CN109721883A

CN109721883A - 一种塑化生物质纤维木塑复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN109721883A
Application number: CN201811600033.4A
Authority: CN
Inventors: 张月侠; 赵悦英; 李冲; 朱莽; 化明志; 杨秀秀
Original assignee: Shandong Xiaguang Group Co Ltd
Current assignee: Shandong Xiaguang Group Co Ltd
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2019-05-07

Abstract

本发明提供了一种塑化生物质纤维木塑复合材料，包括以下重量份的物质：聚氯乙烯树脂30～45份、塑化生物质纤维20～40份、环保稳定剂2～6份、润滑剂2～3份、偶联剂2～4份，发泡剂3～5份、发泡调节剂4～10份，通过先对生物质纤维进行塑化处理，使其成为热塑性材料，提高木塑复合材料加工过程中的流动性，显著提高木塑复合材料的物理力学性能。本发明提供的木塑复合材料的制备方法操作简单，对设备要求低，适于工业化生产，具有广阔的市场应用前景。

Description

一种塑化生物质纤维木塑复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于生物质纤维原料加工与应用领域，主要涉及一种塑化生物质纤维木塑复合材料及其制备方法。

背景技术

木塑复合材料是由植物纤维粉（木粉、秸秆、林业三剩物等）和热塑性塑料为主要原料，通过物理、化学和生物工程学等高技术工艺制造的一种新型环保复合材料。其零甲醛、耐虫蛀、耐腐蚀、耐化学反应、吸水性小等同时兼具木材和塑料的优点使得其在运输业、室内装修、建筑业、家具制品业、园林景观等领域被广泛应用。但其综合力学性能偏低导致应用领域偏窄，是目前制约木塑复合材料发展的主要因素之一。生物质纤维的亲水性和热塑性树脂的疏水性使两者之间的界面相容性较差，特别是添加量高时，熔体流动性差、加工困难，制品物理力学性能也较低。

木材塑化，传统上指通过酯化和醚化等手段，用其他的官能团来取代木材中的羟基，以减少各成分之间的氢键，使其分子之间的结合了下降，破坏纤维素的结晶结构，使得木材在一定的温度下软化，成为热塑性材料。塑化后的木材，可以用普通塑料的加工方法加工成型用于高性能木塑复合材料的制造。

发明内容

为解决上述存在的问题，本发明提供一种塑化生物质纤维木塑复合材料及其制备方法。本发明方法更加有利于植物纤维原料的利用。本发明制备的木塑复合材料物理力学性能佳，生物质纤维添加量高。本发明方法在现有的设备基础上进行，无需增加其它额外贵重设备。本发明方法工艺简单可行，成本较低，绿色环保，属于环境友好型技术。

本发明的技术方案如下：本发明一方面提供了一种塑化生物质纤维木塑复合材料，包括以下重量份的物质：聚氯乙烯树脂30～45份、塑化生物质纤维20～40份、环保稳定剂2～6份、润滑剂2～3份、偶联剂2～4份，发泡剂3～5份、发泡调节剂4～10份。

优选的，所述润滑剂选择硬脂酸、石蜡中的一种或者两种以任意比混合。

优选的，所述偶联剂选择马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、硅皖偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或者多种以任意比混合。

优选的，所述加工助剂选择ACR树脂。

优选的，所述发泡剂选择AC发泡剂或碳酸氢钠发泡剂。

优选的，所述发泡调节剂选择丙烯酸酯类聚合物。

本发明的另一方面提供一种塑化生物质纤维木塑复合材料的制备方法方法，包括如下步骤：

(1)将无机酸喷洒于生物质纤维表面，于高速混合机中70-90℃、350-500r/min条件下搅拌10-30min，得到无机酸预处理的生物质纤维；

(2)将无机酸预处理的生物质纤维置于塑炼装置中，在热剪切及挤压作用下混炼，制得可反复热塑成型的生物质纤维基料；

（3）将热塑性树脂、塑化生物质纤维、稳定剂、润滑剂、偶联剂、发泡剂及发泡调节剂按重量比称取后，在105～120℃条件下搅拌10～20分钟后再冷却至40～60℃得到预混料；

（4）将预混料加入挤出机，加热至120～180℃挤出，挤出机机筒温度130～180℃，模具温度130～200℃，主机转速10～30转/min,喂料转速10～25转/min，挤出后经模具成型、牵引和切割得到所述木塑复合材料。

优选的，所述生物质纤维选择木材、稻秸、麦秸、锯末、稻壳中的一种或者多种以任意比混合，粒径为80～150目。

优选的，所述无机酸选择硫酸、盐酸、磷酸中的一种或多种以任意比混合。

优选的，所述纯无机酸与生物质纤维的质量比为1/80-1/50；

优选的，所述塑炼装置有单螺杆塑炼机、双螺杆塑炼机、密炼机，其混炼温度为120～220℃。

本发明的有益效果为：

1、本发明方法更加有利于植物纤维原料的利用。

2、本发明制备的木塑复合材料物理力学性能佳，生物质纤维添加量高。

3、本发明方法在现有的设备基础上进行，无需增加其它额外贵重设备。

4、本发明方法工艺简单可行，成本较低，绿色环保，属于环境友好型技术。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，木塑复合材料是由植物纤维粉（木粉、秸秆、林业三剩物等）和热塑性塑料为主要原料，通过物理、化学和生物工程学等高技术工艺制造的一种新型环保复合材料。其综合力学性能偏低导致应用领域偏窄，是目前制约木塑复合材料发展的主要因素之一。生物质纤维的亲水性和热塑性树脂的疏水性使两者之间的界面相容性较差，特别是添加量高时，熔体流动性差、加工困难，制品物理力学性能也较低。

本发明提供一种塑化生物质纤维木塑复合材料，包括以下重量份的物质：聚氯乙烯树脂30～45份、塑化生物质纤维20～40份、环保稳定剂2～6份、润滑剂2～3份、偶联剂2～4份，发泡剂3～5份、发泡调节剂4～10份。所述润滑剂选择硬脂酸、石蜡中的一种或者两种以任意比混合。所述偶联剂选择马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、硅皖偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或者多种以任意比混合。所述加工助剂选择ACR树脂。所述发泡剂选择AC发泡剂或碳酸氢钠发泡剂。所述发泡调节剂选择丙烯酸酯类聚合物。

一种塑化生物质纤维木塑复合材料的制备方法方法，包括如下步骤：

所述生物质纤维选择木材、稻秸、麦秸、锯末、稻壳中的一种或者多种以任意比混合，粒径为80～150目。所述无机酸选择硫酸、盐酸、磷酸中的一种或多种以任意比混合。所述纯无机酸与生物质纤维的质量比为1/80-1/50。所述塑炼装置有单螺杆塑炼机、双螺杆塑炼机、密炼机，其混炼温度为120～220℃。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。

实施例1：一种塑化生物质纤维木塑复合材料，包括以下重量份的物质：聚氯乙烯树脂40份、塑化生物质纤维30份、环保稳定剂4份、润滑剂2.5份、偶联剂3份，发泡剂4份、发泡调节剂6份。所述润滑剂选择硬脂酸。所述偶联剂选择马来酸酐接枝聚乙烯、硅皖偶联剂、铝酸酯偶联剂以任意比混合。所述加工助剂选择ACR树脂。所述发泡剂选择AC发泡剂。所述发泡调节剂选择丙烯酸酯类聚合物。

(1)将无机酸喷洒于生物质纤维表面，于高速混合机中80℃、400r/min条件下搅拌20min，得到无机酸预处理的生物质纤维；

（3）将热塑性树脂、塑化生物质纤维、稳定剂、润滑剂、偶联剂、发泡剂及发泡调节剂按重量比称取后，在110℃条件下搅拌15分钟后再冷却至50℃得到预混料；

（4）将预混料加入挤出机，加热至150℃挤出，挤出机机筒温度150℃，模具温度160℃，主机转速20转/min,喂料转速15转/min，挤出后经模具成型、牵引和切割得到所述木塑复合材料。

所述生物质纤维选择木材、稻秸、麦秸、锯末、稻壳中的一种或者多种以任意比混合，粒径为100目。所述无机酸选择硫酸、盐酸、磷酸中的一种或多种以任意比混合。所述纯无机酸与生物质纤维的质量比为1/60。所述塑炼装置有单螺杆塑炼机、双螺杆塑炼机、密炼机，其混炼温度为180℃。

实施例1得到的木塑复合材料的物理力学性能测试结果：

实施例2：一种塑化生物质纤维木塑复合材料，包括以下重量份的物质：聚氯乙烯树脂35份、塑化生物质纤维20份、环保稳定剂2份、润滑剂2份、偶联剂2份，发泡剂3份、发泡调节剂4份。所述润滑剂选择硬脂酸、石蜡以任意比混合。所述偶联剂选择马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、硅皖偶联剂、铝酸酯偶联剂以任意比混合。所述加工助剂选择ACR树脂。所述发泡剂选择AC发泡剂。所述发泡调节剂选择丙烯酸酯类聚合物。

(1)将无机酸喷洒于生物质纤维表面，于高速混合机中70℃、350r/min条件下搅拌10min，得到无机酸预处理的生物质纤维；

（3）将热塑性树脂、塑化生物质纤维、稳定剂、润滑剂、偶联剂、发泡剂及发泡调节剂按重量比称取后，在105℃条件下搅拌10分钟后再冷却至40℃得到预混料；

（4）将预混料加入挤出机，加热至120℃挤出，挤出机机筒温度130℃，模具温度130℃，主机转速10转/min,喂料转速10转/min，挤出后经模具成型、牵引和切割得到所述木塑复合材料。

所述生物质纤维选择木材、稻秸、麦秸、锯末、稻壳中以任意比混合，粒径为80目。所述无机酸选择硫酸、盐酸、磷酸中以任意比混合。所述纯无机酸与生物质纤维的质量比为1/80。所述塑炼装置有单螺杆塑炼机、双螺杆塑炼机、密炼机，其混炼温度为120℃。

实施例2得到的木塑复合材料的物理力学性能测试结果：

实施例3：一种塑化生物质纤维木塑复合材料，包括以下重量份的物质：聚氯乙烯树脂45份、塑化生物质纤维40份、环保稳定剂6份、润滑剂3份、偶联剂4份，发泡剂5份、发泡调节剂10份。所述润滑剂选择石蜡。所述偶联剂选择马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、硅皖偶联剂以任意比混合。所述加工助剂选择ACR树脂。所述发泡剂选择碳酸氢钠发泡剂。所述发泡调节剂选择丙烯酸酯类聚合物。

(1)将无机酸喷洒于生物质纤维表面，于高速混合机中90℃、500r/min条件下搅拌30min，得到无机酸预处理的生物质纤维；

（3）将热塑性树脂、塑化生物质纤维、稳定剂、润滑剂、偶联剂、发泡剂及发泡调节剂按重量比称取后，在120℃条件下搅拌20分钟后再冷却至40～60℃得到预混料；

（4）将预混料加入挤出机，加热至180℃挤出，挤出机机筒温度180℃，模具温度200℃，主机转速30转/min,喂料转速25转/min，挤出后经模具成型、牵引和切割得到所述木塑复合材料。

所述生物质纤维选择木材、稻秸、麦秸、锯末、稻壳中的一种或者多种以任意比混合，粒径为150目。所述无机酸选择硫酸、盐酸、磷酸中的一种或多种以任意比混合。所述纯无机酸与生物质纤维的质量比为1/50。所述塑炼装置有单螺杆塑炼机、双螺杆塑炼机、密炼机，其混炼温度为220℃。

实施例3得到的木塑复合材料的物理力学性能测试结果：

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims

1.一种塑化生物质纤维木塑复合材料，其特征在于：包括以下重量份的物质：聚氯乙烯树脂30～45份、塑化生物质纤维20～40份、环保稳定剂2～6份、润滑剂2～3份、偶联剂2～4份，发泡剂3～5份、发泡调节剂4～10份。

2.根据权利要求1所述的一种塑化生物质纤维木塑复合材料，其特征在于：所述润滑剂选择硬脂酸、石蜡中的一种或者两种以任意比混合。

3.根据权利要求1所述的一种塑化生物质纤维木塑复合材料，其特征在于：所述偶联剂选择马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、硅皖偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或者多种以任意比混合。

4.根据权利要求1所述的一种塑化生物质纤维木塑复合材料，其特征在于：所述加工助剂选择ACR树脂。

5.根据权利要求1所述的一种塑化生物质纤维木塑复合材料，其特征在于：所述发泡剂选择AC发泡剂或碳酸氢钠发泡剂。

6.根据权利要求1所述的一种塑化生物质纤维木塑复合材料，其特征在于：所述发泡调节剂选择丙烯酸酯类聚合物。

7.根据权利要求1～6任一项所述的塑化生物质纤维木塑复合材料的制备方法方法，其特征在于：包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的塑化生物质纤维木塑复合材料的制备方法方法，其特征在于：所述生物质纤维选择木材、稻秸、麦秸、锯末、稻壳中的一种或者多种以任意比混合，粒径为80～150目。

9.根据权利要求7所述的塑化生物质纤维木塑复合材料的制备方法方法，其特征在于：所述无机酸选择硫酸、盐酸、磷酸中的一种或多种以任意比混合。

10.根据权利要求7所述的塑化生物质纤维木塑复合材料的制备方法方法，其特征在于：所述纯无机酸与生物质纤维的质量比为1/80-1/50；所述塑炼装置有单螺杆塑炼机、双螺杆塑炼机、密炼机，其混炼温度为120～220℃。