CN109181160A - 一种基于航空废弃物的木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于航空废弃物的木塑复合材料及其制备方法，该木塑复合材料包括如下重量百分比的组分：航空废旧塑料混合物50～75%、PE颗粒10～20%、木粉10～30%、润滑剂2～4%、相容剂0.5～1%、稳定剂2～3%、染色剂1～2%；上述组分的重量百分比之和为100%；废旧塑料混合物由如下重量份的成分组成：PVC材25～30份、PP材10～15份和纸质纤维15～30份本发明的材料外观平滑，无裂纹、划痕，静曲强度为21‑29Mpa，硬度为59‑62HRR，符合行业标准。本发明扩宽固体废弃物的资源化利用的方式，提高了航空废弃物中废旧塑料的利用率，具有环保性。

Description

一种基于航空废弃物的木塑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种木塑复合材料，尤其是一种基于航空废弃物的木塑复合材料，还涉及其制备方法，属于木塑材料生产加工领域。
背景技术
木塑复合材料是指以植物纤维和热塑性聚合物为基础原料，通过熔融加工挤压成型而形成的新型复合材料。其中植物纤维包括以锯末、木屑、刨花等为代表的木本材料和以稻草、麦秸秆、棉秸秆等为代表草本材料。热塑性聚合物包括聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)等为代表的塑料，木塑复合材料具有木质材料和塑料的双重性能，当利用废旧塑料与木材加工产生废渣或者农废秸秆作为原料时，使得木塑复合材料在资源化利用与环保方面具有突出的优势，符合绿色经济发展的趋势。
为确保木塑复合材料生产过程中的工艺稳定性和产品质量，通常选用的热塑性聚合物都是经过挑选的单一品种的废旧塑料。中国专利“一种PVC木塑复合材料及其加工成型方法”，(公开号为CN103351557 A),公开了一种单一使用PVC作为热塑聚合物生产木塑复合材料的方法。然而，在我国，由于垃圾混合收集的背景，导致回收的废塑料大多都是混合了几种塑料的混合料，如果将其按照品种进一步进行分选，则难度大，成本高。因此将废旧塑料混合物进行直接利用的方式是较为常见或更加经济的。由于废旧塑料混合物中各种塑料组分之间的性能差异和各塑料的比重成分差异造成了废旧塑料混合物的物理化学性能变化较大。使用这种废旧塑料混合物作为原料生产的木塑复合材料容易造成产品性能不稳定而影响产品质量。
目前，行业内对废旧塑料的利用是提高固体废弃物资源化利用率的重要手段之一，航空废弃物指民航客机上旅客产生的生活垃圾，相对于城市生活垃圾而言，由于其来源渠道特殊，收集运输渠道避免了与其他垃圾的混合，获得的各种塑料废弃物的品质较高，组份也相对稳定，对后续的分选、加工及再利用难度也降低，可很好的用于木塑复合材料的生产。
发明内容
针对上述需要解决的技术问题，本发明提供一种基于航空废弃物的木塑复合材料及其制备方法，在保证产品的强度和硬度的同时，扩宽固体废弃物的资源化利用的方式，是提高资源化利用的手段。本发明的技术方案具体如下：
一种基于航空废弃物的木塑复合材料，包括如下重量百分比的组分：
航空废旧塑料混合物50～75％、PE颗粒10～20％、木粉10～30％、润滑剂 2～4％、相容剂0.5～1％、稳定剂2～3％、染色剂1～2％；上述组分的重量百分比之和为100％；废旧塑料混合物由如下重量份的成分组成：PVC材25～30份、 PP材10～15份和纸质纤维15～30份。
进一步地，PE颗粒是PE类的塑料袋、饮料瓶，经过洗净、破碎、熔炼、造粒制成。
进一步地，所述稳定剂为热稳定剂。
进一步地，所述热稳定剂为轻质碳酸钙粉和1801中的一种或两种。
进一步地，所述润滑剂为EBS和PE蜡中的一种或两种。
进一步地，所述的相容剂为马来酸酐接枝相容剂。
本发明还涉及的基于航空废弃物的木塑复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤(1)将废弃物中的塑料制品分选出，进行以下处理：
PE材，分选后洗净、破碎、进行熔炼造粒，制成PE颗粒；
PVC材，分选后洗净，破碎至≤2mm的片状；
PP材，分选后洗净，破碎至≤2mm的片状；
纸铝、纸塑复合材料的纸制品，分选后洗净，粉碎至≤2mm碎末状，作为纸质纤维备用；
步骤(2)制备废旧塑料混合物：
将步骤(1)处理后的物料按如下重量份混合：PVC材25～30份、PP材10～ 15份和纸质纤维15～30份，得到废旧塑料混合物；
步骤(3)将重量百分比为10～20％的PE颗粒、50～75％的废旧塑料混合物、 10～30％木粉加入高速混合机进行搅拌，升温至80～100℃，混合搅拌20～ 30min，充分排出水分，再加入2～4％的润滑剂、0.5～1％的相容剂、2～3％的稳定剂、1～2％染色剂，混合搅拌5～10min，再将混合完成的物料移至低速混合机，混合搅拌冷却；
步骤(4)将步骤(3)制得的混合物料通过挤出机挤出造粒，得到颗粒物质；
步骤(5)将步骤(4)制得的颗粒物质加入锥形双螺杆机挤出机挤出，通过不同形状的模具成型为不同形状的木塑复合材料，最后根据需求分切成一定的长度。
进一步地，步骤(4)中，造粒机温度工艺条件如表1所示：
表1造粒机温度工艺条件
加热段 机筒1区 机筒2区 机筒3区 机筒4区 机筒5区 机筒6区 机筒7区 机筒8区 机筒9区
温度/℃ 100-120 120-150 150-170 160-180 180-200 160-180 130-150 120-140 110-130
进一步地，步骤(5)中，挤出机温度工艺条件如表2所示：
表2挤出机温度工艺条件
加热段 机筒1区 机筒2区 机筒3区 机筒4区 合流芯区 模具1区 模具2区 模具3区 模具4区
温度/℃ 170-190 150-170 140-160 130-150 120-140 140-150 140-150 140-150 140-150
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明的材料外观平滑，无裂纹、划痕，静曲强度为21-29Mpa,硬度为59-62HRR，符合LY/T1613-2004标准，扩宽固体废弃物的资源化利用的方式。
(2)本发明的航空废弃物在复合材料中占比高达50-75％，航空废弃物的垃圾组份相对稳定，其中各种塑料制品的品质较高，组份也相对稳定，对后续的分选、加工及再利用减少了难度。本发明的航空废弃物中，PVC材、PP材和纸质纤维按本发明的配比配合，配合适量的润滑剂、相容剂、稳定剂，使得内部结构达到足够强度，得到的产品能够满足强度要求。
(3)本发明扩宽固体废弃物的资源化利用的方式，提高了航空废弃物中废旧塑料的利用率，具有环保性。
具体实施方式
下面通过给出的实施例具体的对本发明进行描述，以帮助本领域的技术人员理解本发明，本领域的技术人员对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例的基于航空废弃物的木塑复合材料，包括如下重量百分比的组分：
航空废旧塑料混合物60％、PE颗粒20％、60目的松木粉12.8％、PE蜡2％、马来酸酐1％、轻质碳酸钙粉2.2％、现有的染色剂2％；上述组分的重量百分比之和为100％；废旧塑料混合物由如下重量份的成分组成：PVC塑料饭盒破碎料 25份、PP瓶盖10份和纸质纤维25份。
本实施例的基于航空废弃物的木塑复合材料，包括如下步骤：
步骤(1)将废弃物中的塑料制品分选出，进行以下处理：
从航空废弃物中分选出PE材质的塑料袋、饮料瓶等制品，去杂、洗净后破碎至块状，然后放入双螺旋挤出造粒，成型后为3-5mm的颗粒状。
航空废弃物中分成出的PVC材质的一次性塑料饭盒等制品，先通过振筛将粘附在饭盒的饭粒、菜渣等分离，再将其初破至5-10mm的片状，再将其洗净、干燥后破碎至≤2mm的碎片状。
航空废弃物中分成出的PP材质的塑料包装盒、饮料瓶盖等制品，去杂、干燥后破碎至≤2mm的碎片状。
航空废弃物中分成出的纸铝材质、纸塑材质的饮料盒、包装盒、纸杯等制品，去杂、干燥后破碎至≤2mm碎末状。
步骤(2)制备废旧塑料混合物
将PVC塑料饭盒破碎料25份、PP瓶盖10份和纸质纤维25份混合，即得到废旧塑料混合物。
步骤(3)将重量百分比为20％的PE颗粒、60％的废旧塑料混合物、12.8％60 目的松木粉木粉加入高速混合机进行搅拌，升温至90℃，混合搅拌20min，充分排出水分，再加入PE蜡2％、马来酸酐1％、轻质碳酸钙粉2.2％、现有的染色剂2％，混合搅拌8min，再将混合完成的物料移至低速混合机，混合搅拌10min，然后冷却至室温。
步骤(4)将步骤(3)制得的混合物料通过造粒机挤出造粒，得到颗粒物质；按以下进行：
将混合好的原料通过螺旋上料机送至造粒机，造粒机为双螺杆结构，螺杆直径为功率为90KW，变频调速，螺杆转速为200rpm。经过挤出造粒，造粒机温度工艺条件如表1所示，然后通过三级风送进行冷却，然后装袋。
表1造粒机温度工艺条件
加热段 机筒1区 机筒2区 机筒3区 机筒4区 机筒5区 机筒6区 机筒7区 机筒8区 机筒9区
温度/℃ 100-120 120-150 150-170 160-180 180-200 160-180 130-150 120-140 110-130
步骤(5)将造好的颗粒通过螺旋上料机送至挤出机，挤出机为锥形双螺杆挤出机，螺杆直径∮100mm，转速：500rpm。高温挤出成型，挤出机温度工艺条件如表2所示，挤出成型后通过水冷和气冷，然后分切成规定的长度，所得到的板材即为木塑复合材料。
表2挤出机温度工艺条件
加热段 机筒1区 机筒2区 机筒3区 机筒4区 合流芯区 模具1区 模具2区 模具3区 模具4区
温度/℃ 170-190 150-170 140-160 130-150 120-140 140-150 140-150 140-150 140-150
实施例2
本实施例的基于航空废弃物的木塑复合材料，包括如下重量百分比的组分：
航空废旧塑料混合物50％、PE颗粒10％、60目的松木粉30％、PE蜡1％、 EBS2％、马来酸酐0.8％、1801 1.2％、轻质碳酸钙粉4％、现有的染色剂1％；上述组分的重量百分比之和为100％；废旧塑料混合物由如下重量份的成分组成： PVC塑料饭盒破碎料15份、PP瓶盖15份和纸质纤维20份。
本实施例的基于航空废弃物的木塑复合材料，包括如下步骤：
步骤(1)与实施例1相同。
(2)制备废旧塑料混合物
将PVC塑料饭盒破碎料15份、PP瓶盖15份和纸质纤维20份混合，即得到废旧塑料混合物。
(3)将重量百分比为10％的PE颗粒、50％的废旧塑料混合物、30％60目的松木粉木粉加入高速混合机进行搅拌，升温至85℃，混合搅拌30min，充分排出水分，再加入PE蜡1％、EBS2％、马来酸酐0.8％、1801 1.2％、轻质碳酸钙粉 4％、现有的染色剂1％，混合搅拌5min，再将混合完成的物料移至低速混合机，混合搅拌10min，冷却至室温。
(4)将步骤(3)制得的混合物料通过挤出机挤出造粒，得到颗粒物质；按以下进行：
将混合好的原料通过螺旋上料机送至造粒机，造粒机为双螺杆结构，螺杆直径为功率为90KW，变频调速，螺杆转速为100rpm。经过经过挤出造粒，造粒机温度工艺条件如表1所示，然后通过三级风送进行冷却，然后装袋。
(5)将造好的颗粒通过螺旋上料机送至挤出机，挤出机为锥形双螺杆挤出机，螺杆直径∮100mm，转速：500rpm。高温挤出成型，挤出机温度工艺条件如表2所示，挤出成型后通过水冷和气冷，然后分切成规定的长度，所得到的板材即为木塑复合材料。
实施例3
本实施例的基于航空废弃物的木塑复合材料，包括如下重量百分比的组分：
航空废旧塑料混合物71％、PE颗粒10％、60目的松木粉10％、EBS4％、马来酸酐0.5％、1801 2.5％、现有的染色剂2％；上述组分的重量百分比之和为100％；废旧塑料混合物由如下重量份的成分组成：PVC塑料饭盒破碎料30份、PP瓶盖 10份和纸质纤维30份。
本实施例的基于航空废弃物的木塑复合材料，包括如下步骤：
步骤(1)与实施例1相同。
(2)制备废旧塑料混合物
将PVC塑料饭盒破碎料30份、PP瓶盖10份和纸质纤维30份混合，即得到废旧塑料混合物。
(3)将重量百分比为10％的PE颗粒、71％的废旧塑料混合物、10％60目的松木粉木粉加入高速混合机进行搅拌，升温至85℃，混合搅拌25min，充分排出水分，再加入EBS4％、马来酸酐0.5％、1801 2.5％、现有的染色剂2％，混合搅拌10min，再将混合完成的物料移至低速混合机，混合搅拌10min，冷却至室温。
(4)将步骤(3)制得的混合物料通过挤出机挤出造粒，得到颗粒物质；按以下进行：
将混合好的原料通过螺旋上料机送至造粒机，造粒机为双螺杆结构，螺杆直径为功率为90KW，变频调速，螺杆转速为500rpm。经过挤出造粒，造粒机工艺温度条件同表1，通过三级风送进行冷却，然后装袋。
(5)将造好的颗粒通过螺旋上料机送至挤出机，挤出机为锥形双螺杆挤出机，螺杆直径∮100mm，转速：20r/min。高温挤出成型，挤出机工艺温度条件同表2，挤出成型后通过水冷和气冷，然后分切成规定的长度，所得到的板材即为木塑复合材料。
通过对实施例1-3制造得到的木塑板材进行性能测量，对比“挤压木塑复合板材”LY/T 1613-2004的相关标准项得到结果如表3所示：
表3性能参数对比表
对比例1为在实施例1的基础上，将航空废旧塑料混合物用量降低到40-45％，相应提高木粉用量，得到的产品有裂纹，静曲强度较低，硬度不符合要求。
对比例2为在实施例1的基础上，航空废旧塑料单一的为PVC材，虽然外观平滑，无裂纹、划痕，但是静曲强度和硬度都不符合要求。
可见，航空废旧塑料混合物的用量和各个成分的配比至关重要。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于航空废弃物的木塑复合材料，其特征在于：包括如下重量百分比的组分：
航空废旧塑料混合物50～75％、PE颗粒10～20％、木粉10～30％、润滑剂2～4％、相容剂0.5～1％、稳定剂2～3％、染色剂1～2％；上述组分的重量百分比之和为100％；废旧塑料混合物由如下重量份的成分组成：PVC材25～30份、PP材10～15份和纸质纤维15～30份。
2.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于：PE颗粒是PE类的塑料袋、饮料瓶，经过洗净、破碎、熔炼、造粒制成。
3.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于：所述稳定剂为热稳定剂。
4.根据权利要求3所述的木塑复合材料，其特征在于：所述热稳定剂为轻质碳酸钙粉和1801中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于：所述润滑剂为EBS和PE蜡中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于：所述的相容剂为马来酸酐接枝相容剂。
7.一种基于航空废弃物的木塑复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤(1)将废弃物中的塑料制品分选出，进行以下处理：
PE材，分选后洗净、破碎、进行熔炼造粒，制成PE颗粒；
PVC材，分选后洗净，破碎至≤2mm的片状；
PP材，分选后洗净，破碎至≤2mm的片状；
纸铝、纸塑复合材料的纸制品，分选后洗净，粉碎至≤2mm碎末状，作为纸质纤维备用；
步骤(2)制备废旧塑料混合物：
将步骤(1)处理后的物料按如下重量份混合：PVC材25～30份、PP材10～15份和纸质纤维15～30份，得到废旧塑料混合物；
步骤(3)将重量百分比为10～20％的PE颗粒、50～75％的废旧塑料混合物、10～30％木粉加入高速混合机进行搅拌，升温至80～100℃，混合搅拌20～30min，充分排出水分，再加入2～4％的润滑剂、0.5～1％的相容剂、2～3％的稳定剂、1～2％染色剂，混合搅拌5～10min，再将混合完成的物料移至低速混合机，混合搅拌冷却；
步骤(4)将步骤(3)制得的混合物料通过挤出机挤出造粒，得到颗粒物质；
步骤(5)将步骤(4)制得的颗粒物质加入锥形双螺杆机挤出机挤出，通过不同形状的模具成型为不同形状的木塑复合材料，最后根据需求分切成一定的长度。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，造粒机温度工艺条件如表1所示：
表1造粒机温度工艺条件
加热段 机筒1区 机筒2区 机筒3区 机筒4区 机筒5区 机筒6区 机筒7区 机筒8区 机筒9区 温度/℃ 100-120 120-150 150-170 160-180 180-200 160-180 130-150 120-140 110-130
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，挤出机温度工艺条件如表2所示：
表2挤出机温度工艺条件
加热段 机筒1区 机筒2区 机筒3区 机筒4区 合流芯区 模具1区 模具2区 模具3区 模具4区 温度/℃ 170-190 150-170 140-160 130-150 120-140 140-150 140-150 140-150 140-150
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