CN109971106A - 热聚合单体涂覆改性木塑增强复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热聚合单体涂覆改性木塑增强复合材料，该材料组成物及重量百分比为：植物纤维粉40~60%、聚合物20~40%、偶联剂5~10%、热聚合单体1~10%、增塑剂8~10%；本发明将热聚合单体溶液喷洒在植物纤维粉表面，然后与其他组份混合、造粒、成型、冷却，制得木塑增强复合材料；本发明通过喷涂热聚合单体提高木塑复合材料中植物纤维粉与基体材料的界面粘结强度，最终达到改善木塑复合材料力学性能和耐水性的目的；且方法简单易行，适于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于木塑复合材料的制备领域，涉及一种热聚合单体涂覆改性木塑增强复合材料及其制备方法。
背景技术
木塑复合材料(wood plastic composites， WPC)是指以植物纤维（如木、竹、花生壳、椰子壳、亚麻、秸秆等）或其粉末为主要组分(含量通常达到60%以上)，以热塑性塑料为基体构成的一类新型绿色环保型复合材料；木塑复合材料兼具植物纤维和高分子材料的优点，能替代木材，一方面可有效地缓解我国森林资源匮乏，解决农林废弃物低效应用的问题，另一方面可使废旧塑料这些传统意义上的“白色污染”重新变废为材；WPC的应用遍及建材、园林、汽车工业、包装运输业、仓贮业、装饰材料及日常生活用具等方面。
WPC在制备和应用过程中最主要的瓶颈技术在于亲水性增强材料与疏水性基体材料的界面粘结强度不高。因此，如何简便有效地改善两者的界面强度成为木塑复合材料的研究重点之一。
目前工业生产中主要采用添加偶联剂、相容剂的方法，但存在添加量大、成本高等问题。有报道称，可以采用化学改性的方法对木材进行疏水改性，以达到提高其与基体材料界面强度的目的。但这种方法只适用于实验室内的小规模探索性研究，无法适应大批量工业化生产的需要，而且应用大量化学试剂也会对环境造成二次污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种热聚合单体涂覆改性木塑增强复合材料，该材料组成物及重量百分比为：植物纤维粉40~60%、聚合物20~40%、偶联剂5~10%、热聚合单体1~10%、增塑剂8~10%；通过喷涂热聚合单体提高木塑复合材料中植物纤维粉与基体材料的界面粘结强度，最终达到改善木塑复合材料力学性能和耐水性的目的。
所述植物纤维粉为木粉、竹粉、咖啡壳粉、花生壳粉、椰子壳粉、亚麻粉、秸秆粉等。
所述热聚合单体包括但不限于甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸乙酯等低分子量、低粘度的甲基丙烯酸酯类化合物，以及苯乙烯。
所述聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。
所述偶联剂、增塑剂为常规市售试剂。
本发明针对结构疏松的植物纤维粉，直接将可热聚合的热聚合单体，如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、苯乙烯等均匀喷洒于植物纤维粉表面，然后按照常规工艺制备WPC，在混料和造粒过程中，借助强烈的机械搅拌和热作用，使吸附在木粉颗粒表面的单体热聚合物成为一层疏水膜，这样可以方便地解决其与基体材料的相容性问题，从而达到改善两者界面强度乃至提高复合材料力学性能的目的。
本发明另一目的是提供上述热聚合单体涂覆改性木塑增强复合材料的制备方法，内容如下：
（1）热聚合单体与植物纤维粉的混合
将植物纤维粉置于高速混合机中，开动高速混合机将质量浓度50%~90%的热聚合单体溶液(采用乙醇、乙醚、丙酮等有机溶剂溶解)以细雾状喷洒在植物纤维粉表面，然后将处理过的植物纤维在高混机中混合均匀（混合温度在50℃~90℃，时间为15min~30min）；
（2）按照配方，将聚合物、偶联剂、增塑剂按常规顺序和工艺条件，加入高混机，实步骤（1）混合物与这些组分的均匀混合（在混合过程中混合物的温度不得超过100℃）；
（3）造粒
将步骤（2）混合物置于双螺杆造粒机中进行造粒，机筒各区间温度控制在150~200℃，口模温度为140~200℃，螺杆转速为50~120r/min；
（4）以颗粒料1为原料制备WPC
将步骤（3）得到的木塑颗粒经模具成型、冷却，制得木塑增强复合材料。
本发明有益效果如下：
本发明方法通过直接将热聚合单体喷洒在植物纤维粉表面实现，该方法具有如下优势：1）不改变木塑复合材料的制备工艺；2）整个过程不额外增加环境负担；3）简便易行，不需要额外设备；4）能显著改善木塑复合材料的力学性能。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1：本热聚合单体涂覆改性木塑增强复合材料的组成物及重量百分比为：咖啡壳粉40%、聚乙烯30%、马来酸酐接枝聚乙烯15%、甲基丙烯酸甲酯5%、硬脂酸钙10%。
上述木塑增强复合材料的制备方法如下：
1、将咖啡壳粉置于高速混合机中，开动高速混合机将质量浓度80%的甲基丙烯酸甲酯溶液(采用丙酮溶解)以细雾状喷洒在咖啡壳粉表面，然后将处理过的咖啡壳粉在高混机中混合均匀（混合温度在60℃，时间为20min）；
2、将聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、硬脂酸钙加入高混机中与步骤1混合物进行混合20min，在混合过程中混合物的温度不得超过100℃；
3、造粒
将步骤（2）混合物置于双螺杆造粒机中进行造粒，筒各段温度为150℃、180℃、185℃、185℃、185℃、180℃，口模温度为165℃，螺杆转速为50r/min；
4、将步骤3得到的颗粒经模具成型、冷却，制得木塑增强复合材料；制备得到的木塑复合材料冲击强度为3.56kJ/m2，拉伸强度为23.23MPa；较未经甲基丙烯酸甲酯涂覆改性的木塑复合材料对照样分别提高50.84%和21.36%。
实施例2：本热聚合单体涂覆改性木塑增强复合材料的组成物及重量百分比为：桉木粉50%、聚乙烯20%、马来酸酐接枝聚乙烯10%、甲基丙烯酸甲酯10%、硬脂酸钙10%。
上述木塑增强复合材料的制备方法如下：
1、将桉木粉置于高速混合机中，开动高速混合机将质量浓度60%的甲基丙烯酸甲酯溶液(采用乙醇溶解)以细雾状喷洒在桉木粉表面，然后将处理过的桉木粉在高混机中混合均匀（混合温度在75℃，时间为15min）；
2、将聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、硬脂酸钙加入高混机中与步骤1混合物进行混合20min，在混合过程中混合物的温度不得超过100℃；
3、造粒
将步骤（2）混合物置于双螺杆造粒机中进行造粒，筒各段温度为150℃、170℃、175℃、180℃、180℃、185℃，口模温度为160℃，螺杆转速为80r/min；
4、将步骤3得到的颗粒经模具成型、冷却，制得木塑增强复合材料；制备得到的木塑复合材料冲击强度为5.57kJ/m2，拉伸强度为26.15MPa；较未经甲基丙烯酸甲酯涂覆改性的木塑复合材料对照样分别提高51.77%和19.57%。
实施例3：本热聚合单体涂覆改性木塑增强复合材料的组成物及重量百分比为：竹粉60%、聚丙烯20%、马来酸酐接枝聚丙烯5%、甲基丙烯酸丁酯5%、硬脂酸钙10%。
上述木塑增强复合材料的制备方法如下：
1、将竹粉置于高速混合机中，开动高速混合机将质量浓度90%的甲基丙烯酸丁酯溶液(采用乙醚溶解)以细雾状喷洒在竹粉表面，然后将处理过的竹粉在高混机中混合均匀（混合温度在70℃，时间为15min）；
2、将聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、硬脂酸钙加入高混机中与步骤1混合物进行混合20min，在混合过程中混合物的温度不得超过100℃；
3、造粒
将步骤（2）混合物置于双螺杆造粒机中进行造粒，筒各段温度为150℃、190℃、195℃、195℃、195℃、180℃，口模温度为170℃，螺杆转速为100r/min；
4、将步骤3得到的颗粒经模具成型、冷却，制得木塑增强复合材料；制备得到的木塑复合材料冲击强度为4.58kJ/m2，拉伸强度为26.40MPa；较未经甲基丙烯酸丁酯涂覆改性的木塑复合材料对照样分别提高24.79%和20.71%。
实施例4：本热聚合单体涂覆改性木塑增强复合材料的组成物及重量百分比为：花生壳粉45%、聚乙烯40%、马来酸酐接枝聚乙烯5%、苯乙烯2%、硬脂酸8%。
上述木塑增强复合材料的制备方法如下：
1、将花生壳粉置于高速混合机中，开动高速混合机将质量浓度75%的苯乙烯溶液(采用乙醚溶解)以细雾状喷洒在花生壳粉表面，然后将处理过的花生壳粉在高混机中混合均匀（混合温度在65℃，时间为25min）；
2、将聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、硬脂酸加入高混机中与步骤1混合物进行混合20min，在混合过程中混合物的温度不得超过100℃；
3、造粒
将步骤（2）混合物置于双螺杆造粒机中进行造粒，筒各段温度为150℃、170℃、175℃、175℃、175℃、165℃，口模温度为150℃，螺杆转速为70r/min；
4、将步骤3得到的颗粒经模具成型、冷却，制得木塑增强复合材料；制备得到的木塑复合材料冲击强度为5.83kJ/m2，拉伸强度为25.98MPa；较未经苯乙烯涂覆改性的木塑复合材料对照样分别提高15.7%和25.9%。
Claims (4)
1.一种热聚合单体涂覆改性木塑增强复合材料，其特征在于，组成物及重量百分比为：植物纤维粉40~60%、聚合物20~40%、偶联剂5~10%、热聚合单体1~10%、增塑剂8~10%。
2.根据权利要求1所述的热聚合单体涂覆改性木塑增强复合材料，其特征在于：热聚合单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸乙酯或苯乙烯。
3.根据权利要求1所述的热聚合单体涂覆改性木塑增强复合材料，其特征在于：聚合物为聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。
4.权利要求1-3中任一项所述热聚合单体涂覆改性木塑增强复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
（1）将质量浓度50%~90%的热聚合单体溶液喷洒在植物纤维粉表面，然后在50~90℃下混合均匀；
（2）将步骤（1）混合物、聚合物、偶联剂、增塑剂加入高混机中进行混合，混合过程中混合物的温度低于100℃；
（3）将步骤（2）混合物置于双螺杆造粒机中进行造粒，机筒温度为150~200℃，口模温度为140~200℃，螺杆转速为50~120r/min；
（4）将步骤（3）得到的木塑颗粒经模具成型、冷却，制得木塑增强复合材料。
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910150578.8A Pending CN109971106A (zh) | 2019-02-28 | 2019-02-28 | 热聚合单体涂覆改性木塑增强复合材料及其制备方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109971106A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112724570A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-30 | 武汉华丽环保科技有限公司 | 一种生物基一次性手套材料及其制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106543621A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-03-29 | 西华大学 | 一种采用废弃物制备的木塑复合材料及其制备方法 |
-
2019
- 2019-02-28 CN CN201910150578.8A patent/CN109971106A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106543621A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-03-29 | 西华大学 | 一种采用废弃物制备的木塑复合材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 张靠民 等: "助剂对木粉/高密度聚乙烯复合材料成型特性的影响", 《化工进展》 * |
| 白晓艳: "《PVC木塑复合材料》", 30 April 2014, 北京交通大学出版社 * |
| 葛涛 等: "《功能性塑料母粒生产技术》", 30 June 2006, 中国轻工业出版社 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112724570A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-30 | 武汉华丽环保科技有限公司 | 一种生物基一次性手套材料及其制备方法 |
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