传热性能很弱。提高木塑复合材料的导电导热性能，可以使得木塑复合材料得到更为广泛的应用。比如木塑复合地板如果具有良好的非绝缘导热性能，一方面可以防静电，减少灰尘的附着，增加美感，另一方面我国北方地区铺设该地板后采用地板辐射取暖的效果更加明显，可节约大量资源。

其次传统的木塑材料易滋生细菌，很容易在潮湿环境下腐烂，即使涂有防腐剂等材料，但效果也不是很明显。而目前，利用纳米二氧化硅，纳米碳酸钙，纳米纤维及塑料复合，制备出高模量，高强度纳米木塑复合材料，虽然能满足力学性能要求，但其密度偏高，通常为木材密度的2.3倍，自重较高，产品的安装费用也相对较高，无法满足实际要求。

因此，如何开发出一种导热导电，高强度，防静电以及能提高木塑复合材料的相容性、抗菌防霉性能是在研究木塑复合材料中应当考虑和予以解决的问题。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明针对克服现有技术中的缺陷，提供一种纳米木塑复合材料及其制备方法。

本发明的技术解决方案是：一种纳米木塑复合材料，包含以下重量份数的原料成分：PVC树脂50-70份、硫酸氢钠或硫酸氢钾溶液1-3份、轻质碳酸钙1-2份、木粉25-45份、表面活性剂0.01-0.05份、增塑剂1-5份、稳定剂2-6份、改性阻燃剂10-20份、耐磨助剂1-3份、抗氧剂0.1-0.5份、润滑剂1-3份、防腐抗菌剂1-3份、增韧剂5-10份、改性纳米碳晶20-30份，纳米银锌复合材料1-5份。

本发明的进一步改进在于：所述纳米银锌复合材料包含硝酸银、七水合硫酸锌、二水合草酸和水，其比例为0.1:10:5:200。

采用纳米银锌复合材料对木粉进行改性，能够提高木塑材料的抗菌防霉性能。

本发明的进一步改进在于：所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1070、抗氧剂168中的至少一种。

抗氧化剂一方面可以保护高温加工过程中的树脂和木粉，另一方面可以减缓使用过程中木塑复合材料在空气中的氧化降解。

本发明的进一步改进在于：所述增韧剂为增韧剂 Vistamaxx6102、增韧剂Vistamaxx6202、增韧剂 POE8480 和增韧剂 POE8402 中的一种或者几种。

加入的增塑剂进一步提高了树脂粒子和木质纤维的相容性，提高了成品的综合性能。

本发明的进一步改进在于：所述改性阻燃剂为硅氧烷、改性的聚磷酸铵、磷杂菲化合物、改性的铝镁化合物及十六烷基三甲基溴化铵、改性纳米蒙脱土中的一种或几种。

采用改性的阻燃剂，在添加少量改性阻燃剂的情况下，木塑复合材料的阻燃性能大大提升，因此降低了成本。

本发明的进一步改进在于：所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、聚乙烯蜡中的至少一种。

在木塑复合材料的合成过程中使用润滑剂，可以改善加工过程中熔体流动性能，提高生产效率和的外观。

本发明的进一步改进在于：所述改性纳米碳晶是将纳米短碳纤维置于碱性溶液中溶解，超声处理后分离，再置于 1-3mol/L 的碳酸氢铵溶解质中，经阳极氧化表面处理后，取出用乙醇清洗干净， 烘干，最后置于高能球磨机中粉碎，得到改性纳米碳晶。

降纳米短碳纤维经电化学氧化作用下，碳纤维的表面引入大量的活性官能团，且活性碳原子数增加，提高了自身的电热转换率。

本发明的进一步改进在于：所述表面活性剂为六偏磷酸钠或者十二烷基苯磺酸钠，所述防腐抗菌剂为二氯辛基异噻唑啉酮，所述耐磨助剂为氮化碳。

二氯辛基异噻唑啉酮具有非常好的杀菌抗菌效果，且效果可持续很久，不会对人体造成伤害，即使是直接接触。

本发明的进一步改进在于：制备如上纳米木塑复合材料，具体包括如下步骤：

a. 将按照上述配方比例称取的纳米银锌复合材料和表面活性剂放入研磨机进行研磨，研磨 6-8小时，得到分散均匀的纳米银锌复合物水溶液；

b. 将木粉进行烘干，使得所述木粉的含水率小于1％

c. 将上述纳米银锌复合物水溶液倒入木粉中，搅拌均匀，并恒温80℃-120℃烘干，得到改性木粉；

d.将烘干后的改性木粉和PVC树脂、硫酸氢钠或硫酸氢钾溶液、轻质碳酸钙、增塑剂、稳定剂、改性阻燃剂、耐磨助剂、抗氧剂、润滑剂、防腐抗菌剂、增韧剂、改性纳米碳晶按其重量份数值进行混合，制得木塑混合料，并加热至100-120℃搅拌5-10min，然后冷却至40-60℃，放入料筒；

e.将步骤d中的得到的木塑混合料加入挤出机，挤出造粒得到木塑复合颗粒，挤出温度为140-180℃、螺杆转速为 30-80rpm，挤出后经热压成型、牵引和切割，即得纳米木塑复合材料。

上述方法中，挤出机的类型无严格要求，可选用单螺杆挤出机，也可以为双螺杆挤出机，作为优选，所述的挤出机为双螺杆挤出机。由于双螺杆挤出机是靠正位移原理输送物料，因此可以加入粘度很高或很低的物料以及带状料、糊状料、粉料等。而且，物料在双螺杆挤出机中停留时间短，滞留时间分布窄，因此双螺杆挤出机适于加工热敏性物料。除此而外，双螺杆挤出机还具有优异的混合、塑化效果，且功耗低。

本发明的有益效果是：本发明提供一种纳米木塑复合材料及其制备方法，其制备的纳米木塑复合材料抗弯强度高，添加的改性纳米碳晶，其电热转换率高、升温速率快 发热均匀，防水耐磨，使用性好，能释放远红外波，提高人体的免疫机能和提高木塑复合材料的力学性能，降低其吸水性，其拉伸强度高，吸水率低、含水率低、尺寸稳定性好，耐磨、 耐腐蚀、耐老化、使用寿命长，其绿色环保，可以替代木材来使用，降低木材资源的消耗，且具有较好的机械性能和抗菌防霉性能，提高了木塑材质的强度以及良好的抗菌性、不易虫蛀，满足了行业发展需要。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

实施例1：

本实施例提供本发明的技术解决方案是：一种纳米木塑复合材料，包含以下重量份数的原料成分：PVC树脂60份、硫酸氢钠或硫酸氢钾溶液2份、轻质碳酸钙1.5份、木粉35份、表面活性剂0.02份、增塑剂3份、稳定剂4份、改性阻燃剂15份、耐磨助剂2份、抗氧剂0.3份、润滑剂2份、防腐抗菌剂2份、增韧剂7份、改性纳米碳晶25份，纳米银锌复合材料3份。

所述纳米银锌复合材料包含硝酸银、七水合硫酸锌、二水合草酸和水，其比例为0.1:10:5:200，采用纳米银锌复合材料对木粉进行改性，能够提高木塑材料的抗菌防霉性能。

所述抗氧剂为抗氧剂1010，抗氧化剂一方面可以保护高温加工过程中的树脂和木粉，另一方面可以减缓使用过程中木塑复合材料在空气中的氧化降解。

所述增韧剂为增韧剂 Vistamaxx6102，加入的增塑剂进一步提高了树脂粒子和木质纤维的相容性，提高了成品的综合性能。

所述改性阻燃剂为硅氧烷改性的聚磷酸铵，采用改性的阻燃剂，在添加少量改性阻燃剂的情况下，木塑复合材料的阻燃性能大大提升，因此降低了成本。

所述润滑剂为硬脂酸，在木塑复合材料的合成过程中使用润滑剂，可以改善加工过程中熔体流动性能，提高生产效率和的外观。

所述改性纳米碳晶是将纳米短碳纤维置于碱性溶液中溶解，超声处理后分离，再置于 2mol/L 的碳酸氢铵溶解质中，经阳极氧化表面处理后，取出用乙醇清洗干净， 烘干，最后置于高能球磨机中粉碎，得到改性纳米碳晶。

所述表面活性剂为六偏磷酸钠，所述耐磨助剂为氮化碳。

所述防腐抗菌剂为二氯辛基异噻唑啉酮，二氯辛基异噻唑啉酮具有非常好的杀菌抗菌效果，且效果可持续很久，不会对人体造成伤害，即使是直接接触。

制备如上纳米木塑复合材料，具体包括如下步骤：

a. 将按照上述配方比例称取的纳米银锌复合材料和表面活性剂放入研磨机进行研磨，研磨 7小时，得到分散均匀的纳米银锌复合物水溶液；

b. 将木粉进行烘干，使得所述木粉的含水率小于1％

c. 将上述纳米银锌复合物水溶液倒入木粉中，搅拌均匀，并恒温100℃烘干，得到改性木粉；

d.将烘干后的改性木粉和PVC树脂、硫酸氢钠或硫酸氢钾溶液、轻质碳酸钙、增塑剂、稳定剂、改性阻燃剂、耐磨助剂、抗氧剂、润滑剂、防腐抗菌剂、增韧剂、改性纳米碳晶按其重量份数值进行混合，制得木塑混合料，并加热至110℃搅拌8min，然后冷却至50℃，放入料筒；

e.将步骤d中的得到的木塑混合料加入挤出机，挤出造粒得到木塑复合颗粒，挤出温度为160℃、螺杆转速为55rpm，挤出后经热压成型、牵引和切割，即得纳米木塑复合材料。

本实施例的有益效果是：本发明提供一种纳米木塑复合材料及其制备方法，其制备的纳米木塑复合材料抗弯强度高，添加的改性纳米碳晶，其电热转换率高、升温速率快发热均匀，防水耐磨，使用性好，能释放远红外波，提高人体的免疫机能和提高木塑复合材料的力学性能，降低其吸水性，其拉伸强度高，吸水率低、含水率低、尺寸稳定性好，耐磨、耐腐蚀、耐老化、使用寿命长，其绿色环保，可以替代木材来使用，降低木材资源的消耗，且具有较好的机械性能和抗菌防霉性能，提高了木塑材质的强度以及良好的抗菌性、不易虫蛀，满足了行业发展需要。

实施例2：

本实施例提供一种纳米木塑复合材料及其制备方法，包含以下重量份数的原料成分：PVC树脂50份、硫酸氢钠或硫酸氢钾溶液1-3份、轻质碳酸钙1份、木粉25份、表面活性剂0.01份、增塑剂1份、稳定剂2份、改性阻燃剂10份、耐磨助剂1份、抗氧剂0.1份、润滑剂3份、防腐抗菌剂3份、增韧剂10份、改性纳米碳晶20份，纳米银锌复合材料5份。

所述抗氧剂为抗氧剂1070，所述增韧剂为增韧剂 Vistamaxx6202，所述改性阻燃剂为磷杂菲化合物，所述润滑剂为硬脂酸锌，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，所述防腐抗菌剂为二氯辛基异噻唑啉酮，所述耐磨助剂为氮化碳。

制备如上纳米木塑复合材料，具体包括如下步骤：

a. 将按照上述配方比例称取的纳米银锌复合材料和表面活性剂放入研磨机进行研磨，研磨 6小时，得到分散均匀的纳米银锌复合物水溶液；

b. 将木粉进行烘干，使得所述木粉的含水率小于1％

c. 将上述纳米银锌复合物水溶液倒入木粉中，搅拌均匀，并恒温80℃烘干，得到改性木粉；

d.将烘干后的改性木粉和PVC树脂、硫酸氢钠或硫酸氢钾溶液、轻质碳酸钙、增塑剂、稳定剂、改性阻燃剂、耐磨助剂、抗氧剂、润滑剂、防腐抗菌剂、增韧剂、改性纳米碳晶按其重量份数值进行混合，制得木塑混合料，并加热至100℃搅拌10min，然后冷却至40℃，放入料筒；

e.将步骤d中的得到的木塑混合料加入挤出机，挤出造粒得到木塑复合颗粒，挤出温度为140℃、螺杆转速为 30rpm，挤出后经热压成型、牵引和切割，即得纳米木塑复合材料。

实施例3：

一种纳米木塑复合材料，包含以下重量份数的原料成分：PVC树脂70份、硫酸氢钠或硫酸氢钾溶液3份、轻质碳酸钙2份、木粉45份、表面活性剂0.05份、增塑剂5份、稳定剂6份、改性阻燃剂20份、耐磨助剂3份、抗氧剂0.5份、润滑剂1份、防腐抗菌剂1份、增韧剂5份、改性纳米碳晶30份，纳米银锌复合材料1份。

所述抗氧剂为抗氧剂168，所述增韧剂为增韧剂 POE8402，所述改性阻燃剂改性的铝镁化合物，所述润滑剂为聚乙烯蜡，所述表面活性剂为六偏磷酸钠或者十二烷基苯磺酸钠，所述防腐抗菌剂为二氯辛基异噻唑啉酮，所述耐磨助剂为氮化碳。

制备如上纳米木塑复合材料，具体包括如下步骤：

a. 将按照上述配方比例称取的纳米银锌复合材料和表面活性剂放入研磨机进行研磨，研磨8小时，得到分散均匀的纳米银锌复合物水溶液；

b. 将木粉进行烘干，使得所述木粉的含水率小于1％

c. 将上述纳米银锌复合物水溶液倒入木粉中，搅拌均匀，并恒温120℃烘干，得到改性木粉；

d.将烘干后的改性木粉和PVC树脂、硫酸氢钠或硫酸氢钾溶液、轻质碳酸钙、增塑剂、稳定剂、改性阻燃剂、耐磨助剂、抗氧剂、润滑剂、防腐抗菌剂、增韧剂、改性纳米碳晶按其重量份数值进行混合，制得木塑混合料，并加热至120℃搅拌5min，然后冷却至60℃，放入料筒；

e.将步骤d中的得到的木塑混合料加入挤出机，挤出造粒得到木塑复合颗粒，挤出温度为180℃、螺杆转速为 80rpm，挤出后经热压成型、牵引和切割，即得纳米木塑复合材料。

行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种纳米木塑复合材料，其特征在于：包含以下重量份数的原料成分：PVC树脂50-70份、硫酸氢钠或硫酸氢钾溶液1-3份、轻质碳酸钙1-2份、木粉25-45份、表面活性剂0.01-0.05份、增塑剂1-5份、稳定剂2-6份、改性阻燃剂10-20份、耐磨助剂1-3份、抗氧剂0.1-0.5份、润滑剂1-3份、防腐抗菌剂1-3份、增韧剂5-10份、改性纳米碳晶20-30份，纳米银锌复合材料1-5份。

2.一种纳米木塑复合材料，其特征在于：所述纳米银锌复合材料包含硝酸银、七水合硫酸锌、二水合草酸和水，其比例为0.1:10:5:200。

3.一种纳米木塑复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1070、抗氧剂168中的至少一种。

4.一种纳米木塑复合材料，其特征在于：所述增韧剂为增韧剂 Vistamaxx6102、增韧剂Vistamaxx6202、增韧剂 POE8480 和增韧剂 POE8402 中的一种或者几种。

5.一种纳米木塑复合材料，其特征在于：所述改性阻燃剂为硅氧烷、改性的聚磷酸铵、磷杂菲化合物、改性的铝镁化合物及十六烷基三甲基溴化铵、改性纳米蒙脱土中的一种或几种。

6.一种纳米木塑复合材料，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、聚乙烯蜡中的至少一种。

7.一种纳米木塑复合材料，其特征在于：所述改性纳米碳晶是将纳米短碳纤维置于碱性溶液中溶解，超声处理后分离，再置于 1-3mol/L 的碳酸氢铵溶解质中，经阳极氧化表面处理后，取出用乙醇清洗干净， 烘干，最后置于高能球磨机中粉碎，得到改性纳米碳晶。

8.一种纳米木塑复合材料，其特征在于：所述表面活性剂为六偏磷酸钠或者十二烷基苯磺酸钠，所述防腐抗菌剂为二氯辛基异噻唑啉酮，所述耐磨助剂为氮化碳。

9.根据权利要求1-8任一所述的一种纳米木塑复合材料的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

a. 将按照上述配方比例称取的纳米银锌复合材料和表面活性剂放入研磨机进行研磨，研磨 6-8小时，得到分散均匀的纳米银锌复合物水溶液；

b. 将木粉进行烘干，使得所述木粉的含水率小于1％

c. 将上述纳米银锌复合物水溶液倒入木粉中，搅拌均匀，并恒温80℃-120℃烘干，得到改性木粉；

d.将烘干后的改性木粉和PVC树脂、硫酸氢钠或硫酸氢钾溶液、轻质碳酸钙、增塑剂、稳定剂、改性阻燃剂、耐磨助剂、抗氧剂、润滑剂、防腐抗菌剂、增韧剂、改性纳米碳晶按其重量份数值进行混合，制得木塑混合料，并加热至100-120℃搅拌5-10min，然后冷却至40-60℃，放入料筒；

e.将步骤d中的得到的木塑混合料加入挤出机，挤出造粒得到木塑复合颗粒，挤出温度为140-180℃、螺杆转速为 30-80rpm，挤出后经热压成型、牵引和切割，即得纳米木塑复合材料。