CN109161220A - 一种高性能木塑托盘的制备方法 - Google Patents

一种高性能木塑托盘的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及塑料制品加工技术领域，具体公开了一种高性能木塑托盘的制备方法，包括如下步骤：将棉杆晒干后粉碎，用NaOH溶液浸泡，烘干后，得到棉杆粉；将棉杆粉、马来酸酐、PP蜡、过氧化二异丙苯混合均匀后，放入混炼器中,混炼，得到改性棉杆粉；将改性棉杆粉、高密度聚乙烯、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸钠、偶氮二异丁腈、苯甲酸钠、二苯胺、抗氧剂1790、白云母、纳米碳酸钙、黑母粒、玻璃纤维加入到混料机中混合均匀，得到混合料；将混合料送入平行双螺杆挤出机中进行熔融共混并造粒，得到粒料；将粒料注入模具内，挤压成型，冷却、修整、定型后，得到高性能木塑托盘。本发明制备的高性能托盘韧性好、强度高。

Description

一种高性能木塑托盘的制备方法
技术领域
本发明涉及塑料制品加工技术领域，尤其涉及一种高性能木塑托盘的制备方法。
背景技术
目前，市场上托盘主要是木制托盘和塑料托盘，木质托盘对木材的需求量较大，不利于保护森林资源，另外还需要进行熏蒸或高温消毒处理；而塑料托盘普遍存在的问题就是托盘的刚度不够，应用于货架存放时容易发生蠕变现象。木塑复合材料托盘是使用木粉或植物纤维填充热塑性塑料树脂或热塑性塑料塑料再生料，添加部分相关改性剂，经挤出注塑成型而成，此类产品可以替代相应木质托盘和塑料托盘，由此可节约大量的森林资源，处理掉大量的废旧塑料及木材加工中的废气木粉，可大大有利于保护并改善生态环境，是符合21世纪发展方向的环保新型材料。然而，填充的木粉或植物纤维中含有大量的极性羟基和酚羟基官能团,它们形成分子内和分子间氢键,使木粉或植物纤维具有吸水性,且表面有强极性,而聚烯烃多数为非极性的,具有疏水性,导致二者的界面相容性较差,界面粘结力很小，进而会影响木塑托盘的力学性能。
发明内容
基于背景技术存在的问题，本发明提出了一种高性能木塑托盘的制备方法。本发明制备的高性能托盘韧性好、强度高，而且，使用改性过的棉杆粉相对于使用未改性的棉杆粉制备的托盘，其强度和韧性均有显著提升。
本发明提出了一种高性能木塑托盘的制备方法，包括如下步骤：
S1、将棉杆晒干后粉碎，过筛，得粉料，再将粉料用NaOH溶液浸泡，之后将浸泡过的粉料放入烘干机中，烘干，得到棉杆粉；
S2、将棉杆粉、马来酸酐、PP蜡、过氧化二异丙苯混合均匀后，放入混炼器中,混炼，得到改性棉杆粉；
S3、按重量份将改性棉杆粉55-75份、高密度聚乙烯50-60份、氧化聚乙烯蜡1-2份、硬脂酸钠0.4-2份、偶氮二异丁腈0.8-1.5份、苯甲酸钠0.3-7份、二苯胺0.3-1份、抗氧剂1790 0.3-1份、白云母2.5-6份、纳米碳酸钙1-7份、黑母粒2-4份、玻璃纤维3-7份加入到混料机中混合均匀，得到混合料；
S4、将混合料送入平行双螺杆挤出机中进行熔融共混并造粒，得到粒料；
S5、先在成型模具内涂上脱模剂，预热，然后用塑料注射机将粒料注射到成型模具内，脱模后将成型的托盘进行冷却、修整、定型处理，得到高性能木塑托盘。
优选地，S1中，粉料与NaOH溶液的质量比为4-5:15-20。
优选地，S1的具体操作为：将棉杆晒干后粉碎，过20-200目筛，得粉料，再将粉料用浓度为5-8wt％的NaOH溶液浸泡25-40h，之后将浸泡过的粉料放入烘干机中，烘至含水量低于3％，得到棉杆粉。
优选地，S2中，棉杆粉、马来酸酐、PP蜡、过氧化二异丙苯的质量比为70-80：1-1.2：3-3.5：0.5-0.7。
优选地，S2的具体操作为：将棉杆粉、马来酸酐、PP蜡、过氧化二异丙苯混合均匀后，放入混炼器中,控制温度在165-175℃，并以80-10r/min的转速搅拌，混炼5-8min，得到改性棉杆粉。
优选地，S3中，混料机温度设定为85-95℃，混合时间8-14min。
优选地，S4中，挤出机机筒温度为170-178℃，模头温度为180-195℃。
优选地，S5具体操作为：先在成型模具内涂上脱模剂，预热至48-53℃，然后用塑料注射机将粒料注射到成型模具内，注射机机筒温度为230-245℃，注射压力为80-90MPa，注射时间为4-7秒，脱模后将成型的托盘进行冷却、修整、定型处理，得到高性能木塑托盘。
本发明是通过如下操作来解决木粉或植物纤维与聚烯烃界面相容性差,界面粘结力很小，导致的木塑托盘力学性能差的问题。
首先，本发明棉杆粉碎后用NaOH溶液浸泡改性，NaOH碱溶液能与棉杆纤维表面的果胶、果酸和脂肪酸等成分发生化学反应，使果胶、果酸和脂肪酸等成分发生水解，而棉杆纤维中的纤维素和半纤维素部分在NaOH溶液碱处理的条件下不会发生水解，使得原本光滑平整的纤维表面变得粗糙不平，增加了棉杆纤维与聚乙烯分子接触面，提高了两相的界面浸润性，使界面处形成较深的界面扩散层和较强的机械锚合作用，棉杆纤维和聚乙烯两者结合力增强，达到增加木塑复合材料强度和韧性的作用，具体表现为托盘的力学性能提高。其次，本发明用马来酸酐、PP蜡、过氧化二异丙苯对NaOH处理过的棉杆粉进行混炼改性，使棉杆纤维在马来酸酐的作用下接枝上了PP蜡,增加了棉杆粉的分散均匀性,改善了棉杆粉与高密度聚乙烯的相容性,提高了二者之间的界面黏合力,进而提高所制托盘的力学性能。另外，过氧化二异丙苯能引发高密度聚乙烯接枝马来酸酐以提高塑料基体与棉杆粉之间的界面相互作用，使木塑材料乃至托盘的强度和韧性提高，而且，过氧化二异丙苯又会引发高密度聚乙烯发生部分交联，使木塑材料基体强度和刚性增加，进而提高托盘的力学性能。通过检测实验可知，使用NaOH溶液以及马来酸酐、PP蜡、过氧化二异丙苯改性过的棉杆粉相对于使用未改性的棉杆粉制备的托盘，其强度和韧性均有显著提升。
为了制得性能更好的木塑托盘，本发明还添加了适量的其它助剂。其中，氧化聚乙烯蜡、硬脂酸钠的加入可以降低原料之间以及原料与加工机械之间的摩擦阻力，改善流动性，促进加工成型，并提高制品的表面质量；加入二苯胺、抗氧剂1790可以阻止产品的老化延长其使用寿命；白云母属于无机刚性粒子，其加入能显著地提高托盘的刚度，而且白云母具有独特的二维片状结构，分散在聚丙烯基体中，白云母粒子可以作为应力集中物，起到增强托盘韧性的作用；纳米碳酸钙可提高托盘的强度和韧性，也可作为物理防护剂防止棉杆纤维发生高温热氧化；玻璃纤维为增强纤维，能提高托盘物理力学性能，还可改善木塑复合材料的尺寸稳定性和耐热性；黑母粒的加入不仅能将托盘着色，使产品色泽均匀，而且能增强的它的耐老化性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明技术方案进行详细说明。
实施例1
一种高性能木塑托盘的制备方法，包括如下步骤：
S1、将棉杆晒干后粉碎，过筛，得粉料，再将粉料用NaOH溶液浸泡，之后将浸泡过的粉料放入烘干机中，烘干，得到棉杆粉；
S2、将棉杆粉、马来酸酐、PP蜡、过氧化二异丙苯混合均匀后，放入混炼器中,混炼，得到改性棉杆粉；
S3、按重量份将改性棉杆粉55份、高密度聚乙烯60份、氧化聚乙烯蜡1份、硬脂酸钠2份、偶氮二异丁腈0.8份、苯甲酸钠7份、二苯胺0.3份、抗氧剂1790 1份、白云母2.5份、纳米碳酸钙7份、黑母粒2份、玻璃纤维7份加入到混料机中混合均匀，得到混合料；
S4、将混合料送入平行双螺杆挤出机中进行熔融共混并造粒，得到粒料；
S5、先在成型模具内涂上脱模剂，预热，然后用塑料注射机将粒料注射到成型模具内，脱模后将成型的托盘进行冷却、修整、定型处理，得到高性能木塑托盘。
实施例2
一种高性能木塑托盘的制备方法，包括如下步骤：
S1、将棉杆晒干后粉碎，过筛，得粉料，再将粉料用NaOH溶液浸泡，之后将浸泡过的粉料放入烘干机中，烘干，得到棉杆粉；
S2、将棉杆粉、马来酸酐、PP蜡、过氧化二异丙苯混合均匀后，放入混炼器中,混炼，得到改性棉杆粉；
S3、按重量份将改性棉杆粉75份、高密度聚乙烯50份、氧化聚乙烯蜡2份、硬脂酸钠0.4份、偶氮二异丁腈1.5份、苯甲酸钠0.3份、二苯胺1份、抗氧剂1790 0.3份、白云母6份、纳米碳酸钙1份、黑母粒4份、玻璃纤维3份加入到混料机中混合均匀，得到混合料；
S4、将混合料送入平行双螺杆挤出机中进行熔融共混并造粒，得到粒料；
S5、先在成型模具内涂上脱模剂，预热，然后用塑料注射机将粒料注射到成型模具内，脱模后将成型的托盘进行冷却、修整、定型处理，得到高性能木塑托盘。
实施例3
一种高性能木塑托盘的制备方法，包括如下步骤：
S1、将棉杆晒干后粉碎，过20目筛，得粉料，再将粉料用浓度为8wt％的NaOH溶液浸泡25h，之后将浸泡过的粉料放入烘干机中，烘至含水量低于3％，得到棉杆粉；粉料与NaOH溶液的质量比为5:15；
S2、将棉杆粉、马来酸酐、PP蜡、过氧化二异丙苯按质量比70：1.2：3：0.7混合均匀后，放入混炼器中,控制温度在165℃，并以10r/min的转速搅拌，混炼5min，得到改性棉杆粉；
S3、按重量份将改性棉杆粉65份、高密度聚乙烯55份、氧化聚乙烯蜡1.5份、硬脂酸钠1.2份、偶氮二异丁腈1.1份、苯甲酸钠4份、二苯胺0.6份、抗氧剂1790 0.6份、白云母4份、纳米碳酸钙4份、黑母粒3份、玻璃纤维5份加入到混料机中混合均匀，得到混合料；混料机温度设定为85℃，混合时间14min；
S4、将混合料送入平行双螺杆挤出机中进行熔融共混并造粒，得到粒料；挤出机机筒温度为170℃，模头温度为195℃；
S5、先在成型模具内涂上脱模剂，预热至48℃，然后用塑料注射机将粒料注射到成型模具内，注射机机筒温度为245℃，注射压力为80MPa，注射时间为7秒，脱模后将成型的托盘进行冷却、修整、定型处理，得到高性能木塑托盘。
实施例4
一种高性能木塑托盘的制备方法，包括如下步骤：
S1、将棉杆晒干后粉碎，过200目筛，得粉料，再将粉料用浓度为5wt％的NaOH溶液浸泡40h，之后将浸泡过的粉料放入烘干机中，烘至含水量低于3％，得到棉杆粉；粉料与NaOH溶液的质量比为4:20；
S2、将棉杆粉、马来酸酐、PP蜡、过氧化二异丙苯按质量比80：1：3.5：0.5混合均匀后，放入混炼器中,控制温度在175℃，并以80r/min的转速搅拌，混炼8min，得到改性棉杆粉；
S3、按重量份将改性棉杆粉75份、高密度聚乙烯50份、氧化聚乙烯蜡2份、硬脂酸钠0.4份、偶氮二异丁腈1.5份、苯甲酸钠0.3份、二苯胺1份、抗氧剂1790 0.3份、白云母6份、纳米碳酸钙1份、黑母粒4份、玻璃纤维3份加入到混料机中混合均匀，得到混合料；混料机温度设定为95℃，混合时间8min；
S4、将混合料送入平行双螺杆挤出机中进行熔融共混并造粒，得到粒料；挤出机机筒温度为178℃，模头温度为180℃；
S5、先在成型模具内涂上脱模剂，预热至53℃，然后用塑料注射机将粒料注射到成型模具内，注射机机筒温度为230℃，注射压力为90MPa，注射时间为4秒，脱模后将成型的托盘进行冷却、修整、定型处理，得到高性能木塑托盘。
对比例
省去步骤S1和S2，直接用棉杆粉替换改性棉杆粉，然后按照实施例4中步骤S3、S4、S5制备得到木塑托盘。
性能测试
检测实施例1-4以及对比例制备的托盘的拉伸强度、弯曲断裂强度、抗冲击韧性，结果如下表所示：
由上表可知，本发明制备的高性能托盘韧性好、强度高，而且，使用改性过的棉杆粉相对于使用未改性的棉杆粉制备的托盘，其强度和韧性均有显著提升。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高性能木塑托盘的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将棉杆晒干后粉碎，过筛，得粉料，再将粉料用NaOH溶液浸泡，之后将浸泡过的粉料放入烘干机中，烘干，得到棉杆粉；
S2、将棉杆粉、马来酸酐、PP蜡、过氧化二异丙苯混合均匀后，放入混炼器中,混炼，得到改性棉杆粉；
S3、按重量份将改性棉杆粉55-75份、高密度聚乙烯50-60份、氧化聚乙烯蜡1-2份、硬脂酸钠0.4-2份、偶氮二异丁腈0.8-1.5份、苯甲酸钠0.3-7份、二苯胺0.3-1份、抗氧剂17900.3-1份、白云母2.5-6份、纳米碳酸钙1-7份、黑母粒2-4份、玻璃纤维3-7份加入到混料机中混合均匀，得到混合料；
S4、将混合料送入平行双螺杆挤出机中进行熔融共混并造粒，得到粒料；
S5、先在成型模具内涂上脱模剂，预热，然后用塑料注射机将粒料注射到成型模具内，脱模后将成型的托盘进行冷却、修整、定型处理，得到高性能木塑托盘。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1中，粉料与NaOH溶液的质量比为4-5:15-20。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，S1的具体操作为：将棉杆晒干后粉碎，过20-200目筛，得粉料，再将粉料用浓度为5-8wt％的NaOH溶液浸泡25-40h，之后将浸泡过的粉料放入烘干机中，烘至含水量低于3％，得到棉杆粉。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，S2中，棉杆粉、马来酸酐、PP蜡、过氧化二异丙苯的质量比为70-80：1-1.2：3-3.5：0.5-0.7。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，S2的具体操作为：将棉杆粉、马来酸酐、PP蜡、过氧化二异丙苯混合均匀后，放入混炼器中,控制温度在165-175℃，并以80-10r/min的转速搅拌，混炼5-8min，得到改性棉杆粉。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，S3中，混料机温度设定为85-95℃，混合时间8-14min。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，S4中，挤出机机筒温度为170-178℃，模头温度为180-195℃。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，S5具体操作为：先在成型模具内涂上脱模剂，预热至48-53℃，然后用塑料注射机将粒料注射到成型模具内，注射机机筒温度为230-245℃，注射压力为80-90MPa，注射时间为4-7秒，脱模后将成型的托盘进行冷却、修整、定型处理，得到高性能木塑托盘。
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