CN110317467A - 一种木塑复合发泡材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种木塑复合发泡材料及其制备方法，属于复合材料技术领域，按重量份数计，包括以下成分：玉米秸秆粉20～40份、废旧塑料30～50份、氧化铝纤维10～12份、萤石13～15份、发泡材料2～4份、抗氧剂3～5份、稳定剂4～6份、二氧化硅40～60份、抗冲击改性剂7～9份、加工助剂8～10份、粘合剂6～8份、辅助稳定剂1～3份和润滑剂2～5份。本发明通过添加稳定剂为有机锡稳定剂，且高效，具有高透明性，耐热性优良，并能够耐硫化污染；既能够避免传统木塑复合发泡材料中的有毒物质危害人体健康，又能够废物利用，减少环境污染和降低企业生产成本。

Description

一种木塑复合发泡材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种木塑复合材料及其制备方法，特别是涉及一种木塑复合发泡材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。
背景技术
木塑复合材料简称WPC是一种以生物质纤维和热塑性树脂为主要原料，再加入一些助剂着色剂、偶联剂和润滑剂后通过挤出成型、模压成型、注塑成型等方式加工而成的环保型复合材料。木塑复合材料是一类涵盖面广、产品种类多、形态结构多样的基础性材料，具有优良的耐水和耐腐蚀性能以及可循环使用等优点。它极大地体现了我国发展“循环经济”和建设“节约型社会”的理念，大力发展这种环保型材料，既利于保护森林资源和石油资源，又可以为废旧塑料和废弃生物质资源的大规模综合利用开辟新的道路。生物质纤维/聚合物复合材料主要用于对结构性能要求较低的领域，如托盘、包装箱、汽车内饰基材、铺板、景观园林等行业，约占木塑复合用品总量的75％，木塑复合材料是一种以木料和塑料为主要原料，并通过不同的复合方法生成的高性能、高附加值的新型复合材料。近年来，随着科学技术的发展，现代社会对塑料材料要求更高，既要求其性能好、价格低，又要求其耐高温、易加工成型；既要求其有较好的刚性，又要求其有较好的韧性。然而，传统的塑料材料难以满足社会需求，但很快人们便认识到，通过塑料填充改性既可降低生产成本，又可提高产品的使用性能。传统的复合发泡板材料的生产成本较高，同时内部还含有一定的有毒物质，即使具有静曲强度大、弹性模量高的特点，但是消费者由于顾虑材料的安全性还是会放弃购买，因此影响了产品的销量。
发明内容
本发明的主要目的是为了解决现有技术的不足，提供一种木塑复合发泡材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
一种木塑复合发泡材料，按重量份数计，包括以下成分：玉米秸秆粉20～40份、废旧塑料30～50份、氧化铝纤维10～12份、萤石13～15份、发泡材料2～4份、抗氧剂3～5份、稳定剂4～6份、二氧化硅40～60份、抗冲击改性剂7～9份、加工助剂8～10份、粘合剂6～8份、辅助稳定剂1～3份和润滑剂2～5份。
优选的，发泡材料为磺酰肼类化合物，加工助剂为甲基丙烯酸甲酯，抗氧剂为有机羧酸铜盐，稳定剂为有机锡稳定剂，辅助稳定剂为亚磷酸醋，抗冲击改性剂为氯化聚乙烯。
优选的，玉米秸秆粉20～30份、废旧塑料30～40份、氧化铝纤维10～11份、萤石13～14份、发泡材料2～3份、抗氧剂3～4份、稳定剂4～5份、二氧化硅40～50份、抗冲击改性剂7～8份、加工助剂8～9份、辅助稳定剂1～2份和润滑剂2～4份。
优选的，玉米秸秆粉30份、废旧塑料40份、氧化铝纤维13份、萤石14份、发泡材料3份、抗氧剂4份、稳定剂5份、二氧化硅50份、抗冲击改性剂8份、加工助剂9份、辅助稳定剂2份和润滑剂4份。
优选的，所述玉米秸秆粉、所述废旧塑料和所述二氧化硅作为基料。
优选的，所述玉米秸秆粉为在氮气气氛中经过470℃处理7h后得到的产物。
优选的，所述润滑剂为内润滑剂。
一种木塑复合发泡材料制备方法，包括以下步骤：
步骤1：取一定分量的玉米秸秆粉、废旧塑料、氧化铝纤维、萤石、发泡材料、抗氧剂、稳定剂、二氧化硅、抗冲击改性剂、加工助剂、辅助稳定剂和润滑剂，在常温环境下以50-80r/min的速度搅拌8-10min；
步骤2：在100-115℃和70-100r/min的条件下搅拌15-30min，得到预混料；
步骤3：将步骤2得到的预混料投入捏合机，进行熔融，冷却后粉碎成粒径在1mm以下的颗粒或粉料待用；
步骤4：将粉碎后的颗粒或粉料注塑或模压成型制得所述木塑复合发泡材料。
优选的，通过该方法制备成的木塑复合发泡材料，包括木塑复合发泡材料，所述木塑复合发泡材料的上表面由下到上依次铺设有第一粘合剂层和抗氧层，所述木塑复合发泡材料的下表面由上到下依次铺设有第二粘合剂层和耐腐蚀层。
优选的，所述第一粘合剂层和第二粘合剂层均为同一种粘合剂，所述抗氧层为有机羧酸铜盐材料，所述耐腐蚀层为氧化铝纤维材料。
本发明的有益技术效果：按照本发明的木塑复合发泡材料及其制备方法，秸秆是高效、长远的建材原料，可有效保护耕地和森林资源，同时农作物秸秆的来源广，成本相对于木粉较低；废旧塑料来源于日常生活用品中的废旧塑料，直接将废旧塑料混合磨粉使用，同时废物利用，有助于环境保护；发泡材料为磺酰肼类化合物，经加热分解后能释放出二氧化碳和氮气等气体；加工助剂为甲基丙烯酸甲酯加快废旧塑料的塑化过程，改进热塑性熔体的流变性能，改善热弹性状态下熔体力学性能，提高制品的外观质量等综合功能；抗氧剂为有机羧酸铜盐，有机羧酸铜盐具有良好的抗氧抗腐蚀性能及一定的抗磨性和抗极压性能，使复合材料在使用时能够延长使用寿命；稳定剂为有机锡稳定剂，且高效，具有高透明性，耐热性优良，并能够耐硫化污染；辅助稳定剂为亚磷酸醋除了可与有机锡稳定剂并用而改善有机锡稳定剂的效果以外，自身也具有一定的稳定效能；抗冲击改性剂为氯化聚乙烯，改善高分子材料的低温脆化，赋予其更高的韧性，既能够避免传统木塑复合发泡材料中的有毒物质危害人体健康，又能够废物利用，减少环境污染和降低企业生产成本；氧化铝纤维氧化铝纤维导热率、加热收缩率和热容都较低，长期使用在室内外环境中，它具有较好的化学稳定性，可在酸性环境、氧化气氛、还原气氛和真空条件下使用，能够延长复合材料的使用寿命；萤石的颜色艳丽便于改变木塑复合材料的整体外观颜色，使其更加丰富多彩，改变传统化学颜料的使用，减少污染。
附图说明
图1为按照本发明的木塑复合发泡材料及其制备方法的一优选实施例的剖视图。
图中：1-抗氧层，2-第一粘合剂层，3-木塑复合发泡材料，4-第二粘合剂层，5-耐腐蚀层。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本实施例提供的木塑复合发泡材料，按重量份数计，包括以下成分：玉米秸秆粉20～40份、废旧塑料30～50份、氧化铝纤维10～12份、萤石13～15份、发泡材料2～4份、抗氧剂3～5份、稳定剂4～6份、二氧化硅40～60份、抗冲击改性剂7～9份、加工助剂8～10份、粘合剂6～8份、辅助稳定剂1～3份和润滑剂2～5份，发泡材料为磺酰肼类化合物，加工助剂为甲基丙烯酸甲酯，抗氧剂为有机羧酸铜盐，稳定剂为有机锡稳定剂，辅助稳定剂为亚磷酸醋，抗冲击改性剂为氯化聚乙烯，玉米秸秆粉20～30份、废旧塑料30～40份、氧化铝纤维10～11份、萤石13～14份、发泡材料2～3份、抗氧剂3～4份、稳定剂4～5份、二氧化硅40～50份、抗冲击改性剂7～8份、加工助剂8～9份、辅助稳定剂1～2份和润滑剂2～4份，玉米秸秆粉30份、废旧塑料40份、氧化铝纤维13份、萤石14份、发泡材料3份、抗氧剂4份、稳定剂5份、二氧化硅50份、抗冲击改性剂8份、加工助剂9份、辅助稳定剂2份和润滑剂4份，玉米秸秆粉、废旧塑料和二氧化硅作为基料，玉米秸秆粉为在氮气气氛中经过470℃处理7h后得到的产物，润滑剂为内润滑剂。
在本实施例中，如图1所示，制备成的木塑复合发泡材料，包括木塑复合发泡材料3，木塑复合发泡材料3的上表面由下到上依次铺设有第一粘合剂层2和抗氧层1，木塑复合发泡材料3的下表面由上到下依次铺设有第二粘合剂层4和耐腐蚀层5，第一粘合剂层2和第二粘合剂层4均为同一种粘合剂，抗氧层1为有机羧酸铜盐材料，耐腐蚀层5为氧化铝纤维材料，在木塑复合发泡材料3的上表面添加抗氧层1为了防止木塑复合发泡材料3长时间暴露在空气中被氧化腐蚀，在木塑复合发泡材料3的下表面添加耐腐蚀层5为了防止木塑复合发泡材料3的底部被腐蚀，进而损坏整个木塑复合发泡材料3的力学结构，使其受力不均匀变形。
氧化铝纤维氧化铝纤维导热率、加热收缩率和热容都较低，长期使用在室内外环境中，它具有较好的化学稳定性，可在酸性环境、氧化气氛、还原气氛和真空条件下使用，能够延长复合材料的使用寿命。
萤石的颜色艳丽便于改变木塑复合材料的整体外观颜色，使其更加丰富多彩，改变传统化学颜料的使用，减少污染。
玉米秸秆粉完全来源于农作物，秸秆是高效、长远的建材原料，可有效保护耕地和森林资源，同时农作物秸秆的来源广，成本相对于木粉较低。
发泡材料为磺酰肼类化合物，经加热分解后能释放出二氧化碳和氮气等气体。
加工助剂为甲基丙烯酸甲酯加快废旧塑料的塑化过程，改进热塑性熔体的流变性能，改善热弹性状态下熔体力学性能，提高制品的外观质量等综合功能。
抗氧剂为有机羧酸铜盐，有机羧酸铜盐具有良好的抗氧抗腐蚀性能及一定的抗磨性和抗极压性能，使复合材料在使用时能够延长使用寿命。
稳定剂为有机锡稳定剂，且高效，具有高透明性，耐热性优良，并能够耐硫化污染。
辅助稳定剂为亚磷酸醋除了可与有机锡稳定剂并用而改善有机锡稳定剂的效果以外，自身也具有一定的稳定效能。
抗冲击改性剂为氯化聚乙烯，改善高分子材料的低温脆化，赋予其更高的韧性。
实施例1：
(1)将玉米秸秆粉在120摄氏度下烘烤4小时，使其含水率在3.5％以下。
(2)按重量份计，称取玉米秸秆粉20份、废旧塑料30份、氧化铝纤维10份、萤石13～15、发泡材料2份、抗氧剂3份、稳定剂4份、二氧化硅40份、抗冲击改性剂7份、加工助剂8份、辅助稳定剂1份和润滑剂2份。
(3)按加工步骤1：将上述原料加入到高速混合机中，在常温环境下以50-80r/min的速度搅拌8-10min；
步骤2：在100-115℃和70-100r/min的条件下搅拌15-30min，得到预混料；
步骤3：将步骤2得到的预混料投入捏合机，进行熔融，冷却后粉碎成粒径在1mm以下的颗粒或粉料待用；
步骤4：将粉碎后的颗粒或粉料注塑或模压成型制得所述木塑复合发泡材料。
实施例2：
(1)将玉米秸秆粉摄氏度下烘烤4小时，使其含水率在3.5％以下。
(2)按重量份计，称取玉米秸秆粉30份、废旧塑料40份、氧化铝纤维11份、萤石14份、发泡材料3份、抗氧剂4份、稳定剂5份、二氧化硅50份、抗冲击改性剂8份、加工助剂9份、辅助稳定剂2份和润滑剂4份。
(3)按加工步骤1：将上述原料加入到高速混合机中，在常温环境下以50-80r/min的速度搅拌8-10min；
步骤2：在100-115℃和70-100r/min的条件下搅拌15-30min，得到预混料；
步骤3：将步骤2得到的预混料投入捏合机，进行熔融，冷却后粉碎成粒径在1mm以下的颗粒或粉料待用；
步骤4：将粉碎后的颗粒或粉料注塑或模压成型制得所述木塑复合发泡材料。
实施例3：
(1)将玉米秸秆粉摄氏度下烘烤4小时，使其含水率在3.5％以下。
(2)按重量份计，称取玉米秸秆粉40份、废旧塑料50份、氧化铝纤维12份、萤石15份、发泡材料4份、抗氧剂5份、稳定剂6份、二氧化硅60份、抗冲击改性剂9份、加工助剂10份、辅助稳定剂3份和润滑剂5份。
(3)按加工步骤1：将上述原料加入到高速混合机中，在常温环境下以50-80r/min的速度搅拌8-10min；
步骤2：在100-115℃和70-100r/min的条件下搅拌15-30min，得到预混料；
步骤3：将步骤2得到的预混料投入捏合机，进行熔融，冷却后粉碎成粒径在1mm以下的颗粒或粉料待用；
步骤4：将粉碎后的颗粒或粉料注塑或模压成型制得所述木塑复合发泡材料。
分别取实施例1～3中制备得到的相应木塑复合材料，分别测试在50摄氏度下的弯曲强度、拉伸强度，测得纯小麦秸秆粉制备的木塑复合材料综合性能最佳，且添加称取玉米秸秆粉30份、废旧塑料40份、氧化铝纤维11份、萤石14份、发泡材料3份、抗氧剂4份、稳定剂5份、二氧化硅50份、抗冲击改性剂8份、加工助剂9份、辅助稳定剂2份和润滑剂4份制得的样品综合力学性能最好。
各实施例的木塑复合材料的弯曲强度、拉伸强度测试结果如下表1所示。
表1木塑复合材料的弯曲强度、拉伸强度测试结果
综上所述，在本实施例中，按照本实施例的木塑复合发泡材料，玉米秸秆粉完全来源于农作物，秸秆是高效、长远的建材原料，可有效保护耕地和森林资源，同时农作物秸秆的来源广，成本相对于木粉较低；废旧塑料来源于日常生活用品中的废旧塑料，直接将废旧塑料混合磨粉使用，同时废物利用，有助于环境保护；发泡材料为磺酰肼类化合物，经加热分解后能释放出二氧化碳和氮气等气体；加工助剂为甲基丙烯酸甲酯加快废旧塑料的塑化过程，改进热塑性熔体的流变性能，改善热弹性状态下熔体力学性能，提高制品的外观质量等综合功能；抗氧剂为有机羧酸铜盐，有机羧酸铜盐具有良好的抗氧抗腐蚀性能及一定的抗磨性和抗极压性能，使复合材料在使用时能够延长使用寿命；稳定剂为有机锡稳定剂，且高效，具有高透明性，耐热性优良，并能够耐硫化污染；辅助稳定剂为亚磷酸醋除了可与有机锡稳定剂并用而改善有机锡稳定剂的效果以外，自身也具有一定的稳定效能；抗冲击改性剂为氯化聚乙烯，改善高分子材料的低温脆化，赋予其更高的韧性。
以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种木塑复合发泡材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下成分：玉米秸秆粉20～40份、废旧塑料30～50份、氧化铝纤维10～12份、萤石13～15份、发泡材料2～4份、抗氧剂3～5份、稳定剂4～6份、二氧化硅40～60份、抗冲击改性剂7～9份、加工助剂8～10份、粘合剂6～8份、辅助稳定剂1～3份和润滑剂2～5份。
2.如权利要求1所述的木塑复合发泡材料，其特征在于，发泡材料为磺酰肼类化合物，加工助剂为甲基丙烯酸甲酯，抗氧剂为有机羧酸铜盐，稳定剂为有机锡稳定剂，辅助稳定剂为亚磷酸醋，抗冲击改性剂为氯化聚乙烯。
3.如权利要求1所述的木塑复合发泡材料，其特征在于，玉米秸秆粉20～30份、废旧塑料30～40份、氧化铝纤维10～11份、萤石13～14份、发泡材料2～3份、抗氧剂3～4份、稳定剂4～5份、二氧化硅40～50份、抗冲击改性剂7～8份、加工助剂8～9份、辅助稳定剂1～2份和润滑剂2～4份。
4.如权利要求3所述的木塑复合发泡材料，其特征在于，玉米秸秆粉30份、废旧塑料40份、氧化铝纤维13份、萤石14份、发泡材料3份、抗氧剂4份、稳定剂5份、二氧化硅50份、抗冲击改性剂8份、加工助剂9份、辅助稳定剂2份和润滑剂4份。
5.如权利要求4所述的木塑复合发泡材料，其特征在于，所述玉米秸秆粉、所述废旧塑料和所述二氧化硅作为基料。
6.如权利要求5所述的木塑复合发泡材料，其特征在于，所述玉米秸秆粉为在氮气气氛中经过470℃处理7h后得到的产物。
7.如权利要求4所述的木塑复合发泡材料，其特征在于，所述润滑剂为内润滑剂。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述的木塑复合发泡材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：取一定分量的玉米秸秆粉、废旧塑料、氧化铝纤维、萤石、发泡材料、抗氧剂、稳定剂、二氧化硅、抗冲击改性剂、加工助剂、辅助稳定剂和润滑剂，在常温环境下以50-80r/min的速度搅拌8-10min；
步骤2：在100-115℃和70-100r/min的条件下搅拌15-30min，得到预混料；
步骤3：将步骤2得到的预混料投入捏合机，进行熔融，冷却后粉碎成粒径在1mm以下的颗粒或粉料待用；
步骤4：将粉碎后的颗粒或粉料注塑或模压成型制得所述木塑复合发泡材料。
9.如权利要求8所述的一种木塑复合发泡材料制备方法，其特征在于，通过该方法制备成的木塑复合发泡材料，包括木塑复合发泡材料(3)，所述木塑复合发泡材料(3)的上表面由下到上依次铺设有第一粘合剂层(2)和抗氧层(1)，所述木塑复合发泡材料(3)的下表面由上到下依次铺设有第二粘合剂层(4)和耐腐蚀层(5)。
10.如权利要求9所述的一种木塑复合发泡材料制备方法，其特征在于，所述第一粘合剂层(2)和第二粘合剂层(4)均为同一种粘合剂，所述抗氧层(1)为有机羧酸铜盐材料，所述耐腐蚀层(5)为氧化铝纤维材料。
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