CN110183792B - 一种防虫防霉木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种防虫防霉木塑复合材料及其制备方法，属于木塑复合材料技术领域。本发明提供的防虫防霉木塑复合材料，包括以下重量份的原料：聚氯乙烯100份；改性木粉30～100份；硼酸盐1～5份；纳米碳酸钙10～25份；偶联剂3～8份；聚乙烯蜡5～15份；乙醇50～200份；粘胶剂2～10份；所述改性木粉的制备方法包括如下步骤：将木粉在次氯酸钠溶液中浸泡消毒后，干燥，得到预处理木粉；将所述预处理木粉分散于氢氧化钙溶液中，通入二氧化碳，进行原位改性，然后经干燥，得到改性木粉。本发明提供的防虫防霉木塑复合材料，不仅具有优异的防虫防霉性能，还具有优异的力学性能和防水性能。
Description
技术领域
本发明涉及木塑复合材料技术领域，尤其涉及一种防虫防霉木塑复合材料及其制备方法。
背景技术
木塑复合材料是用木粉或植物纤维粉填充、增强的改性热塑性塑料，它集木材和塑料的优点于一身，具有像天然木材那样的外观，同时其防腐和防潮性能优于木材，且尺寸稳定性高，可加工性强，可进行切割、粘接，用钉子或螺栓固定连接，还可以涂漆，是一种新型环保型化工材料，可用于汽车内饰、保温材料、汽车零部件、室内装修板等多个领域。
虽然木塑复合材料的防虫和防霉性能优于木材，但是由于木塑复合材料中含有木粉或植物纤维粉，在潮湿温暖的环境下，仍然容易出现蛀虫和霉菌，尤其是木粉或植物纤维粉的用量增加时，蛀虫和霉菌更加容易生长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防虫防霉木塑复合材料及其制备方法，本发明提供的防虫防霉木塑复合材料，具有优异的防虫防霉性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种防虫防霉木塑复合材料，包括以下重量份的原料：
所述改性木粉的制备方法包括如下步骤：
将木粉在次氯酸钠溶液中浸泡消毒后，干燥，得到预处理木粉；
将所述预处理木粉分散于氢氧化钙溶液中，通入二氧化碳，进行原位改性，然后经干燥，得到改性木粉。
优选地，所述的防虫防霉木塑复合材料包括以下重量份的原料：
优选地，所述次氯酸钠溶液的浓度为5～10wt.％。
优选地，所述原位改性的温度为15～40℃；所述原位改性的时间为30～60min。
优选地，所述硼酸盐为硼酸锌、硼酸钙、硼酸钡和硼酸镁中的至少一种。
优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
优选地，所述粘胶剂为邻苯二甲酸二丁酯、亚磷酸三苯酯或聚硫醇。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的防虫防霉木塑复合材料的制备方法，包括如下步骤：
将纳米碳酸钙、改性木粉、偶联剂分散于乙醇中，在70～80℃搅拌10～15h，然后依次经过滤、干燥，得到预混料；
将所述预混料与聚氯乙烯、硼酸盐、聚乙烯蜡和粘胶剂混合，然后依次经混炼和模压成型，得到防虫防霉木塑复合材料。
优选地，所述混炼的温度为140～180℃，时间为5～10min。
优选地，所述模压成型的压力为15～30MPa，保压时间为3～8min。
本发明提供了一种防虫防霉木塑复合材料，包括以下重量份的原料：聚氯乙烯100份；改性木粉30～100份；硼酸盐1～5份；纳米碳酸钙10～25份；偶联剂3～8份；聚乙烯蜡5～15份；乙醇50～200份；粘胶剂2～10份；所述改性木粉的制备方法包括如下步骤：将木粉在次氯酸钠溶液中浸泡消毒后，干燥，得到预处理木粉；将所述预处理木粉分散于氢氧化钙溶液中，通入二氧化碳，进行原位改性，然后经干燥，得到改性木粉。
本发明提供了一种防虫防霉木塑复合材料，将木粉在次氯酸钠溶液中浸泡消毒，将木粉中本身存在的霉菌灭活，防止霉菌从内部生长，得到预处理木粉，然后将预处理木粉浸泡在氢氧化钙溶液中，使木粉的孔隙吸附氢氧化钙，然后通入二氧化碳，原位生成碳酸钙，使木粉外部表面和内部表面均可附一层碳酸钙，碳酸钙的存在使木粉表面呈一定碱性，可有效防止霉菌侵入木粉内部，一定程度上还可起到防虫的作用，同时还具有防水的作用；硼酸盐具有防虫防霉的作用，均匀分散于防虫防霉木塑复合材料中，与改性木粉表面的碳酸钙结合，可有效防止霉菌和虫类从外部进入木粉内部；同时，纳米碳酸钙为弱碱性，也具有防霉的作用，同时还有利于提高防虫防霉木塑复合材料的力学性能；偶联剂、聚乙烯蜡和粘胶剂组合，可提高聚氯乙烯基体与改性木粉、纳米碳酸钙之间的相容性，进一步提高防虫防霉木塑复合材料的力学性能。
实验结果表明，本发明提供的防虫防霉木塑复合材料的防虫和防霉性能均在1级以上，同时还具有优异的力学性能和防水性能，拉伸强度为32～36MPa，抗冲击强度为7.5～8.1KJ/m2，吸水率为0.7～1.1％。
具体实施方式
一种防虫防霉木塑复合材料，包括以下重量份的原料：
所述改性木粉的制备方法包括如下步骤：
将木粉在次氯酸钠溶液中浸泡消毒后，干燥，得到预处理木粉；
将所述预处理木粉分散于氢氧化钙溶液中，通入二氧化碳，进行原位改性，然后经干燥，得到改性木粉。
在本发明中，以重量份计，所述防虫防霉木塑复合材料的制备原料包括聚氯乙烯100份。在本发明中，所述聚氯乙烯作为防虫防霉木塑复合材料的基体，具有价廉易得的优势，整体上降低了防虫防霉木塑复合材料的成本。
在本发明中，以聚氯乙烯的重量份为基准，所述防虫防霉木塑复合材料的制备原料包括改性木粉30～100份，优选为50～70份，更优选为55～65份。
在本发明中，所述改性木粉的制备方法包括如下步骤：
将木粉在次氯酸钠溶液中浸泡消毒后，干燥，得到预处理木粉；
将所述预处理木粉分散于氢氧化钙溶液中，通入二氧化碳，进行原位改性，然后经干燥，得到改性木粉。
在本发明中，所述木粉的粒径优选为100～300μm。
在本发明中，所述浸泡消毒的时间优选为2～5h。
在本发明中，将木粉在次氯酸钠溶液中浸泡消毒，将木粉中本身存在的霉菌灭活，防止霉菌从内部生长，得到预处理木粉，然后将预处理木粉浸泡在氢氧化钙溶液中，使木粉的孔隙吸附氢氧化钙，然后通入二氧化碳，原位生成碳酸钙，使木粉外部表面和内部表面均可附一层碳酸钙，碳酸钙的存在使木粉表面呈一定碱性，可有效防止霉菌侵入木粉内部，一定程度上还可起到防虫的作用，同时还具有防水的作用。
在本发明中，所述次氯酸钠溶液的浓度优选为5～10wt.％，更优选为7～8wt.％。
在本发明中，所述氢氧化钙的浓度优选为0.5～1wt.％。
本发明对所述二氧化碳的通入速度没有特殊限定，采用常规的气体通入速率即可。
在本发明中，所述原位改性的温度优选为15～40℃；所述原位改性的时间优选为30～60min。在本发明中，所述原位改性在室温即可进行，操作简单。
在本发明中，以聚氯乙烯的重量份为基准，所述防虫防霉木塑复合材料的制备原料包括硼酸盐1～5份，优选为3～5份。在本发明中，所述硼酸盐优选为硼酸锌、硼酸钙、硼酸钡和硼酸镁中的至少一种。在本发明中，硼酸盐作为防虫防霉剂，与改性木粉表面的碳酸钙结合，可有效防止霉菌和虫类从外部进入木粉内部。
在本发明中，以聚氯乙烯的重量份为基准，所述防虫防霉木塑复合材料的制备原料包括纳米碳酸钙10～25份，优选为15～20份。在本发明中，所述纳米碳酸钙的粒径优选为10～100nm，更优选为50～100nm。在本发明中，所述纳米碳酸钙作为增强剂加入，有利于提高防虫防霉木塑复合材料的力学性能。
在本发明中，以聚氯乙烯的重量份为基准，所述防虫防霉木塑复合材料的制备原料包括偶联剂3～8份，优选为5～7份。在本发明中，所述偶联剂优选为硅烷偶联剂，更优选为γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。在本发明中，所述偶联剂与聚乙烯蜡、粘胶剂组合，可提高聚氯乙烯基体与改性木粉、纳米碳酸钙之间的相容性，进一步提高防虫防霉木塑复合材料的力学性能。
在本发明中，以聚氯乙烯的重量份为基准，所述防虫防霉木塑复合材料的制备原料包括聚乙烯蜡5～15份，优选为8～10份。在本发明中，所述聚乙烯蜡起到分子润滑剂的作用，能够促进物料的均匀混合，与偶联剂和粘胶剂组合，可提高聚氯乙烯基体与改性木粉、纳米碳酸钙之间的相容性，进一步提高防虫防霉木塑复合材料的力学性能。
在本发明中，以聚氯乙烯的重量份为基准，所述防虫防霉木塑复合材料的制备原料包括粘胶剂2～10份，优选为5～8份。在本发明中，所述粘胶剂优选为邻苯二甲酸二丁酯、亚磷酸三苯酯或聚硫醇。在本发明中，所述粘胶剂能够加强各组分间的粘结力，与聚乙烯蜡和粘胶剂组合，可提高聚氯乙烯基体与改性木粉、纳米碳酸钙之间的相容性，进一步提高防虫防霉木塑复合材料的力学性能。
在本发明中，以聚氯乙烯的重量份为基准，所述防虫防霉木塑复合材料的制备原料包括乙醇50～200份。在本发明中，所述乙醇作为溶剂使用。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的防虫防霉木塑复合材料的制备方法，包括如下步骤：
将纳米碳酸钙、改性木粉、偶联剂分散于乙醇中，在70～80℃搅拌10～15h，然后依次经过滤、干燥，得到预混料；
将所述预混料与聚氯乙烯、硼酸盐、聚乙烯蜡和粘胶剂混合，然后依次经混炼和模压成型，得到防虫防霉木塑复合材料。
本发明将纳米碳酸钙、改性木粉、偶联剂分散于乙醇中，在70～80℃搅拌10～15h，然后依次经过滤、干燥，得到预混料。在本发明中，在70～80℃搅拌混合制备预混料，可实现偶联剂对纳米碳酸钙和改性木粉的进一步改性，使偶联剂均匀分布在纳米碳酸钙和改性木粉表面，有利于提高两者与聚氯乙烯的相容性。
得到预混料后，本发明将所述预混料与聚氯乙烯、硼酸盐、聚乙烯蜡和粘胶剂混合，然后依次经混炼和模压成型，得到防虫防霉木塑复合材料。
在本发明中，所述混炼的温度优选为140～180℃，时间优选为5～10min。在本发明中，混炼过程中，各组分均匀混合，且粘胶剂渗入到物料的空隙，提高各组分之间的结合力，同时提高防虫防霉木塑复合材料的力学性能。
在本发明中，所述模压成型的压力优选为15～30MPa，保压时间优选为3～8min。
下面结合实施例对本发明提供的一种防虫防霉木塑复合材料及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将30g木粉(粒径100～300μn)在浓度为5wt.％的次氯酸钠溶液中浸泡消毒2h后，干燥，得到预处理木粉；将所述预处理木粉分散于浓度为0.5wt.％的氢氧化钙溶液中，通入二氧化碳，在25℃改性60min，然后经干燥，得到改性木粉；
将25g纳米碳酸钙(粒径50～100nm)、30g改性木粉、8gγ-氨丙基三乙氧基硅烷分散于200g乙醇中，在70℃搅拌15h，然后依次经过滤、干燥，得到预混料；
将所述预混料与100g聚氯乙烯、5g硼酸锌、15g聚乙烯蜡和10g亚磷酸三苯酯混合，然后在150℃混炼10min，然后倒入模具，在30MPa的压力保压3min，得到防虫防霉木塑复合材料。
实施例2
将50g木粉(粒径100～300μm)在浓度为8wt.％的次氯酸钠溶液中浸泡消毒2h后，干燥，得到预处理木粉；将所述预处理木粉分散于浓度为0.9wt.％的氢氧化钙溶液中，通入二氧化碳，在25℃改性60min，然后经干燥，得到改性木粉；
将15g纳米碳酸钙(粒径50～100nm)、50g改性木粉、7gγ-氨丙基三乙氧基硅烷分散于150g乙醇中，在80℃搅拌10h，然后依次经过滤、干燥，得到预混料；
将所述预混料与100g聚氯乙烯、3g硼酸镁、8g聚乙烯蜡和8g邻苯二甲酸二丁酯混合，然后在140℃混炼10min，然后倒入模具，在15MPa的压力保压8min，得到防虫防霉木塑复合材料。
实施例3
将70g木粉(粒径100～300μm)在浓度为5wt.％的次氯酸钠溶液中浸泡消毒2h后，干燥，得到预处理木粉；将所述预处理木粉分散于浓度为0.5wt.％的氢氧化钙溶液中，通入二氧化碳，在25℃改性60min，然后经干燥，得到改性木粉；
将20g纳米碳酸钙(粒径50～100nm)、70g改性木粉、5gγ-氨丙基三乙氧基硅烷分散于200g乙醇中，在70℃搅拌15h，然后依次经过滤、干燥，得到预混料；
将所述预混料与100g聚氯乙烯、5g硼酸锌、10g聚乙烯蜡和5g亚磷酸三苯酯混合，然后在150℃混炼10min，然后倒入模具，在30MPa的压力保压3min，得到防虫防霉木塑复合材料。
实施例4
将100g木粉(粒径100～300μm)在浓度为10wt.％的次氯酸钠溶液中浸泡消毒3h后，干燥，得到预处理木粉；将所述预处理木粉分散于浓度为0.8wt.％的氢氧化钙溶液中，通入二氧化碳，在30℃改性40min，然后经干燥，得到改性木粉；
将10g纳米碳酸钙(粒径50～100nm)、100g改性木粉、3gγ-氨丙基三乙氧基硅烷分散于200g乙醇中，在70℃搅拌15h，然后依次经过滤、干燥，得到预混料；
将所述预混料与100g聚氯乙烯、15g硼酸钙、15g聚乙烯蜡和2g亚磷酸三苯酯混合，然后在150℃混炼10min，然后倒入模具，在30MPa的压力保压3min，得到防虫防霉木塑复合材料。
对比例1
将100g木粉、3gγ-氨丙基三乙氧基硅烷分散于200g乙醇中，在70℃搅拌15h，然后依次经过滤、干燥，得到预混料；
将所述预混料与100g聚氯乙烯、15g聚乙烯蜡和2g亚磷酸三苯酯混合，然后在150℃混炼10min，然后倒入模具，在30MPa的压力保压3min，得到木塑复合材料。
对比例2
将100g木粉(粒径100～300μm)在浓度为10wt.％的次氯酸钠溶液中浸泡消毒3h后，干燥，得到预处理木粉；将所述预处理木粉分散于浓度为0.8wt.％的氢氧化钙溶液中，通入二氧化碳，在30℃改性40min，然后经干燥，得到改性木粉；
将100g改性木粉、3gγ-氨丙基三乙氧基硅烷分散于200g乙醇中，在70℃搅拌15h，然后依次经过滤、干燥，得到预混料；
将所述预混料与100g聚氯乙烯、15g聚乙烯蜡和2g亚磷酸三苯酯混合，然后在150℃混炼10min，然后倒入模具，在30MPa的压力保压3min，得到木塑复合材料。
对比例3
将100g木粉(粒径100～300μm)在浓度为10wt.％的次氯酸钠溶液中浸泡消毒3h后，干燥，得到预处理木粉；将所述预处理木粉分散于浓度为0.8wt.％的氢氧化钙溶液中，通入二氧化碳，在30℃改性40min，然后经干燥，得到改性木粉；
将10g纳米碳酸钙(粒径50～100nm)、100g改性木粉、3gγ-氨丙基三乙氧基硅烷分散于200g乙醇中，在70℃搅拌15h，然后依次经过滤、干燥，得到预混料；
将所述预混料与100g聚氯乙烯、15g聚乙烯蜡和2g亚磷酸三苯酯混合，然后在150℃混炼10min，然后倒入模具，在30MPa的压力保压3min，得到木塑复合材料。
按照GB/T 18261-2000公开的方法检测本发明实施例1～4和对比例1～3所得木塑复合材料的防霉性能；按照GB/T 18260-2000公开的方法检测本发明实施例1～4和对比例1～3所得木塑复合材料的防虫性能。结果如表1所示。
表1实施例14和对比例1～3所得木塑复合材料的防虫防霉性能测试结果
实施例1～4所得木塑复合材料的防霉防蛀性能优异，大部分为0级，而对比例1所得木塑复合材料的防虫防霉性能最差，对比例2采用改性木粉，所得木塑复合材料的防霉防蛀性能有所提高，而对比例3加入了纳米碳酸钙，所得木塑复合材料的防霉防蛀性能优于对比例2，说明纳米碳酸钙的加入在一定程度上也提高了防霉防蛀性能。
按照GB/T1040-92公开的方法测试实施例1～4和对比例1～3所得木塑复合材料的拉伸性能；按照GB/T1043-93公开的方法测试实施例1～4和对比例1～3所得木塑复合材料的抗冲击强度；按照如下方法测试实施例1～4和对比例1～3所得木塑复合材料的吸水率：将木塑复合材料置于水中，浸泡24h后，测试浸泡前后木塑复合材料的重量，然后计算吸水率。结果如表2所示。
表2实施例1～4和对比例1～3所得木塑复合材料的力学和防水性能测试结果
实施例1～4所得木塑复合材料的拉伸强度为32～36MPa，抗冲击强度为7.5～8.1KJ/m2，吸水率为0.7～1.1％，随着木粉的用量增加，吸水率逐渐增大。对比例1所用木粉未改性，未加入硼酸盐和纳米碳酸钙，其拉伸强度和抗冲击强度均远低于实施例1～4，且吸水率达到1.8％；对比例2采用改性的木粉，其拉伸强度和抗冲击强度有所提高，而吸水率降低至1.3％；对比例3使用改性木粉，同时加入了纳米碳酸钙，其拉伸性能和抗拉强度接近实施例1～4，而吸水率达到与实施例4相同的水平，说明纳米碳酸钙的加入不仅提高了力学性能，同时降低了吸水率，即提高了防水性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种防虫防霉木塑复合材料，包括以下重量份的原料：
所述改性木粉的制备方法包括如下步骤：
将木粉在次氯酸钠溶液中浸泡消毒后，干燥，得到预处理木粉；
将所述预处理木粉分散于氢氧化钙溶液中，通入二氧化碳，进行原位改性，然后经干燥，得到改性木粉。
2.如权利要求1所述的防虫防霉木塑复合材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：
3.如权利要求1或2所述的防虫防霉木塑复合材料，其特征在于，所述次氯酸钠溶液的浓度为5～10wt.％。
4.如权利要求1或2所述的防虫防霉木塑复合材料，其特征在于，所述原位改性的温度为15～40℃；所述原位改性的时间为30～60min。
5.如权利要求1或2所述的防虫防霉木塑复合材料，其特征在于，所述硼酸盐为硼酸锌、硼酸钙、硼酸钡和硼酸镁中的至少一种。
6.如权利要求1或2所述的防虫防霉木塑复合材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
7.如权利要求1或2所述的防虫防霉木塑复合材料，其特征在于，所述粘胶剂为邻苯二甲酸二丁酯、亚磷酸三苯酯或聚硫醇。
8.一种权利要求1～7任一项所述的防虫防霉木塑复合材料的制备方法，包括如下步骤：
将纳米碳酸钙、改性木粉、偶联剂分散于乙醇中，在70～80℃搅拌10～15h，然后依次经过滤、干燥，得到预混料；
将所述预混料与聚氯乙烯、硼酸盐、聚乙烯蜡和粘胶剂混合，然后依次经混炼和模压成型，得到防虫防霉木塑复合材料。
9.如权利要求8所述的防虫防霉木塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述混炼的温度为140～180℃，时间为5～10min。
10.如权利要求8所述的防虫防霉木塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述模压成型的压力为15～30MPa，保压时间为3～8min。
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