CN110372939B - 一种可提高木塑复合材料耐久性的包覆面料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及木塑复合材料技术领域，针对现有共挤面料的性能单一而对木塑复合材料的综合耐久性能提升有限的问题，本发明提供一种可提高木塑复合材料耐久性的包覆面料及其制备方法，该包覆面料由低流动性HDPE、高流动性HDPE、无机填料、相容剂、过氧化物交联剂、抗氧剂、紫外光吸收剂制成，低流动性HDPE为熔体流动指数0.1～2g/10min的HDPE，高流动性HDPE为熔体流动指数5～20g/10min的HDPE，在制备过程中分两段加入到双螺杆挤出机中造粒。本发明的包覆面料具有良好的耐候性和水汽阻隔性、耐磨性，作为共挤型木塑复合材料的面料，可大幅提高共挤型木塑复合材料的综合耐久性，具有良好的应用价值和市场前景。

Description

一种可提高木塑复合材料耐久性的包覆面料及其制备方法

技术领域

本发明涉及木塑复合材料技术领域，具体涉及一种可提高木塑复合材料耐久性的包覆面料及其制备方法。

背景技术

木塑复合材料是一类以高分子材料作为基体、以植物纤维为填充组分，辅以其他功能助剂，经熔融挤出、成型等工艺制成的环保型复合材料，广泛应用于建材、家具、物流包装等领域。传统的木塑复合材料由于其基体中存在大量的亲水性植物纤维，在使用过程中吸湿性大，而且耐老化、耐候性、耐磨性弱，导致材料的力学性能急剧下降，严重影响木塑复合材料的耐久性。现有技术中通常经复合材料共挤技术在木塑复合材料的表面共挤包覆一层共挤面料，以提高木塑复合材料的水汽阻隔性能、耐候性或者耐老化、耐磨性等，强化木塑复合材料的耐久使用性能。但是目前所用的共挤面料的功能单一，不能满足木塑复合材料所要求的水汽阻隔性、耐老化性、耐候性、耐磨性等综合性能，木塑复合材料的综合耐久性提升空间还有待进一步的拓展。例如，中国专利CN108329707A公开了一种户外木塑共挤面料，通过秸秆、松木粉、聚乙烯、聚氯乙烯、改性淀粉、马来酸酐接枝聚乙烯、润滑剂、抗氧剂复配得到。该户外木塑共挤面料耐水性能好，可有效防止户外木塑共挤面料在户外吸水而降低寿命，但对木塑复合材料的其他性能的提升有限。

发明内容

针对现有共挤面料的性能单一，对木塑复合材料的综合耐久性能提升有限的问题，本发明的目的在于提供一种可提高木塑复合材料耐久性的包覆面料，具有较强的水汽阻隔性、耐老化性、耐候性和一定的耐磨性能，以有效提升木塑复合材料的综合耐久性能。

本发明的另一目的在于提供该可提高木塑复合材料耐久性的包覆面料的制备方法。

本发明提供如下的技术方案：

一种可提高木塑复合材料耐久性的包覆面料，其特征在于，由以下重量份的组分制成：低流动性HDPE 70-85份、高流动性HDPE 5-20份、无机填料0.5-5份、相容剂0.5-5份、过氧化物交联剂0.1-2份、抗氧剂0.1-1份、紫外光吸收剂0.1-0.5份，低流动性HDPE为熔体流动指数0.1～2g/10min的HDPE，高流动性HDPE为熔体流动指数5～20g/10min的HDPE。

本发明的包覆面料以高密度聚乙烯HDPE为主体原料，辅以无机填料、相容剂、过氧化物交联剂、抗氧剂和紫外光吸收剂等。其中高密度聚乙烯的吸水性低，对水蒸气和空气的渗透性小，而且具有较强的耐磨性、韧性、耐寒性和化学稳定性，而低流动性HDPE的溶体流动指数小，拉伸强度、抗撕裂强度、抗冲击强度等力学性能高，从而为包覆面料提供良好的力学性能；高流动性HDPE相对的熔融流动性高，可以改善低流动性HDPE的加工性能，同时提升无机填料等与低流动性HDPE的混合均匀性。无机填料可以增强包覆面料的耐水性、耐老化性以及耐磨性等，紫外光吸收剂能够提升HDPE的耐老化能力，抗氧剂防止HDPE的过度交联，改善加工性能，相容剂有效促进无机填料等的分散性、增强HDPE和无机填料等之间的连接性。这样使本发明的包覆面料具有较强的水汽阻隔性、耐老化性、耐候性和一定的耐磨性能，可以有效提升木塑复合材料的综合耐久性能。

作为本发明的优选，所述无机填料为蒙脱土和累托石中的至少一种。蒙脱土和累托石具有层状结构和一定的吸水能力，可提高HDPE材料水汽阻隔性，削弱水汽对HDPE的侵蚀。

作为本发明的优选，将累托石在300～400℃下煅烧2～3小时，然后在浓度为10～15g/L的岩藻多糖水溶液中分散均匀，累托石的分散浓度为25～35g/L，室温下超声辅助静置16～24小时，再将累托石真空干燥后700～800℃下隔氧煅烧4～6小时，按照累托石:马来酸酐接枝改性HDPE蜡粉末＝1:0.09～0.16的质量比混合均匀，加热至马来酸酐接枝改性HDPE蜡粉末熔融，保持熔融状态下加压一段时间，逐渐降至室温后卸压，得到处理后的累托石。将煅烧后的累托石在岩藻多糖水溶液中分散浸渍，使岩藻多糖进入累托石的层间结构中，然后经隔氧煅烧，使岩藻多糖在累托石的层间形成碳链网络，一方面增加累托石层间间距，另一方面丰富累托石的孔隙结构，增强储水能力以及抗吸水膨胀性；然后将累托石再与马来酸酐接枝改性HDPE蜡粉末混合，使熔融状态的马来酸酐接枝改性HDPE经碳链网络扩大的层间距侵入累托石的内部，利用这种插入累托石内的马来酸酐接枝改性HDPE提升累托石在与高流动性HDPE和低流动性HDPE混合时的相容性能以及熔融状态下的流动分散性能，提升包覆面料的综合耐久性，而且侵入的熔融马来酸酐接枝改性HDPE与碳链网络易交叉互穿，这样不仅可以增强累托石的强度和耐磨性，在包覆面料的熔融挤出加工过程中，马来酸酐接枝改性HDPE不易从层间熔出。

作为本发明的优选，马来酸酐接枝改性HDPE粉末的熔体流动指数为300～600g/10min，保压压力3～5MPa，保压时间90～120min。高压下可以将马来酸酐接枝改性HDPE更完全的侵入到累托石的层间，但是压力不易过大，否则容易破坏累托石的层间结构，同时熔体流动指数更高的马来酸酐接枝改性HDPE浸入累托石内部，可以赋予累托石更好的流动分散性，进而与高流动性HDPE及交联改性HDPE的相容性高。

作为本发明的优选，所述相容剂为HDPE接枝马来酸酐、HDPE接枝甲基丙烯酸、HDPE接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中至少一种。

作为本发明的优选，过氧化物交联剂为氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二叔戊基中至少一种。

作为本发明的优选，所述的抗氧剂为抗氧剂225、抗氧剂215中的一种。

作为本发明的优选，所述的紫外光吸收剂为UV-531、UV-327中的一种。

上述可提高木塑复合材料耐久性的包覆面料的制备方法，包含以下步骤：

(1)将低流动性HDPE和过氧化物交联剂按上述比例均匀混合，得到共混物1；

(2)将高流动性HDPE、无机填料、相容剂、抗氧剂、紫外光吸收剂均匀混合得到共混物2；

(3)将共混物1在双螺杆挤出机的前段进口进料，将共混物2在双螺杆挤出机的中段进口进料，通过双螺杆挤出机造粒得到粒子即为包覆面料。

本发明的制备过程采用两步分段加料反应，首先在双螺杆挤出机前段加入共混物1，通过加热熔融将HDPE在过氧化物交联剂作用下交联化改性，大幅提升HDPE材料的耐候性和水汽阻隔性，同时低熔融指数的HDPE赋予包覆面料良好的主体力学性能；然后在中段加入共混物2，一方面高流动性的HDPE的熔融流动指数高，与无机填料、相容剂、抗氧剂、紫外光吸收剂在熔融状态下的混合均匀性高，另一方面高流动性HDPE与交联改性后的低流动性HDPE的相容连接性强，从而改善交联化的低流动相HDPE的流动加工性能以及与其他组份的混合均匀性，进而强化所得包覆面料整体的耐候性、水汽性等，提升包覆面料的综合耐久性。而在中段加入抗氧化剂可以有效捕捉低流动性HDPE交联化反应后残留的过氧化物交联剂，避免中段加入的高流动性HDPE的交联反应，保障复合材料体系的加工性能。

本发明的有益效果如下：

本发明以低流动性HDPE为主原料，通过与高流动性HDPE、无机填料等组份合理配置，并经两段入料加工，得到以交联HDPE为主基体，以蒙脱土或累托石为填充材料的包覆面料，该材料具有良好的耐候性和水汽阻隔性，作为共挤型木塑复合材料的面料，可大幅提高共挤型木塑复合材料的综合耐久性，具有良好的应用价值和市场前景。

具体实施方式

下面就本发明的具体实施方式作进一步说明。

如无特别说明，本发明中所采用的原料均可从市场上购得或是本领域常用的，如无特别说明，下述实施例中的方法均为本领域的常规方法。

本发明的包覆面料制备方法所用双螺杆挤出机的温度范围为80-240℃，各段采用常规温度区间设置即可，对包覆面料性能影响较小。

实施例1

一种可提高木塑复合材料耐久性的包覆面料，由以下重量的组分制成：低流动性HDPE 70g、高流动性HDPE 5g、蒙脱土0.5g、HDPE接枝马来酸酐0.5g、过氧化二异丙苯0.1g、抗氧剂225 0.1g、UV-531 0.5g，低流动性HDPE为熔体流动指数0.1g/10min的HDPE，高流动性HDPE为熔体流动指数20g/10min的HDPE。

上述可提高木塑复合材料耐久性的包覆面料经以下步骤制成：

(1)将低流动性HDPE和过氧化二异丙苯上述比例均匀混合，得到共混物1；

(2)将高流动性HDPE、蒙脱土、HDPE接枝马来酸酐、抗氧剂225、UV-531均匀混合得到共混物2；

(3)将共混物1在双螺杆挤出机的前段进口进料熔融，将共混物2在双螺杆挤出机的中段进口进料熔融，通过双螺杆挤出机造粒得到的粒子即为包覆面料。

实施例2

一种可提高木塑复合材料耐久性的包覆面料，制备过程与实施例1相同，与实施例1的不同之处在于，该包覆面料由以下重量的组分制成：低流动性HDPE 85g、高流动性HDPE20g、蒙脱土5g、HDPE接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯5g、过氧化二叔丁基、2g、抗氧剂215 1g、UV-3270.1g，低流动性HDPE为熔体流动指数2g/10min的HDPE，高流动性HDPE为熔体流动指数10g/10min的HDPE。

实施例3

一种可提高木塑复合材料耐久性的包覆面料，制作过程与实施例1相同，与实施例1的不同之处在于，该包覆由以下重量的组分制成：低流动性HDPE 80g、高流动性HDPE 15g、累托石4g、HDPE接枝甲基丙烯酸3g、过氧化二叔戊基1.0g、抗氧剂225 0.6g、UV-531 0.3g，低流动性HDPE为熔体流动指数0.9g/10min的HDPE，高流动性HDPE为熔体流动指数8g/10min的HDPE。

实施例4

一种可提高木塑复合材料耐久性的包覆面料，制作过程与实施例1相同，与实施例1的不同之处在于，该包覆面料由以下重量的组分制成：低流动性HDPE 75g、高流动性HDPE10g、累托石2g、HDPE接枝马来酸酐0.5g、过氧化苯甲酸叔丁酯1.0g、抗氧剂225 0.2g、UV-531 0.2g，低流动性HDPE为熔体流动指数0.35g/10min的HDPE，高流动性HDPE为熔体流动指数12g/10min的HDPE，其中累托石经以下过程处理后使用：

将累托石在300℃下煅烧3小时，然后在浓度为15g/L的岩藻多糖水溶液中分散均匀，累托石的分散浓度为35g/L，室温下超声辅助静置24小时，再将累托石真空干燥后800℃下隔氧煅烧4小时，按照累托石:马来酸酐接枝改性HDPE蜡粉末＝1:0.16的质量比混合均匀，马来酸酐接枝改性HDPE蜡粉末的熔体流动指数为300g/10min，加热至马来酸酐接枝改性HDPE蜡粉末熔融，保持熔融状态，在5MPa压力下保持90min，逐渐降至室温后卸压，得到处理后的累托石。

实施例5

一种可提高木塑复合材料耐久性的包覆面料，制作过程与实施例1相同，与实施例1的不同之处在于，该包覆面料由以下重量的组分制成：低流动性HDPE 80g、高流动性HDPE15g、累托石3g、HDPE接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯1.0g、过氧化二叔戊基1.2g、抗氧剂2150.7g、UV-327 0.4g，低流动性HDPE为熔体流动指数0.35g/10min的HDPE，高流动性HDPE为熔体流动指数12g/10min的HDPE，其中，累托石经以下过程处理后使用：

将累托石在400℃下煅烧2小时，然后在浓度为10g/L的岩藻多糖水溶液中分散均匀，累托石的分散浓度为25g/L，室温下超声辅助静置16小时，再将累托石真空干燥后700℃下隔氧煅烧6小时，按照累托石:马来酸酐接枝改性HDPE蜡粉末＝1:0.09的质量比混合均匀，马来酸酐接枝改性HDPE蜡粉末的熔体流动指数为600g/10min，加热至马来酸酐接枝改性HDPE蜡粉末熔融，保持熔融状态，在3MPa压力下保持120min，逐渐降至室温后卸压，得到处理后的累托石。

实施例6

一种可提高木塑复合材料耐久性的包覆面料，与实施例5的不同之处在于，所用无机填料为累托石，但累托石在处理过程中所用马来酸酐接枝改性HDPE蜡粉末的熔体流动指数为100g/10min。

对比例1

该包覆面料的所用原料和制造过程与实施例1基本相同，不同之处在于，原料中不添加高流动性的HDPE，双螺杆挤出机中段加入为蒙脱土、HDPE接枝马来酸酐、抗氧剂225、UV-531的混合物。

对比例2

该包覆面料所用原料和制造过程与实施例1基本相同，不同之处在于，在制造过程中，将低流动性HDPE、过氧化二异丙苯、高流动性HDPE、蒙脱土、HDPE接枝马来酸酐和UV-531均匀混合后在双螺杆挤出机的前段进口进料熔融；抗氧剂225在双螺杆挤出机的中段进口进料，通过双螺杆挤出机造粒得到的粒子即为包覆面料。

对比例3

该包覆面料所用原料和制造过程与实施例1基本相同，不同之处在于，在制造过程中，将低流动性HDPE、过氧化二异丙苯、高流动性HDPE、蒙脱土、HDPE接枝马来酸酐、UV-531和抗氧剂225均匀混合，然后在双螺杆挤出机的前段进口进料熔融，通过双螺杆挤出机造粒得到的粒子即为包覆面料。

对比例4

该包覆面料的制备过程与实施例1相同，不同之处在于，所用原料中低流动性HDPE为100g、高流动性HDPE为2g、蒙脱土0.5g、HDPE接枝马来酸酐0.5g、过氧化二异丙苯3g、抗氧剂225 1.2g、UV-531 0.2g。

对比例5

该包覆面料的制备过程与实施例1相同，不同之处在于，所用原料中低流动性HDPE为60g、高流动性HDPE为20g、蒙脱土0.5g、HDPE接枝马来酸酐0.5g、过氧化二异丙苯0.3g、抗氧剂225 0.9g、UV-531 0.2g。

对比例6

该包覆面料的制备过程与实施例5相同，不同之处在于，累托石仅做以下处理时，将累托石在400℃下煅烧2小时，降至常温后按照累托石:马来酸酐接枝改性HDPE蜡粉末＝1:0.09的质量比混合均匀，马来酸酐接枝改性HDPE蜡粉末的熔体流动指数为600g/10min，加热至马来酸酐接枝改性HDPE蜡粉末熔融，保持熔融状态，在3MPa压力下保持120min，逐渐降至室温后卸压，得到处理后的累托石。

对比例7

该包覆面料的制备过程与实施例5相同，不同之处在于，累托石仅做以下处理：将累托石在400℃下煅烧2小时，然后在浓度为10g/L的岩藻多糖水溶液中分散均匀，累托石的分散浓度为25g/L，室温下超声辅助静置16小时，再将累托石真空干燥后700℃下隔氧煅烧6小时，降至常温。

性能测试

将实施例1～6和对比例1～5所得包覆面料粒子与木塑芯层材料共挤、成型得到共挤型木塑复合材料样品，分别进行紫外加速老化测试、水煮试验测试和耐磨性测试，其中，耐摩擦测试参照强化地板耐磨测试方法：将该样品制成10*10cm*1cm的薄板，在覆盖砂纸的转盘上打磨，每500转更换新的砂纸，直至薄板表面的包覆面料层最终磨穿，统计累加的转数即为耐磨指数。

测试结果见表1所示，其中对比例2中低流动性HDPE、高流动性HDPE在前段完全交联固化，导致无法挤出制备包覆面料；对比例3中，低流动性HDPE、高流动性HDPE在前段大部分交联固化，导致无法挤出制备包覆面料。

表1测试结果

Claims (8)

1.一种可提高木塑复合材料耐久性的包覆面料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将低流动性HDPE和过氧化物交联剂按比例均匀混合，得到共混物1；

（2）将高流动性HDPE、无机填料、相容剂、抗氧剂、紫外光吸收剂均匀混合得到共混物2；

（3）将共混物1在双螺杆挤出机的前段进口进料，将共混物2在双螺杆挤出机的中段进口进料，通过双螺杆挤出机造粒得到的粒子即为包覆面料；

其中各组分的重量份如下：低流动性HDPE 70-85份、高流动性HDPE 5-20份、无机填料0.5-5份、相容剂0.5-5份、过氧化物交联剂0.1-2份、抗氧剂0.1-1份、紫外光吸收剂0.1-0.5份，低流动性HDPE为熔体流动指数0.1～2g/10min的HDPE，高流动性HDPE为熔体流动指数5～20g/10min的HDPE；

所述无机填料为蒙脱土和累托石中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的可提高木塑复合材料耐久性的包覆面料的制备方法，其特征在于，所述累托石经以下过程处理后使用：将累托石在300～400℃下煅烧2～3小时，然后在浓度为10～15g/L的岩藻多糖水溶液中分散均匀，累托石的分散浓度为25～35g/L，室温下超声辅助静置16～24小时，再将累托石真空干燥后700～800℃下隔氧煅烧4～6小时，按照累托石:马来酸酐接枝改性HDPE蜡粉末=1:0.09～0.16的质量比混合均匀，加热至马来酸酐接枝改性HDPE蜡粉末熔融，保持熔融状态下加压一段时间，逐渐降至室温后卸压，得到处理后的累托石。

3.根据权利要求2所述的可提高木塑复合材料耐久性的包覆面料的制备方法，其特征在于，马来酸酐接枝改性HDPE蜡粉末的熔体流动指数为300～600g/10min，保压压力3～5MPa，保压时间90～120min。

4.根据权利要求1至3任一所述的可提高木塑复合材料耐久性的包覆面料的制备方法，其特征在于，所述相容剂为HDPE接枝马来酸酐、HDPE接枝甲基丙烯酸、HDPE接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中至少一种。

5.根据权利要求1至3任一所述的可提高木塑复合材料耐久性的包覆面料的制备方法，其特征在于，过氧化物交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二叔戊基中的至少一种。

6.根据权利要求1至3任一所述的可提高木塑复合材料耐久性的包覆面料的制备方法，其特征在于，所述的抗氧剂为抗氧剂225、抗氧剂215中的一种。

7.根据权利要求1至3任一所述的可提高木塑复合材料耐久性的包覆面料的制备方法，其特征在于，所述的紫外光吸收剂为UV-531、UV-327中的一种。

8.一种如权利要求1至7任一所述的制备方法得到的包覆面料。