CN110643112A - 一种木塑复合材料的制备方法 - Google Patents

一种木塑复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于木塑复合材料技术领域，公开一种木塑复合材料的制备方法。（1）、将木粉进行预处理：将木粉、环氧树脂、固化剂、促进剂、活性稀释剂、惰性稀释剂按照质量比（2~20）∶100∶（20~150）∶（0.05~3）∶（5‑15）∶（10‑20）混合均匀，固化处理，得到预处理的木粉；（2）、将预处理的木粉、树脂、空心玻璃微球、偶联剂、润滑剂、紫外吸收剂按照质量比（25‑40）∶（20‑40）∶（20‑25）∶（2‑4）∶（2‑4）∶（2‑4）混合均匀；（3）、将步骤（2）混合均匀的颗粒料通过挤出成型、热压成型或模压成型得到木塑复合材料。本发明制备的木塑复合材料界面结合良好、轻质、高强。

Description

一种木塑复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于木塑复合材料技术领域，具体涉及一种木塑复合材料的制备方法。
背景技术
木塑复合材料（Wood-plastic composites，WPC），是以天然植物纤维填料（包括木粉、竹粉、秸秆、稻壳及废弃植物纤维等）和塑料（包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）及废旧热塑性塑料等）为主要原料，采用植物纤维改性、塑料改性及改善界面相容性等技术手段，将废弃的天然植物纤维、废旧塑料与助剂一起熔融、混炼制成颗粒，再加工成型的一种绿色环保、环境友好的新型材料，WPC解决了废弃木质纤维材料综合利用率低级处理废弃木质纤维材料带来的环境污染等问题，且具有可降解性，有效缓解了木材供给紧张与日益增长的社会需求之间的矛盾。WPC极大地体现了我国发展“循环经济”建设“节约型社会”的理念，其发展和应用有助于减少塑料的“白色污染”，既利于保护森林资源，又对废弃物的综合利用、环境保护以及缓解木材日趋紧张的压力具有十分重要的意义，已成为当今木材和塑料加工应用领域的研究热点之一。
木塑复合材料由于其耐水性、耐酸碱性、尺寸稳定性等优点，及其加工过程简单，后期维护成本较低，目前已在建筑、家具和汽车等领域得到应用。但是木塑复合材料的力学性能不高，不能作为建筑等的承重材料，一直限制其更加广泛应用，研究得到高强的木塑复合材料，对改善日益增长的环境问题及改善工业应用的安全可靠程度具有长远的意义。
发明内容
针对目前木塑复合材料力学性能较低的问题，本发明的目的旨在提供一种界面结合良好、轻质高强的木塑复合材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种木塑复合材料的制备方法，步骤如下：
（1）、将木粉进行预处理：将木粉、环氧树脂、固化剂、促进剂、活性稀释剂、惰性稀释剂按照质量比（2~20）∶100∶（20~150）∶（0.05~3）∶（5-15）∶（10-20）混合均匀，在25-105 ℃下固化处理6-12 h，得到预处理的木粉；
（2）、将预处理的木粉、树脂、空心玻璃微球、偶联剂、润滑剂、紫外吸收剂按照质量比（25-40）∶（20-40）∶（20-25）∶（2-4）∶（2-4）∶（2-4）混合均匀；
（3）、将步骤（2）混合均匀的颗粒料通过挤出成型、热压成型或模压成型得到木塑复合材料。
较好地，步骤（1）中，木粉的粒径为40-200目。
较好地，步骤（1）中，环氧树脂为环氧树脂E51或环氧树脂E44，固化剂为甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、十二烯基琥珀酸酐、双氰胺、咪唑类中的一种，促进剂为有机脲UR300、有机脲UR500、DMP-30中的一种，活性稀释剂为AGE、501中的一种，惰性稀释剂为无水乙醇、丙酮、丁酮中的一种。
较好地，步骤（2）中，空心玻璃微球的粒径为20-120目，且在使用前需要将其用偶联剂KH-560进行表面处理，所述表面处理方法为：将空心玻璃微球浸渍于偶联剂KH-560中12-24 h，然后洗涤、烘干即得到表面处理的空心玻璃微球。
较好地，步骤（2）中，树脂为PP、HDPE中的一种，偶联剂为MAPE、MAPP中的一种，并且树脂PP与偶联剂MAPP配合使用，树脂HDPE与MAPE配合使用，润滑剂为PE蜡、石蜡、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或两种以上的混合复配，其中硬脂酸锌或硬脂酸钙不同时出现。
较好地，步骤（3）中，挤出成型时挤出机的温度先升到160-170 ℃，然后降至140-150 ℃挤出成型；热压成型时，在1-10 MPa条件下先160-170 ℃热压2-4 min、随后再冷压2-4 min。
有益效果：
1、为了提高木粉与树脂的界面润湿性，提高两者的结合力，本发明首先用环氧树脂对木粉进行处理，使木粉表面通过固化包裹一层树脂，在提高润湿性的同时也可以起到一定的程度的耐腐蚀作用，进而延长木塑材料的使用寿命；
2、通过在木塑复合材料的制备过程中引入空心玻璃微球及紫外吸收剂，通过熔融偶联作用将空心玻璃微球与木粉很好地连接，使制备得到的木塑复合材料具有良好的致密性，兼具木塑材料的生物可降解性、无环境污染的特性，及空心玻璃微球的高强及低密度特性；本发明能够得到轻质高强木塑复合材料且其具有生物可降解性；同时紫外吸收剂的加入使其在应用在建筑及汽车领域时具有很好的防紫外线能力，大大提高该木塑复合材料的耐候性、抗老化性能，延长其使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细、清楚地描述，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
一种木塑复合材料的制备方法，步骤如下：
（1）、将木粉进行预处理：将木粉（70目）、环氧树脂、固化剂、促进剂、活性稀释剂、惰性稀释剂按照质量比15∶100∶60∶0.08∶6∶10混合均匀，在60 ℃下固化处理10 h，得到预处理的木粉；其中，环氧树脂为环氧树脂E51，固化剂为甲基四氢邻苯二甲酸酐，促进剂为有机脲UR300，活性稀释剂为AGE，惰性稀释剂为无水乙醇；
（2）、将预处理的木粉、树脂PP、空心玻璃微球（60目）、偶联剂MAPP、润滑剂PE蜡、紫外吸收剂UV-360按照质量比35∶30∶25∶3∶4∶3混合均匀60 min；其中，空心玻璃微球使用前需要将其用偶联剂KH-560进行表面处理：将空心玻璃微球浸渍于偶联剂KH-560中12 h，然后洗涤、烘干即得到表面处理的空心玻璃微球；
（3）、将步骤（2）混合均匀的颗粒料升温至160 ℃熔融混炼，然后降温至150 ℃挤出成型，得到木塑复合材料。
本实施例制得的木塑复合材料的密度为1.26 g/cm3，拉伸强度为64 MPa，弯曲强度为58 MPa，冲击强度为15 kJ/m2。
实施例2
一种木塑复合材料的制备方法，步骤如下：
（1）、将木粉进行预处理：将木粉（70目）、环氧树脂、固化剂、促进剂、活性稀释剂、惰性稀释剂按照质量比20∶100∶90∶2∶10∶15混合均匀，在80 ℃下固化处理8 h，得到预处理的木粉；其中，环氧树脂为环氧树脂E44，固化剂为甲基六氢邻苯二甲酸酐，促进剂为有机脲UR500，活性稀释剂为AGE，惰性稀释剂为丙酮；
（2）、将预处理的木粉、树脂HDPE、空心玻璃微球（80目）、偶联剂MAPE、润滑剂PE蜡、紫外吸收剂UV-360按照质量比40∶35∶20∶4∶3∶3混合均匀45 min；其中，空心玻璃微球使用前需要将其用偶联剂KH-560进行表面处理，将空心玻璃微球浸渍于偶联剂KH-560中16 h，然后洗涤烘干即得到表面处理的空心玻璃微球；
（3）、将步骤（2）混合均匀的颗粒料升温至165 ℃熔融混炼，然后降温至150 ℃挤出成型，得到木塑复合材料。
本实施例制得的木塑复合材料的密度为1.18 g/cm3，拉伸强度为68 MPa，弯曲强度为65 MPa，冲击强度12 kJ/m2。
实施例3
一种木塑复合材料的制备方法，步骤如下：
（1）、将木粉进行预处理：将木粉（120目）、环氧树脂、固化剂、促进剂、活性稀释剂、惰性稀释剂按照质量比8∶100∶120∶3∶12∶12混合均匀，在100 ℃下固化处理10 h，得到预处理的木粉；其中，环氧树脂为环氧树脂E51，固化剂为十二烯基琥珀酸酐，促进剂为DMP-30，活性稀释剂为501，惰性稀释剂为丁酮；
（2）、将预处理的木粉、树脂PP、空心玻璃微球（100目）、偶联剂MAPP、润滑剂PE蜡、紫外吸收剂UV-360按照质量比20∶25∶25∶3∶3∶4混合均匀30 min；其中，空心玻璃微球使用前需要将其用偶联剂KH-560进行表面处理，将空心玻璃微球浸渍于偶联剂KH-560中24 h，然后洗涤烘干即得到表面处理的空心玻璃微球；
（3）、将步骤（2）混合均匀的颗粒料升温至170 ℃熔融混炼，然后降温至140 ℃挤出成型，得到木塑复合材料。
本实施例制得的木塑复合材料的密度为1.28 g/cm3，拉伸强度为58 MPa，弯曲强度为48 MPa，冲击强度为13 kJ/m2。
实施例4
一种木塑复合材料的制备方法，步骤如下：
（1）、将木粉进行预处理：将木粉（70目）、环氧树脂、固化剂、促进剂、活性稀释剂、惰性稀释剂按照质量比15∶100∶80∶0.8∶10∶12混合均匀，在80 ℃下固化处理10 h，得到预处理的木粉；其中，环氧树脂为环氧树脂E51，固化剂为甲基四氢邻苯二甲酸酐，促进剂为有机脲UR300，活性稀释剂为AGE，惰性稀释剂为无水乙醇；
（2）、将预处理的木粉、树脂PP、空心玻璃微球（60目）、偶联剂MAPP、润滑剂PE蜡、紫外吸收剂UV-360按照质量比35∶30∶25∶3∶4∶3混合均匀60 min；其中，空心玻璃微球使用前需要将其用偶联剂KH-560进行表面处理，将空心玻璃微球浸渍与偶联剂KH-560中12 h，然后洗涤烘干即得到表面处理的空心玻璃微球；
（3）、将步骤（2）混合均匀的颗粒料在压力6 MPa条件下先在上压板上170 ℃热压3min、随后再在下压板上冷压3 min，即得到木塑复合材料。
本实施例制得的木塑复合材料的密度为1.22 g/cm3，拉伸强为度62 MPa，弯曲强度为62 Mpa，冲击强度为13.5 kJ/m2。

Claims (6)

1.一种木塑复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
（1）、将木粉进行预处理：将木粉、环氧树脂、固化剂、促进剂、活性稀释剂、惰性稀释剂按照质量比（2~20）∶100∶（20~150）∶（0.05~3）∶（5-15）∶（10-20）混合均匀，在25-105 ℃下固化处理6-12 h，得到预处理的木粉；
（2）、将预处理的木粉、树脂、空心玻璃微球、偶联剂、润滑剂、紫外吸收剂按照质量比（25-40）∶（20-40）∶（20-25）∶（2-4）∶（2-4）∶（2-4）混合均匀；
（3）、将步骤（2）混合均匀的颗粒料通过挤出成型、热压成型或模压成型得到木塑复合材料。
2.如权利要求1所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，木粉的粒径为40-200目。
3.如权利要求1所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，环氧树脂为环氧树脂E51或环氧树脂E44，固化剂为甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、十二烯基琥珀酸酐、双氰胺、咪唑类中的一种，促进剂为有机脲UR300、有机脲UR500、DMP-30中的一种，活性稀释剂为AGE、501中的一种，惰性稀释剂为无水乙醇、丙酮、丁酮中的一种。
4.如权利要求1所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，空心玻璃微球的粒径为20-120目，且在使用前需要将其用偶联剂KH-560进行表面处理，所述表面处理方法为：将空心玻璃微球浸渍于偶联剂KH-560中12-24 h，然后洗涤、烘干即得到表面处理的空心玻璃微球。
5.如权利要求1所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，树脂为PP、HDPE中的一种，偶联剂为MAPE、MAPP中的一种，并且树脂PP与偶联剂MAPP配合使用，树脂HDPE与MAPE配合使用，润滑剂为PE蜡、石蜡、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或两种以上的混合复配，其中硬脂酸锌或硬脂酸钙不同时出现。
6.如权利要求1所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，挤出成型时挤出机的温度先升到160-170 ℃，然后降至140-150 ℃挤出成型；热压成型时，在1-10 MPa条件下先160-170 ℃热压2-4 min、随后再冷压2-4 min。
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