CN109929262B - 一种制备高强木塑材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备高强木塑材料的方法，将木粉通过可回收利用试剂，在加热状态下搅拌反应，制得具有一定疏水性的改性木粉（接触角可达135度）；将改性木粉按比例与高密度聚乙烯混合，充分搅拌，热挤出，打成样条。本发明通过简单工艺得到一种高强木塑材料，其力学性能好、界面结合强度高、可降解性高，具有高环保性，可广泛应家具、工业、建筑业等行业。
Description
技术领域
本发明属于天然高分子化学技术领域，具体涉及一种制备高强木塑材料的方法。
背景技术
当前，再生的原料以及环境友好、可持续发展的方法和过程是当今科学与技术发展趋势（Tilman, D.; Socolow, R. et al. Science 2009, 325, 270-271.）。解决木材供应量不足及塑料废弃物处置的问题迫在眉睫， 木塑复合材料应运而生。相对于原塑料和原木材而言，用废塑料和残留的木粉木屑、废旧家具中提取的木粉制备的木塑复合材料，其力学性能均优于单一原木材和单一原塑料。木塑复合材料凭其优异的力学性能，迅速在建筑用材、室内装饰等领域得到了广泛的应用。
近年来，随着森林面积和以石油为基础的资源日益减少，社会环保意识日见增强，木塑复合材料作为一种以植物纤维或粉体和热塑性聚合物为主要原料，经挤出、注塑或压制成型成为具有类似于木材特性的高性能、高附加值的绿色环保复合材料，已被许多国家列入绿色节能环保产品，受到了大力扶持。木塑复合材料正向着高附加值领域拓展，越来越受到人们的关注，这给人们提出了更高的要求。为了改善界面相容性，提高其综合性能，不仅要对原料进行处理， 也要对生产工艺进行优化升级。
目前研究重点还是集中于改善界面相容性，但对原料的改性处理以及混合过程较为繁琐，还未有无需添加偶联剂便可进行木塑复合材料性能增强的报道。
发明内容
本发明通过简单工艺得到一种高强木塑材料，其力学性能好、界面结合强度高、可降解性高，具有高环保性。可广泛应家具、工业、建筑业等行业。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
将木粉通过可回收利用试剂，在加热状态下搅拌反应，制得具有高疏水性的改性木粉；将改性木粉与高密度聚乙烯按质量比1:1混合，充分搅拌，热挤出，注成样条。
所述的可回收利用试剂为50wt%-85wt%对甲苯磺酸溶液
所用木粉原料为20-500目的普通木粉、竹粉、麻纤维粉末中的一种或多种混合；所述的木粉为木材、竹材、麻纤维生产加工过程中产生的粉末。
反应木粉质量与对甲苯磺酸溶液质量比为1:5-1:50。
木粉改性搅拌速度为50-2000rad/min，搅拌时间为5-100 min。
木粉改性反应温度为50-90℃。
所述热挤出过程的温度为160℃。
与现有技术相比，本发明具有如下特点：
（1）原料改性方法可在低温下进行，并实现试剂循环利用、可回收、节能环保、成本低廉。
（2）对甲苯磺酸试剂在一定条件下，可去除木材中的绝大部分半纤维素和部分木质素，以致纤维表面的木质素比例大大提高，从而增强木材的疏水性。在试剂浓度50-85wt%、反应温度50-90℃的条件范围内，随着试剂浓度和温度的提高，疏水性可以得到增大。并在浓度80wt%，温度80℃时，达到最高疏水性。当浓度超过85wt%，溶液酸性过强，木材易碳化。
（3）制备方法简便，无需大型、精密仪器，生产周期短。
（4）产物界面结合强度高，性能好。
附图说明
图1中左图和右图分别为未处理木粉和本发明实施例1改性后木粉的静态接触角图：可以看出，改性后木粉疏水性的大大提高；
图2中左图和右图分别为未处理木粉和本发明实施例1改性后木粉与高密度聚乙烯结合断裂界面电镜扫描图:可以看出，改性后木粉与高密度聚乙烯复合材料的界面结合得到增强；
图3中左图和右图分别为未处理木粉和本发明实施例1改性后木粉与高密度聚乙烯复合材料的拉伸数据和弯曲数据：随着木塑混合比的增大，复合材料的力学性能不断提高，且在混合比达到50%的时候，力学性能达到最高值。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步的介绍：
实施例1
将5克落叶松木粉（20-500目）加入到100克预热到80℃的浓度为80wt%的对甲苯磺酸溶液中，以转速200rad/min搅拌20分钟，抽滤得高疏水高纤维素比的改性木粉，100℃下整夜干燥。将干燥后的疏水改性木粉与高密度聚乙烯以质量比1:1的比例混合搅拌均匀，然后160℃下热挤出，注塑成样条。得到高强木素材料，拉伸强度达34MPa以上，弯曲强度达50MPa以上，具有良好的力学性能。
实施例2
将5克落叶松木粉（20-500目）加入到25克预热到50℃的浓度为50wt%的对甲苯磺酸溶液中，以转速50rad/min搅拌5分钟，抽滤得高疏水高纤维素比的改性木粉，100℃下整夜干燥。将干燥后的疏水改性木粉与高密度聚乙烯以质量比1:9的比例混合搅拌均匀，然后160℃下热挤出，注塑成样条。拉伸强度达25MPa以上，弯曲强度达30MPa以上，得到高强木素材料。
实施例3
将5克落叶松木粉（20-100目）加入到250克预热到90℃的浓度为85wt%的对甲苯磺酸溶液中，以转速2000rad/min搅拌100分钟，抽滤得高疏水高纤维素比的改性木粉，100℃下整夜干燥。将干燥后的疏水改性木粉与高密度聚乙烯以质量比1：1的比例混合搅拌均匀，然后160℃下热挤出，注塑成样条。拉伸强度达30MPa以上，弯曲强度达40MPa以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (1)
1.一种制备高强木塑材料的方法，其特征在于：将疏水改性木粉与高密度聚乙烯按质量比1:1-1:9混合，充分搅拌，热挤出，注成样条；所述疏水改性木粉的制备包括：将20-500目的松木粉与对甲苯磺酸溶液在加热状态下搅拌反应一段时间，制得具有高疏水性的改性木粉；所述对甲苯磺酸溶液的浓度为50-85wt%；松木粉改性反应温度为50-90℃；松木粉质量与对甲苯磺酸溶液质量比为1:5-1:50；松木粉改性搅拌速度为50-2000rad/min，搅拌时间为5-100 min；所述热挤出过程的温度为160℃。
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