CN109467914B - 一种耐磨型塑木复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐磨型塑木复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于功能性塑木材料技术领域，具体涉及一种耐磨型塑木复合材料，并进一步公开其制备方法。本发明所述耐磨型塑木复合材料，以羟基封端的聚酯多元醇、甲苯二异氰酸酯、改性木粉、高密度聚乙烯、二硫化钼、石英砂粉为原料，并添加相容剂、偶联剂和润滑剂为添加剂，原料混匀后通过挤出造粒、挤出成型得到，通过上述制备原料的协同作用，制得的塑木复合材料的耐磨性能、以及吸水率、耐沸水性、静曲强度等性能均较为优良。

Description

一种耐磨型塑木复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于功能性塑木材料技术领域，具体涉及一种耐磨型塑木复合材料，并进一步公开其制备方法。
背景技术
塑木复合材料是利用热塑性塑料，包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯以及它们的共聚物等作为基体材料，用木粉、稻壳、麦秸、玉米杆、花生壳等废弃天然纤维作增强相，再加入少量的化学添加剂和填料，通过一定的加工工艺制作的一种复合材料。它同时具备植物纤维和塑料的优点，具有防腐、防潮、防虫蛀、尺寸稳定性高、不开裂、不翘曲等优点，并具有原料资源化、产品可塑化、使用环保化、成本经济化、回收再生化的特点。塑木复合材料的适用范围十分广泛，几乎可涵盖所有原木、塑料、塑钢、铝合金及其它类似复合材料的使用领域，可广泛用作户外地板、泳池包边、花箱、树池、篱笆、垃圾桶、遮阳板、座凳、椅条、靠背条、休闲桌面、指示牌、宣传栏、横梁、码头铺板、水上通道、扶手、护栏、栅栏、隔断、花架走廊、户外凉亭、露天平台、浴室板、门窗框套、吸音板、顶板等，同时也解决了塑料、木材行业废弃资源的再生利用问题。
目前，常用塑木复合材料基本都是由普通木粉、聚乙烯、普通碳酸钙填料经过挤出加工而成，而由于普通木粉、聚乙烯及碳酸钙硬度及强度都较低，且表面润滑性也不够，导致制得的塑木复合材料在应用过程中很容易被磨损，尤其是用于户外人员密度较大区域的地板时，塑木磨损更为严重，严重影响使用效果。可见，改善塑木复合材料的耐磨性能对于塑木复合材料的应用具有积极的意义。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种耐磨型塑木复合材料，以解决现有技术中塑木复合材料耐磨性能较差的问题；
本发明所要解决的第二个技术问题在于提供上述耐磨塑木复合材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明所述的一种耐磨型塑木复合材料，其制备原料包括如下重量份的组分：
羟基封端的聚酯多元醇12-28重量份；
甲苯二异氰酸酯8-20重量份；
改性木粉22-45重量份；
高密度聚乙烯19-22重量份；
二硫化钼6-14重量份；
石英砂粉15-35重量份；
相容剂2-5重量份；
偶联剂0.5-2重量份；
润滑剂0.5-2重量份。
优选的，所述的耐磨型塑木复合材料，其制备原料包括如下重量份的组分：
羟基封端的聚酯多元醇15重量份；
甲苯二异氰酸酯10重量份；
改性木粉25重量份；
高密度聚乙烯20重量份；
二硫化钼8重量份；
石英砂粉17重量份；
相容剂3重量份；
偶联剂1重量份；
润滑剂1重量份。
优选的，所述改性木粉为有机硅粘合剂改性的木粉，具体改性方法包括：按照0.2：1的质量比，取有机硅粘合剂和木粉混匀，溶于正庚烷溶液中于80℃进行混合反应，减压脱除溶剂并烘干，即得所需改性木粉。
进一步优选所述木粉的颗粒细度要求为0.5-1mm。
具体的，所述的耐磨型塑木复合材料中：
所述羟基封端的聚酯多元醇的羟值为300-350mgKOH/g；
所述高密度聚乙烯的分子量为20-30万；
所述石英砂粉的粒径为0.5-2微米，例如工业超细石英砂粉。
具体的，所述的耐磨型塑木复合材料中：
所述相容剂包括聚甲基丙烯酸甲酯(CAS：9011-14-7)；
所述偶联剂包括硅烷偶联剂，例如硅烷偶联剂KH-570；
所述润滑剂包括聚乙烯蜡。
本发明还公开了一种制备所述耐磨型塑木复合材料的方法，包括如下步骤：
(1)取配方量的所述改性木粉、甲苯二异氰酸酯、二硫化钼、偶联剂、以及润滑剂，充分混合均匀，出料制得第一专用预混料；
(2)取配方量的所述高密度聚乙烯、羟基封端的聚酯多元醇、石英砂粉和相容剂，充分混合均匀，出料制得第二专用预混料；
(3)将所述第一专用预混料和第二专用预混料同时加入平行双螺杆挤出机中进行挤出造粒，制得粒料；
(4)将所述粒料置于锥形双螺杆木塑型材挤出机中进行基础成型，制得型材；
(5)将制得型材冷却定型，并定长切割后制得成品，即为所需的耐磨型塑木复合材料。
所述步骤(1)中，控制所述混合步骤的温度为110-130℃，并将所得第一专用预混料降温至70-90℃出料。
所述步骤(2)中，控制所述混合步骤的温度为110-130℃，并将所得第二专用预混料降温至70-90℃出料。
所述步骤(3)中，控制所述平行双螺杆挤出机的工艺条件为：控制机筒温度为130-150℃，螺杆转速为300-500rpm。
所述步骤(4)中，控制所述锥形双螺杆木塑型材挤出机的工艺条件为：控制机筒温度为180-200℃，螺杆转速为10-50rpm。
本发明所述耐磨型塑木复合材料，以羟基封端的聚酯多元醇、甲苯二异氰酸酯、改性木粉、高密度聚乙烯、二硫化钼、石英砂粉为原料，并添加相容剂、偶联剂和润滑剂为添加剂，原料混匀后通过挤出造粒、挤出成型得到，制得的塑木复合材料具有优良的耐磨性能。
本发明所述的耐磨塑木复合材料中，借助配方中的羟基封端的聚酯多元醇(羟值300-350mgKOH/g)和甲苯二异氰酸酯(TDI)在塑木高温加工过程中下发生初步固化，在塑木复合材料体系内均匀形成聚氨酯的结构，聚氨酯材料起到粘结和耐磨的作用，而经固化后的聚氨酯材料的耐磨性能非常优良，从而提升塑木复合材料的致密性及耐磨性；另外，配方中使用二硫化钼作为助耐磨材料，二硫化钼的润滑性非常优良，其使用会在塑木复合材料的内部及表面形成润滑层，提高塑木复合材料的耐磨性；再者，在本配方中使用石英砂粉来代替普通填料碳酸钙，鉴于石英砂粉的硬度较大，成型后的塑木复合材料的硬度也较大，不易被磨损；而由于改性木粉是由市售有机硅粘合剂与木粉进行表面改性得到的改性木粉，改性后的木粉在木塑成型过程中会发生粘结增强的作用，一方面提高了木粉与其它树脂等组分的相容性及致密性，另一方面有机硅胶黏剂增强了塑木复合材料的润滑性，最终塑木复合材料的耐磨性能大大提高。本发明所述耐磨塑木复合材料通过上述制备原料的协同作用，制得的塑木复合材料的耐磨性能、以及吸水率、耐沸水性、静曲强度等性能更优。
具体实施方式
本发明下述各实施例中，所述改性木粉为有机硅粘合剂改性的木粉，具体改性方法包括：按照0.2：1的质量比，取有机硅粘合剂(CL-24硅胶热硫化胶水)和木粉(颗粒细度要求0.5-1mm)混匀，溶于正庚烷溶液中于80℃进行混合反应1-3h，减压脱除溶剂并放入烘箱中70-90℃烘干，即得所需改性木粉。
实施例1
本实施例所述的耐磨型塑木复合材料，其特征在于，以所述塑木复合材料的制备原料总量计，包括如下质量百分含量的组分：
羟基封端的聚酯多元醇(羟值为300-350mgKOH/g)12kg；
甲苯二异氰酸酯20kg；
改性木粉22kg；
高密度聚乙烯(分子量为20-30万)22kg；
二硫化钼6kg；
工业超细石英砂粉(粒径为0.5-2微米)35kg；
相容剂(聚甲基丙烯酸甲酯)2kg；
偶联剂(硅烷偶联剂KH-570)2kg；
润滑剂(聚乙烯蜡)0.5kg。
本实施例所述的耐磨型塑木复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)取配方量的所述改性木粉、甲苯二异氰酸酯、二硫化钼、偶联剂、以及润滑剂，于110℃充分混合均匀，并出料至冷混中，随后降温至70℃出料，制得第一专用预混料；
(2)取配方量的所述高密度聚乙烯、羟基封端的聚酯多元醇、石英砂粉和相容剂，于110℃充分混合均匀，并出料至冷混中，随后降温至70℃出料，制得第二专用预混料；
(3)将所述第一专用预混料和第二专用预混料同时加入平行双螺杆挤出机中进行挤出造粒，控制机筒温度为130℃，螺杆转速为500rpm，制得粒料；
(4)将所述粒料置于锥形双螺杆木塑型材挤出机中进行基础成型，控制机筒温度为180℃，螺杆转速为50rpm，制得型材；
(5)将制得型材冷却定型，并定长切割后制得成品，即为所需的耐磨型塑木复合材料。
实施例2
本实施例所述的耐磨型塑木复合材料，其特征在于，以所述塑木复合材料的制备原料总量计，包括如下质量百分含量的组分：
羟基封端的聚酯多元醇(羟值为300-350mgKOH/g)28kg；
甲苯二异氰酸酯8kg；
改性木粉45kg；
高密度聚乙烯(分子量为20-30万)19kg；
二硫化钼14kg；
工业超细石英砂粉(粒径为0.5-2微米)15kg；
相容剂(聚甲基丙烯酸甲酯)5kg；
偶联剂(硅烷偶联剂KH-570)0.5kg；
润滑剂(聚乙烯蜡)2kg。
本实施例所述的耐磨型塑木复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)取配方量的所述改性木粉、甲苯二异氰酸酯、二硫化钼、偶联剂、以及润滑剂，于130℃充分混合均匀，并出料至冷混中，随后降温至90℃出料，制得第一专用预混料；
(2)取配方量的所述高密度聚乙烯、羟基封端的聚酯多元醇、石英砂粉和相容剂，于130℃充分混合均匀，并出料至冷混中，随后降温至90℃出料，制得第二专用预混料；
(3)将所述第一专用预混料和第二专用预混料同时加入平行双螺杆挤出机中进行挤出造粒，控制机筒温度为150℃，螺杆转速为300rpm，制得粒料；
(4)将所述粒料置于锥形双螺杆木塑型材挤出机中进行基础成型，控制机筒温度为200℃，螺杆转速为10rpm，制得型材；
(5)将制得型材冷却定型，并定长切割后制得成品，即为所需的耐磨型塑木复合材料。
实施例3
本实施例所述的耐磨型塑木复合材料，其特征在于，以所述塑木复合材料的制备原料总量计，包括如下质量百分含量的组分：
羟基封端的聚酯多元醇(羟值为300-350mgKOH/g)15kg；
甲苯二异氰酸酯10kg；
改性木粉25kg；
高密度聚乙烯(分子量为20-30万)20kg；
二硫化钼8kg；
工业超细石英砂粉(粒径为0.5-2微米)17kg；
相容剂(聚甲基丙烯酸甲酯)3kg；
偶联剂(硅烷偶联剂KH-570)1kg；
润滑剂(聚乙烯蜡)1kg。
本实施例所述的耐磨型塑木复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)取配方量的所述改性木粉、甲苯二异氰酸酯、二硫化钼、偶联剂、以及润滑剂，于120℃充分混合均匀，并出料至冷混中，随后降温至80℃出料，制得第一专用预混料；
(2)取配方量的所述高密度聚乙烯、羟基封端的聚酯多元醇、石英砂粉和相容剂，于120℃充分混合均匀，并出料至冷混中，随后降温至80℃出料，制得第二专用预混料；
(3)将所述第一专用预混料和第二专用预混料同时加入平行双螺杆挤出机中进行挤出造粒，控制机筒温度为140℃，螺杆转速为400rpm，制得粒料；
(4)将所述粒料置于锥形双螺杆木塑型材挤出机中进行基础成型，控制机筒温度为190℃，螺杆转速为30rpm，制得型材；
(5)将制得型材冷却定型，并定长切割后制得成品，即为所需的耐磨型塑木复合材料。
实施例4
本实施例所述的耐磨型塑木复合材料，其特征在于，以所述塑木复合材料的制备原料总量计，包括如下质量百分含量的组分：
羟基封端的聚酯多元醇(羟值为300-350mgKOH/g)20kg；
甲苯二异氰酸酯12kg；
改性木粉40kg；
高密度聚乙烯(分子量为20-30万)21kg；
二硫化钼12kg；
工业超细石英砂粉(粒径为0.5-2微米)25kg；
相容剂(聚甲基丙烯酸甲酯)4kg；
偶联剂(硅烷偶联剂KH-570)1kg；
润滑剂(聚乙烯蜡)1kg。
本实施例所述的耐磨型塑木复合材料的制备方法同实施例3。
实施例5
本实施例所述的耐磨型塑木复合材料，其特征在于，以所述塑木复合材料的制备原料总量计，包括如下质量百分含量的组分：
羟基封端的聚酯多元醇(羟值为300-350mgKOH/g)24kg；
甲苯二异氰酸酯16kg；
改性木粉35kg；
高密度聚乙烯(分子量为20-30万)20kg；
二硫化钼10kg；
工业超细石英砂粉(粒径为0.5-2微米)30kg；
相容剂(聚甲基丙烯酸甲酯)3kg；
偶联剂(硅烷偶联剂KH-570)1kg；
润滑剂(聚乙烯蜡)1kg。
本实施例所述的耐磨型塑木复合材料的制备方法同实施例3。
对比例1
本对比例所述塑木复合材料的制备原料组成及制备方法同实施例3，其区别仅在于，所述制备原料不含有羟基封端的聚酯多元醇。
对比例2
本对比例所述塑木复合材料的制备原料组成及制备方法同实施例3，其区别仅在于，所述制备原料不含有甲苯二异氰酸酯。
对比例3
本对比例所述塑木复合材料的制备原料组成及制备方法同实施例3，其区别仅在于，所述制备原料不含有改性木粉，而使用普通的常规市售木粉。
对比例4
本对比例所述塑木复合材料的制备原料组成及制备方法同实施例3，其区别仅在于，所述制备原料不含有二硫化钼。
对比例5
本对比例所述塑木复合材料的制备原料组成及制备方法同实施例3，其区别仅在于，所述制备原料不含有石英砂粉。
对比例6
本对比例所述塑木复合材料的制备原料组成及制备方法同实施例3，其区别仅在于，所述制备原料不含有石英砂粉，而使用等量的普通市售碳酸钙填料。
实验例
将上述实施例1-5及对比例1-6制备得到的塑木复合材料进行相关性能的测试，并以现有市售普通塑木复合材料作为对比例7进行性能对比。
具体测试性能按照GB17657-2013中限定的标准进行24h吸水率、耐沸水性、静曲强度和耐磨性能检测，具体测试结果见下表1中所示。
表1实施例及对比例制得塑木复合材料的性能测试结果
Figure BDA0001896850110000101
Figure BDA0001896850110000111
从上表数据可知，本发明所述耐磨塑木复合材料通过上述制备原料的协同作用，制得的塑木复合材料的耐磨性能、以及吸水率、耐沸水性、静曲强度等性能更优，尤其是与普通塑木复合材料在磨损值方面优势较为明显，主要是形成了有效的聚氨酯复合材料耐磨层所致。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种耐磨型塑木复合材料，其特征在于，其制备原料由如下重量份的组分组成：
羟基封端的聚酯多元醇12-28重量份；
甲苯二异氰酸酯8-20重量份；
改性木粉22-45重量份；
高密度聚乙烯19-22重量份；
二硫化钼6-14重量份；
石英砂粉15-35重量份；
相容剂2-5重量份；
偶联剂0.5-2重量份；
润滑剂0.5-2重量份；
所述羟基封端的聚酯多元醇的羟值为300-350mgKOH/g；
所述改性木粉为有机硅粘合剂改性的木粉，具体改性方法包括：按照0.2：1的质量比，取有机硅粘合剂和木粉混匀，溶于正庚烷溶液中于80℃进行混合反应，减压脱除溶剂并烘干，即得所需改性木粉；
所述耐磨型塑木复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)取配方量的所述改性木粉、甲苯二异氰酸酯、二硫化钼、偶联剂、以及润滑剂，充分混合均匀，出料制得第一专用预混料；
(2)取配方量的所述高密度聚乙烯、羟基封端的聚酯多元醇、石英砂粉和相容剂，充分混合均匀，出料制得第二专用预混料；
(3)将所述第一专用预混料和第二专用预混料同时加入平行双螺杆挤出机中进行挤出造粒，制得粒料；
(4)将所述粒料置于锥形双螺杆木塑型材挤出机中进行基础成型，制得型材；
(5)将制得型材冷却定型，并定长切割后制得成品，即为所需的耐磨型塑木复合材料。
2.根据权利要求1所述的耐磨型塑木复合材料，其特征在于，其制备原料由如下重量份的组分组成：
羟基封端的聚酯多元醇15重量份；
甲苯二异氰酸酯10重量份；
改性木粉25重量份；
高密度聚乙烯20重量份；
二硫化钼8重量份；
石英砂粉17重量份；
相容剂3重量份；
偶联剂1重量份；
润滑剂1重量份。
3.根据权利要求1或2所述的耐磨型塑木复合材料，其特征在于：
所述高密度聚乙烯的分子量为20-30万；
所述石英砂粉的粒径为0.5-2微米。
4.根据权利要求3所述的耐磨型塑木复合材料，其特征在于：
所述相容剂包括聚甲基丙烯酸甲酯；
所述偶联剂包括硅烷偶联剂；
所述润滑剂包括聚乙烯蜡。
5.一种制备权利要求1-4任一项所述耐磨型塑木复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)取配方量的所述改性木粉、甲苯二异氰酸酯、二硫化钼、偶联剂、以及润滑剂，充分混合均匀，出料制得第一专用预混料；
(2)取配方量的所述高密度聚乙烯、羟基封端的聚酯多元醇、石英砂粉和相容剂，充分混合均匀，出料制得第二专用预混料；
(3)将所述第一专用预混料和第二专用预混料同时加入平行双螺杆挤出机中进行挤出造粒，制得粒料；
(4)将所述粒料置于锥形双螺杆木塑型材挤出机中进行基础成型，制得型材；
(5)将制得型材冷却定型，并定长切割后制得成品，即为所需的耐磨型塑木复合材料。
6.根据权利要求5所述的制备所述耐磨型塑木复合材料的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，控制所述混合步骤的温度为110-130℃，并将所得第一专用预混料降温至70-90℃出料。
7.根据权利要求6所述的制备所述耐磨型塑木复合材料的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，控制所述混合步骤的温度为110-130℃，并将所得第二专用预混料降温至70-90℃出料。
8.根据权利要求5-7任一项所述的制备所述耐磨型塑木复合材料的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，控制所述平行双螺杆挤出机的工艺条件为：控制机筒温度为130-150℃，螺杆转速为300-500rpm。
9.根据权利要求8所述的制备所述耐磨型塑木复合材料的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，控制所述锥形双螺杆木塑型材挤出机的工艺条件为：控制机筒温度为180-200℃，螺杆转速为10-50rpm。
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