CN109575624A - 一种抗蠕变塑木复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种抗蠕变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，具体涉及一种抗蠕变塑木复合材料，并进一步公开其制备方法。本发明所述的抗蠕变塑木复合材料，以羧基封端的饱和聚酯树脂、异氰尿酸三缩水甘油酯、所述改性木粉、高密度聚乙烯、聚苯硫醚树脂、钢纤维、改性纳米碳酸钙为原料，并添加相容剂、偶联剂和润滑剂为添加剂，通过上述制备原料的协同作用，制得的塑木复合材料的抗蠕变性能、以及吸水率、耐沸水性、静曲强度等性能更优。

Description

一种抗蠕变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，具体涉及一种抗蠕变塑木复合材料，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、聚乙烯及碳酸钙的相容性较差，且产品属于热塑性材料，导致产品的刚性不强，且蠕变性明显，尤其是用于制备跨距较大的塑木板材时，材料的蠕变性更为明显。使用过程易出现板材翘曲等情况，严重影响使用效果。可见，改善塑木复合材料的抗蠕变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抗蠕变塑木复合材料，以解决现有技术中塑木复合材料抗蠕变性较差的问题；
本发明所要解决的第二个技术问题在于提供上述抗蠕变塑木复合材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明所述的一种抗蠕变塑木复合材料，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：
羧基封端的饱和聚酯树脂 9-20wt％；
异氰尿酸三缩水甘油酯 4-10wt％；
改性木粉 25-40wt％；
高密度聚乙烯 8-18wt％；
聚苯硫醚树脂 5-12wt％；
钢纤维 8-15wt％；
改性纳米碳酸钙 10-30wt％；
相容剂 1-3wt％；
偶联剂 0.5-2wt％；
润滑剂 0.5-2wt％。
优选的，所述的抗蠕变塑木复合材料，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：
羧基封端的饱和聚酯树脂 12wt％；
异氰尿酸三缩水甘油酯 6wt％；
改性木粉 30wt％；
高密度聚乙烯 12wt％；
聚苯硫醚树脂 8wt％；
钢纤维 10wt％；
改性纳米碳酸钙 18wt％；
相容剂 2wt％；
偶联剂 1wt％；
润滑剂 1wt％。
具体的，所述的抗蠕变塑木复合材料中，所述改性木粉为以松香胶黏剂改性木粉制得，具体制备步骤包括：按照0.05-0.2：1的质量比取松香胶黏剂和木粉，溶于乙醇溶液中于30-50℃进行混合反应，减压脱除溶剂后烘干，即得所需改性木粉。
进一步优选所述木粉的颗粒细度要求1-2mm。
具体的，所述的抗蠕变塑木复合材料中，所述改性纳米碳酸钙为以硬脂酸改性纳米碳酸钙制得，具体制备步骤包括：按照0.02-0.05∶1的质量比取硬脂酸和纳米碳酸钙，溶于在二氯甲烷溶液中，于20-30℃进行改性反应，减压脱除溶剂后烘干，即得所需的改性纳米碳酸钙。
进一步优选所述纳米碳酸钙颗粒的粒径为50-100nm。
更优的，所述的抗蠕变塑木复合材料中：
所述羧基封端的饱和聚酯树脂的酸值为70-75mgKOH/g；
所述高密度聚乙烯的分子量为15-20万；
所述钢纤维的直径0.08mm<d<1mm。
更优的，所述的抗蠕变塑木复合材料中：
所述相容剂包括聚萘甲醛磺酸钠盐(CAS：9084-06-4)；
所述偶联剂包括硅烷偶联剂，例如硅烷偶联剂JH-V171；
所述润滑剂包括聚乙烯蜡和/或硬脂酸。
本发明中，所述聚苯硫醚优选为苏州力博塑料科技有限公司牌号为R-4-200NA产品。
本发明还公开了一种制备所述抗蠕变塑木复合材料的方法，包括如下步骤：
(1)取选定量的所述改性木粉、高密度聚乙烯、羧基封端的饱和聚酯树脂、异氰尿酸三缩水甘油酯、聚苯硫醚树脂、钢纤维、改性纳米碳酸钙、相容剂、偶联剂和润滑剂，充分混合均匀，出料制得专用预混料；
(2)将所得专用预混料加入平行双螺杆挤出机中进行挤出造粒，制得粒料；
(3)将制得的所述粒料置于锥形双螺杆木塑型材挤出机中进行挤出成型，制得型材；
(4)将所得型材冷却定型，并定长切割后制得成品，即为所需的抗蠕变塑木复合材料。
所述步骤(1)中，控制所述混合步骤的温度为130-150℃，并将所得专用预混料降温至70-90℃出料。
所述步骤(2)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160-175℃，螺杆转速为300-500rpm。
所述步骤(3)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。
本发明所述的抗蠕变塑木复合材料，以羧基封端的饱和聚酯树脂、异氰尿酸三缩水甘油酯、改性木粉、高密度聚乙烯、聚苯硫醚树脂、钢纤维、改性纳米碳酸钙为原料，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抗蠕变性能。
本发明所述的抗蠕变塑木复合材料中，借助配方中的羧基封端的饱和聚酯树脂(酸值70-75mgKOH/g)和异氰尿酸三缩水甘油酯在高温加工过程中下发生初步固化，有助于增强塑木复合材料的强度及硬度极高，并明显降低材料的蠕变性；另外，聚苯硫醚作为特种工程塑料，在本配方中作为增强树脂，极大程度上提高了塑木材料树脂成分的强度，克服了聚乙烯易蠕变的不足；再者，采用纳米碳酸钙代替了普通的碳酸钙作为特殊填料，由于松香胶黏剂在木粉表面的均匀吸附反应，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，分散更为均匀，另一方面增强了塑木复合材料的强度，降低了塑木板材的蠕变性。本发明所述抗蠕变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抗蠕变性能、以及吸水率、耐沸水性、静曲强度等性能更优。
具体实施方式
实施例1
本实施例所述抗蠕变塑木复合材料，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：
羧基封端的饱和聚酯树脂(酸值为70-75mgKOH/g) 10kg；
异氰尿酸三缩水甘油酯 10kg；
改性木粉 25kg；
高密度聚乙烯(分子量为15-20万) 18kg；
聚苯硫醚树脂(R-4-200NA产品) 5kg；
钢纤维(直径0.08mm<d<1mm) 15kg；
改性纳米碳酸钙 10kg；
相容剂(聚萘甲醛磺酸钠盐) 3kg；
偶联剂(硅烷偶联剂JH-V171) 2kg；
润滑剂(聚乙烯蜡) 2kg。
本实施例中使用的改性木粉为以松香胶黏剂改性木粉制得，具体制备步骤包括：按照0.05：1的质量比取松香胶黏剂和木粉(颗粒细度要求1-2mm)，溶于乙醇溶液中于30℃进行混合反应3h，减压脱除乙醇溶剂后，再放入烘箱中于80-100℃烘干，即得所需改性木粉。
本实施例中使用的改性纳米碳酸钙为以硬脂酸改性纳米碳酸钙制得，具体制备步骤包括：按照0.02：1的质量比取硬脂酸和纳米碳酸钙(50-100nm)，溶于在二氯甲烷溶液中，于20℃进行改性反应5h，减压脱除溶剂后，再放入烘箱中于60-80℃烘干，即得所需的改性纳米碳酸钙。
本实施例所述抗蠕变塑木复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)取选定量的所述改性木粉、高密度聚乙烯、羧基封端的饱和聚酯树脂、异氰尿酸三缩水甘油酯、聚苯硫醚树脂、钢纤维、改性纳米碳酸钙、相容剂、偶联剂和润滑剂，于130℃充分混合均匀，并出料至冷混中，随后降温至70℃出料，制成专用预混料；
(2)将所得专用预混料加入平行双螺杆挤出机中进行挤出造粒，控制机筒温度为160℃，螺杆转速为500rpm，制得粒料；
(3)将制得的所述粒料置于锥形双螺杆木塑型材挤出机中进行挤出成型，控制机筒温度为180℃，螺杆转速为50rpm，制得型材；
(4)将所得型材冷却定型，并定长切割后制得成品，即为所需的抗蠕变塑木复合材料。
实施例2
本实施例所述抗蠕变塑木复合材料，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：
羧基封端的饱和聚酯树脂(酸值为70-75mgKOH/g) 20kg；
异氰尿酸三缩水甘油酯 4kg；
改性木粉 26kg；
高密度聚乙烯(分子量为15-20万) 8kg；
聚苯硫醚树脂(R-4-200NA产品) 12kg；
钢纤维(直径0.08mm<d<1mm) 8kg；
改性纳米碳酸钙 20kg；
相容剂(聚萘甲醛磺酸钠盐) 1kg；
偶联剂(硅烷偶联剂JH-V171) 0.5kg；
润滑剂(硬脂酸) 0.5kg。
本实施例中使用的改性木粉为以松香胶黏剂改性木粉制得，具体制备步骤包括：按照0.2：1的质量比取松香胶黏剂和木粉(颗粒细度要求1-2mm)，溶于乙醇溶液中于50℃进行混合反应1h，减压脱除乙醇溶剂后，再放入烘箱中于80-100℃烘干，即得所需改性木粉。
本实施例中使用的改性纳米碳酸钙为以硬脂酸改性纳米碳酸钙制得，具体制备步骤包括：按照0.05：1的质量比取硬脂酸和纳米碳酸钙(50-100nm)，溶于在二氯甲烷溶液中，于30℃进行改性反应2h，减压脱除溶剂后，再放入烘箱中于60-80℃烘干，即得所需的改性纳米碳酸钙。
本实施例所述抗蠕变塑木复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)取选定量的所述改性木粉、高密度聚乙烯、羧基封端的饱和聚酯树脂、异氰尿酸三缩水甘油酯、聚苯硫醚树脂、钢纤维、改性纳米碳酸钙、相容剂、偶联剂和润滑剂，于150℃充分混合均匀，并出料至冷混中，随后降温至90℃出料，制成专用预混料；
(2)将所得专用预混料加入平行双螺杆挤出机中进行挤出造粒，控制机筒温度为175℃，螺杆转速为300rpm，制得粒料；
(3)将制得的所述粒料置于锥形双螺杆木塑型材挤出机中进行挤出成型，控制机筒温度为200℃，螺杆转速为10rpm，制得型材；
(4)将所得型材冷却定型，并定长切割后制得成品，即为所需的抗蠕变塑木复合材料。
实施例3
本实施例所述抗蠕变塑木复合材料，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：
羧基封端的饱和聚酯树脂(酸值为70-75mgKOH/g) 9kg；
异氰尿酸三缩水甘油酯 4kg；
改性木粉 40kg；
高密度聚乙烯(分子量为15-20万) 8kg；
聚苯硫醚树脂(R-4-200NA产品) 5kg；
钢纤维(直径0.08mm<d<1mm) 8kg；
改性纳米碳酸钙 22kg；
相容剂(聚萘甲醛磺酸钠盐) 2kg；
偶联剂(硅烷偶联剂JH-V171) 1kg；
润滑剂(硬脂酸) 1kg。
本实施例中使用的改性木粉为以松香胶黏剂改性木粉制得，具体制备步骤包括：按照0.1∶1的质量比取松香胶黏剂和木粉(颗粒细度要求1-2mm)，溶于乙醇溶液中于40℃进行混合反应2h，减压脱除乙醇溶剂后，再放入烘箱中于80-100℃烘干，即得所需改性木粉。
本实施例中使用的改性纳米碳酸钙为以硬脂酸改性纳米碳酸钙制得，具体制备步骤包括：按照0.03∶1的质量比取硬脂酸和纳米碳酸钙(50-100nm)，溶于在二氯甲烷溶液中，于25℃进行改性反应4h，减压脱除溶剂后，再放入烘箱中于60-80℃烘干，即得所需的改性纳米碳酸钙。
本实施例所述抗蠕变塑木复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)取选定量的所述改性木粉、高密度聚乙烯、羧基封端的饱和聚酯树脂、异氰尿酸三缩水甘油酯、聚苯硫醚树脂、钢纤维、改性纳米碳酸钙、相容剂、偶联剂和润滑剂，于140℃充分混合均匀，并出料至冷混中，随后降温至80℃出料，制成专用预混料；
(2)将所得专用预混料加入平行双螺杆挤出机中进行挤出造粒，控制机筒温度为165℃，螺杆转速为400rpm，制得粒料；
(3)将制得的所述粒料置于锥形双螺杆木塑型材挤出机中进行挤出成型，控制机筒温度为190℃，螺杆转速为30rpm，制得型材；
(4)将所得型材冷却定型，并定长切割后制得成品，即为所需的抗蠕变塑木复合材料。
实施例4
本实施例所述抗蠕变塑木复合材料，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：
羧基封端的饱和聚酯树脂(酸值为70-75mgKOH/g) 10kg；
异氰尿酸三缩水甘油酯 4kg；
改性木粉 30kg；
高密度聚乙烯(分子量为15-20万) 9kg；
聚苯硫醚树脂(R-4-200NA产品) 6kg；
钢纤维(直径0.08mm<d<1mm) 8kg；
改性纳米碳酸钙 30kg；
相容剂(聚萘甲醛磺酸钠盐) 1kg；
偶联剂(硅烷偶联剂JH-V171) 1kg；
润滑剂(硬脂酸) 1kg。
本实施例中使用的改性木粉和改性纳米碳酸钙同实施例3。
本实施例所述抗蠕变塑木复合材料的制备方法同实施例3。
实施例5
本实施例所述抗蠕变塑木复合材料，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：
羧基封端的饱和聚酯树脂(酸值为70-75mgKOH/g) 12kg；
异氰尿酸三缩水甘油酯 6kg；
改性木粉 30kg；
高密度聚乙烯(分子量为15-20万) 12kg；
聚苯硫醚树脂(R-4-200NA产品) 8kg；
钢纤维(直径0.08mm<d<1mm) 10kg；
改性纳米碳酸钙 18kg；
相容剂(聚萘甲醛磺酸钠盐) 2kg；
偶联剂(硅烷偶联剂JH-V171) 1kg；
润滑剂(聚乙烯蜡) 1kg。
本实施例中使用的改性木粉和改性纳米碳酸钙同实施例3。
本实施例所述抗蠕变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5，其区别仅在于，所述制备原料不含有所述羧基封端的饱和聚酯树脂。
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5，其区别仅在于，所述制备原料不含有异氰尿酸三缩水甘油酯。
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5，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5，其区别仅在于，所述制备原料不含有聚苯硫醚树脂。
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5，其区别仅在于，所述制备原料不含有钢纤维。
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5，其区别仅在于，所述制备原料不含有表面改性的纳米碳酸钙，而使用普通的常规市售碳酸钙填料。
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。测试性能具体包括：
按照GB17657-2013中限定的标准进行24h吸水率、耐沸水性、静曲强度检测；
按照GB/T 11546.1-2008中“塑料蠕变性能的测定”第1部分拉伸蠕变中限定的标准测定所述塑木复合材料的拉伸蠕变模量；
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
从上表数据可知，本发明所述抗蠕变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抗蠕变性能、24h吸水率、沸水煮前后静曲强度等方面性能均优于普通塑木复合材料，尤其是在拉伸蠕变模量方面优越性较大。
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 (10)

1.一种抗蠕变塑木复合材料，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：
羧基封端的饱和聚酯树脂9-20wt％；
异氰尿酸三缩水甘油酯4-10wt％；
改性木粉25-40wt％；
高密度聚乙烯8-18wt％；
聚苯硫醚树脂5-12wt％；
钢纤维8-15wt％；
改性纳米碳酸钙10-30wt％；
相容剂1-3wt％；
偶联剂0.5-2wt％；
润滑剂0.5-2wt％。
2.根据权利要求1所述的抗蠕变塑木复合材料，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：
羧基封端的饱和聚酯树脂12wt％；
异氰尿酸三缩水甘油酯6wt％；
改性木粉30wt％；
高密度聚乙烯12wt％；
聚苯硫醚树脂8wt％；
钢纤维10wt％；
改性纳米碳酸钙18wt％；
相容剂2wt％；
偶联剂1wt％；
润滑剂1wt％。
3.根据权利要求1或2所述的抗蠕变塑木复合材料，其特征在于，所述改性木粉为以松香胶黏剂改性木粉制得，具体制备步骤包括：按照0.05-0.2：1的质量比取松香胶黏剂和木粉，溶于乙醇溶液中于30-50℃进行混合反应，减压脱除溶剂后烘干，即得所需改性木粉。
4.根据权利要求1-3任一项所述的抗蠕变塑木复合材料，其特征在于，所述改性纳米碳酸钙为以硬脂酸改性纳米碳酸钙制得，具体制备步骤包括：按照0.02-0.05：1的质量比取硬脂酸和纳米碳酸钙，溶于在二氯甲烷溶液中，于20-30℃进行改性反应，减压脱除溶剂后烘干，即得所需的改性纳米碳酸钙。
5.根据权利要求1-4任一项所述的抗蠕变塑木复合材料，其特征在于：
所述羧基封端的饱和聚酯树脂的酸值为70-75mgKOH/g；
所述高密度聚乙烯的分子量为15-20万；
所述钢纤维的直径0.08mm<d<1mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的抗蠕变塑木复合材料，其特征在于：
所述相容剂包括聚萘甲醛磺酸钠盐；
所述偶联剂包括硅烷偶联剂；
所述润滑剂包括聚乙烯蜡和/或硬脂酸。
7.一种制备权利要求1-6任一项所述抗蠕变塑木复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)取选定量的所述改性木粉、高密度聚乙烯、羧基封端的饱和聚酯树脂、异氰尿酸三缩水甘油酯、聚苯硫醚树脂、钢纤维、改性纳米碳酸钙、相容剂、偶联剂和润滑剂，充分混合均匀，出料制得专用预混料；
(2)将所得专用预混料加入平行双螺杆挤出机中进行挤出造粒，制得粒料；
(3)将制得的所述粒料置于锥形双螺杆木塑型材挤出机中进行挤出成型，制得型材；
(4)将所得型材冷却定型，并定长切割后制得成品，即为所需的抗蠕变塑木复合材料。
8.根据权利要求7所述的制备所述抗蠕变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130-150℃，并将所得专用预混料降温至70-90℃出料。
9.根据权利要求7或8所述的制备所述抗蠕变塑木复合材料的方法，其特征在于，所述步骤(2)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160-175℃，螺杆转速为300-500rpm。
10.根据权利要求7-9任一项所述的制备所述抗蠕变塑木复合材料的方法，其特征在于，所述步骤(3)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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