CN111303559A - 一种制作托盘用木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制作托盘用木塑复合材料及其制备方法，本发明将硅烷偶联剂改性后的木粉预处理，对PVC树脂以稳定剂预处理，做结合本发明的加料顺序，将改性剂、发泡剂、增塑剂、润滑剂、玻璃纤维依次加入高混机与预处理树脂混合，再加入预处理木粉，采用锥形双螺杆挤出机在排气的条件下挤出，并对挤出物在机头模唇处施加压力，并对挤出制品快速冷却，得到木塑复合材料，该具有密度低、质量轻、强度高，同时又能防潮的优点，非常适于用于制作托盘。

Description

一种制作托盘用木塑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及托盘用塑木复合材料，具体地，涉及一种制作托盘用木塑复合材料及其制备方法。
背景技术
目前在仓储和物流流通领域，很多产品采用托盘进行码放货物，其中木托盘占比近80％，但是木托盘存在很多不足，一：木托盘采用的是木材，这就涉及到大量树木被砍伐；二、木材容易吸收水分，容易受潮、发霉；三、木托盘出口需要进行熏蒸处理，防止携带虫病；四：容易变形、损坏，使用时间断裂。现有技术中虽然有采用现有的塑木复合材料制作托盘，但是，由于现有的塑木复合材料的密度大，往往造成制作的托盘重量大。如若降低制作托盘的塑木材料的密度，但是，其强度又不能达到要求。
因此，如何在降低塑木材料的密度的基础上提高木塑复合材料的强度，得到密度低、质量轻、强度高，同时又能防潮的木塑复合材料，用作制作托盘是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种制作托盘用木塑复合材料及其制备方法，该木塑复合材料具有密度低、质量轻、强度高，同时又能防潮的优点，非常适于用于制作托盘。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种制作托盘用木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅烷偶联剂改性后的木粉进行干燥，得到含水率5％以下的预处理木粉；
(2)将PVC树脂于高混机升温至40-50℃，加入稳定剂混合搅拌，得到预处理树脂；
(3)将改性剂、发泡剂、增塑剂、润滑剂、玻璃纤维依次加入高混机与预处理树脂于50-60℃混合10-15min；
(4)将预处理木粉加入高混机中，与步骤(3)得到的混合物一起于50-60℃继续混合15-25min，然后转入低温混合机持续混合冷却至50℃以下，得到预挤出混合物；
(5)在排气的条件下，将预挤出混合物于锥形双螺杆挤出机中于160-175℃挤出，挤出物通过机头模唇得到挤出制品，温度为175-180℃；
(6)将挤出制品于通过循环冷却水槽冷却至40℃以下；
其中，硅烷偶联剂改性木粉通过以下方式得到：将硅烷偶联剂配制成3％-8％的溶液，喷淋在木粉的表面混合均匀，静置18-30h。
本发明另一方面提供一种前文所述的制备方法制备得到的制作托盘用木塑复合材料。
通过上述技术方案，本发明将硅烷偶联剂改性后的木粉预处理，对PVC树脂以稳定剂预处理，做结合本发明的加料顺序，将改性剂、发泡剂、增塑剂、润滑剂、玻璃纤维依次加入高混机与预处理树脂混合，再加入预处理木粉，采用锥形双螺杆挤出机在排气的条件下挤出，并对挤出物在机头模唇处施加压力，并对挤出制品快速冷却，得到木塑复合材料，该具有密度低、质量轻、强度高，同时又能防潮的优点，非常适于用于制作托盘。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是制作托盘用木塑复合材料的加工工艺流程图；
图2是实施例1中木塑复合材料端面SEM图；
图3是对比例5中木塑复合材料端面SEM图；
图4是对比例6中木塑复合材料端面SEM图；
图5是实施例2中木塑复合材料端面SEM图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明一方面提供了一种制作托盘用木塑复合材料的制备方法(工艺流程图如图1所示)，包括以下步骤：
(1)将硅烷偶联剂改性后的木粉进行干燥，得到含水率5％以下的预处理木粉；
(2)将PVC树脂于高混机升温至40-50℃，加入稳定剂混合搅拌，得到预处理树脂；
(3)将改性剂、发泡剂、增塑剂、润滑剂、玻璃纤维依次加入高混机与预处理树脂于50-60℃混合10-15min；
(4)将预处理木粉加入高混机中，与步骤(3)得到的混合物一起于50-60℃继续混合15-25min，然后转入低温混合机持续混合冷却至50℃以下，得到预挤出混合物；
(5)在排气的条件下，将预挤出混合物于锥形双螺杆挤出机中于160-175℃挤出，挤出物通过机头模唇得到挤出制品，温度为175-180℃；
(6)将挤出制品于通过循环冷却水槽冷却至40℃以下；
其中，硅烷偶联剂改性木粉通过以下方式得到：将硅烷偶联剂配制成3％-8％的溶液，喷淋在木粉的表面混合均匀，静置18-30h。
本发明另一方面提供一种前文所述的制备方法制备得到的制作托盘用木塑复合材料。
通过上述技术方案，本发明将硅烷偶联剂改性后的木粉预处理，对PVC树脂以稳定剂预处理，做结合本发明的加料顺序，将改性剂、发泡剂、增塑剂、润滑剂、玻璃纤维依次加入高混机与预处理树脂混合，再加入预处理木粉，采用锥形双螺杆挤出机在排气的条件下挤出，并对挤出物在机头模唇处施加压力，并对挤出制品快速冷却，得到木塑复合材料，该具有密度低、质量轻、强度高，同时又能防潮的优点，非常适于用于制作托盘。
在本发明中，采用锥形双螺杆挤出机，物料在达到发泡条件的情况下前，压力变大，使得使发泡剂不断溶解在发泡熔体中，但是，熔体并不发泡膨大。为了进一步在降低密度、质量的基础上提高材料的强度，优选地，步骤(5)中的挤出压力为5-20Mpa。
为了进一步在降低密度、质量的基础上提高材料的强度，同时又能防潮，优选地，硅烷偶联剂与木粉的质量比为(3-6):100。
为了进一步在降低密度、质量的基础上提高材料的强度，同时又能防潮，优选地，玻璃纤维通过以下处理方式得到：将玻璃纤维用偶联剂溶液浸泡8-15min，室温下静置1-2h后，在110-130℃下烘干3-5h。
为了进一步在降低密度、质量的基础上提高材料的强度，同时又能防潮，优选地，排气的方式为通过设置在锥形双螺杆挤出机的两个螺杆交接处的排气孔排气。
为了进一步在降低密度、质量的基础上提高材料的强度，同时又能防潮，优选地，机头模唇处挤出物的压力为3.7-7.3MPa。
为了进一步在降低密度、质量的基础上提高材料的强度，同时又能防潮，优选地，步骤(6)中的冷却方式为先用油温机油冷，再用水淋的方式喷淋冷却。
为了进一步在降低密度、质量的基础上提高材料的强度，同时又能防潮，优选地，其中，以质量份计，包括：80-100份PVC树脂，40-50份木粉，2-4份稳定剂，1-3份硅烷偶联剂，2-4份润滑剂，18-22份改性剂，1-3份发泡剂，1-3份增塑剂，3-5份玻璃纤维。
为了进一步在降低密度、质量的基础上提高材料的强度，同时又能防潮，优选地，改性剂为由质量比为1：(1-1.5)的丙烯酸酯类聚合物(ACR)和纳米碳酸钙组成。
为了进一步在降低密度、质量的基础上提高材料的强度，同时又能防潮，优选地，发泡剂由质量比为10：(1-3):(18-22)的氮二甲酰胺(AC)、氧化锌和碳酸氢钠组成。
为了进一步在降低密度、质量的基础上提高材料的强度，同时又能防潮，优选地，稳定剂为铅盐稳定剂。
为了进一步在降低密度、质量的基础上提高材料的强度，同时又能防潮，优选地，PVC树脂为再生PVC树脂。
为了进一步在降低密度、质量的基础上提高材料的强度，同时又能防潮，优选地，润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸酯、聚乙烯蜡、石蜡和油酸酰胺中的至少一种。
为了进一步在降低密度、质量的基础上提高材料的强度，同时又能防潮，优选地，增塑剂选自邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二异壬酯和邻苯二甲酸二异癸酯中的至少一种。
为了进一步在降低密度、质量的基础上提高材料的强度，同时又能防潮，优选地，硅烷偶联剂选自KH550，KH560和KH570中的至少一种。
其中，木粉的颗粒大小可以灵活调整，优选地，木粉不大于200目，在后文的实施例中，采用的100目的木粉。
本发明另一方面提供一种前文所述的制备方法制备得到的制作托盘用木塑复合材料。
通过上述技术方案，本发明将硅烷偶联剂改性后的木粉预处理，对PVC树脂以稳定剂预处理，做结合本发明的加料顺序，将改性剂、发泡剂、增塑剂、润滑剂、玻璃纤维依次加入高混机与预处理树脂混合，再加入预处理木粉，采用锥形双螺杆挤出机在排气的条件下挤出，并对挤出物在机头模唇处施加压力，并对挤出制品快速冷却，得到木塑复合材料，该具有密度低、质量轻、强度高，同时又能防潮的优点，非常适于用于制作托盘。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，PVC颗粒购自
宁波市镇海百特思塑化有限公司公司，牌号为BT-P02；铅盐体系购自高密市谊昌化工有限公司公司，牌号为304；ACR购自山东淄博华星助剂有限公司公司，牌号为ZB-401；AC购自镇江宝能化工有限公司公司，牌号为DN15；DOTP购自苏州伊格特化工有限公司公司，牌号为YGT-1。
高混机的厂家为常州君诺干燥设备有限公司，型号为GHJ-500；低温混合机的厂家为常州君诺干燥设备有限公司，型号为GHJ-600；锥形双螺杆挤出机的厂家为无锡宏益塑胶机械有限公司，型号为SJSZ65；平行双螺杆挤出机厂家为无锡宏益塑胶机械有限公司，型号为SJ118。
实施例1
配方为：
Figure BDA0002445267830000071
制作托盘用木塑复合材料的制备方法：
(1)将硅烷偶联剂配制成5％的溶液，喷淋在木粉的表面混合均匀，静置24h，得到硅烷偶联剂改性后的木粉，将硅烷偶联剂改性后的木粉进行干燥，得到含水率5％以下的预处理木粉；其中，硅烷偶联剂与木粉的质量比为3:100；
(2)将PVC树脂于高混机升温至45℃，加入稳定剂混合搅拌，得到预处理树脂；
(3)将改性剂、发泡剂、增塑剂、润滑剂、玻璃纤维依次加入高混机与预处理树脂于55℃混合15min；
其中，玻璃纤维提前进行了预处理：将玻璃纤维用偶联剂溶液浸泡10min，室温下静置约2h后，在120℃下烘4h。
(4)将预处理木粉加入高混机中，与步骤(3)得到的混合物一起于55℃继续混合20min，然后转入低温混合机持续混合冷却至50℃以下，得到预挤出混合物；
(5)将预挤出混合物于锥形双螺杆挤出机中挤出，挤出压力为13.9Mpa。在挤出过程中用双螺杆的交接处的排气孔排气，挤出物通过机头模唇得到挤出制品，机头模唇处挤出物的压力为5.2MPa；其中，挤出机的温度控制条件见下表；
各温区温度：
机筒1区 机筒2区 机筒3区 合流芯 模唇
160℃ 165℃ 170℃ 175℃ 175℃
(6)将挤出制品先通过循环冷却水槽冷却至40℃以下；得到制作托盘用木塑复合材料。
经验证，在此实施例中，所得的木塑复合材料的平均气泡直径为0.04mm，1cm3发泡体中数气泡为1060*104，发泡体的密度为0.62g·cm-3。，该木塑复合材料端面的扫描电子显微镜SEM图如图2所示，可见，泡孔均匀。
对比例1
按照实施例1的配方制备木塑复合材料，不同的是，加料顺序与实施例1不同，即将实施例1中的步骤(2)和步骤(3)以下述方式替代“将PVC树脂、稳定剂、塑剂、润滑剂、玻璃纤维、改性剂、发泡剂依次加入高混机与预处理树脂于55℃混合15min”其他的制备步骤与实施例1相同。得到木塑复合材料。
对比例2
按照实施例1的配方制备木塑复合材料，不同的是，将实施例1中的步骤(1)中的以以下方式替代“将硅烷偶联剂与木粉直接进行混合，静置24h；其中，硅烷偶联剂与木粉的质量比为3:100”，其他的制备步骤与实施例1相同。得到木塑复合材料。
对比例3
按照实施例1的配方制备木塑复合材料，不同的是，将实施例1中步骤(5)中所用锥形双螺杆挤出机以平行双螺杆挤出机进行替代。其他的制备步骤与实施例1相同。得到木塑复合材料。
对比例4
按照实施例1的配方制备木塑复合材料，不同的是，不进行实施例1中步骤(5)中的排气孔排气的步骤，其他的制备步骤与实施例1相同。得到木塑复合材料。
对比例5
按照实施例1的配方制备木塑复合材料，不同的是，不进行实施例1中步骤(5)中不设置唇模，其他的制备步骤与实施例1相同。得到木塑复合材料。该木塑复合材料的端面的SEM图见图3，可见泡孔大，且不均匀。
对比例6
按照实施例1的配方制备木塑复合材料，不同的是，将实施例1中步骤(6)的冷却步骤以以下方式替代“将挤出制品自然冷却”。该木塑复合材料的端面的SEM图见图4，可见泡孔少，且大小不一。
实施例2
配方为：
Figure BDA0002445267830000091
按照实施例1的方法制备木塑复合材料，不同的是，配方中发泡剂变更为专利申请公开号为CN102898672B中实施例3中的发泡剂。得到木塑复合材料。所得木塑复合材料的端面的SEM图见图5，可见，泡孔壁厚，形态不均。
实施例3
按照实施例1的方法制备木塑复合材料，不同的是，配方中发泡剂变更为质量比为AC：ZnO：NaHCO3＝10:3:18。得到木塑复合材料。
实施例4
按照实施例1的方法制备木塑复合材料，不同的是，配方中发泡剂变更为质量比为AC：ZnO：NaHCO3＝10:1:22。得到木塑复合材料。
实施例5
按照实施例1的方法制备木塑复合材料，不同的是，配方中发泡剂变更为质量比为AC：ZnO：NaHCO3＝10:0.5:25。得到木塑复合材料。
实施例6
配方为：
Figure BDA0002445267830000101
按照实施例1的配方制备木塑复合材料，不同的是，配方与实施例1不同。
实施例7
配方为：
Figure BDA0002445267830000111
按照实施例1的配方制备木塑复合材料，不同的是，配方与实施例1不同。
实施例8
按照实施例1的配方制备木塑复合材料，不同的是，玻璃纤维不经过实施例1中的预处理的步骤。
实施例9
按照实施例1的配方制备木塑复合材料，不同的是，将实施例1中PVC颗粒变更为再生的PVC颗粒。
检测例1
按照每组试验取五组样品对所得的实施例1-9以及对比例1-6中得到的木塑复合材料进行取样，以GB/T29418-2012标准，使用万能力学试验机检测木塑复合材料的抗弯强度，以GB/T1043-2008标准，检测木塑复合材料的冲击性能，对木塑复合材料的密度以GB/T6343-2009进行检测，使用扫描电子显微镜SEM图对检测材料的泡孔结构和表观质量进行检测。结果见表1。
表1
实施例编号 抗弯强度MPa 冲击强度KJ/m<sup>2</sup> 密度g/cm<sup>3</sup>
实施例1 22.6 9.0 0.62
实施例2 23.2 9.2 0.68
实施例3 22.4 8.9 0.63
实施例4 22.0 8.8 0.64
实施例5 21.4 8.5 0.65
实施例6 19.7 7.8 0.71
实施例7 20.1 8.0 0.70
实施例8 19.5 7.8 0.72
实施例9 21.3 8.5 0.66
对比例1 15.8 6.3 0.63
对比例2 14.3 5.7 0.65
对比例3 16.4 6.5 0.64
对比例4 16.8 6.7 0.52
对比例5 13.6 5.4 0.58
对比例6 17.2 6.8 0.54
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种制作托盘用木塑复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将硅烷偶联剂改性后的木粉进行干燥，得到含水率5％以下的预处理木粉；
(2)将PVC树脂于高混机升温至40-50℃，加入稳定剂混合搅拌，得到预处理树脂；
(3)将改性剂、发泡剂、增塑剂、润滑剂、玻璃纤维依次加入高混机与预处理树脂于50-60℃混合10-15min；
(4)将预处理木粉加入高混机中，与步骤(3)得到的混合物一起于50-60℃继续混合15-25min，然后转入低温混合机持续混合冷却至50℃以下，得到预挤出混合物；
(5)在排气的条件下，将预挤出混合物于锥形双螺杆挤出机中于160-175℃挤出，挤出物通过机头模唇得到挤出制品，温度为175-180℃；
(6)将挤出制品于通过循环冷却水槽冷却至40℃以下；
其中，硅烷偶联剂改性木粉通过以下方式得到：将硅烷偶联剂配制成3％-8％的溶液，喷淋在木粉的表面混合均匀，静置18-30h。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，硅烷偶联剂与木粉的质量比为(3-6):100。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，玻璃纤维通过以下处理方式得到：将玻璃纤维用偶联剂溶液浸泡8-15min，室温下静置1-2h后，在110-130℃下烘干3-5h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，排气的方式为通过设置在锥形双螺杆挤出机的两个螺杆交接处的排气孔排气；
和/或，机头模唇处挤出物的压力为3.7-7.3MPa；
和/或，步骤(5)中的挤出压力为5-20Mpa。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(6)中的冷却方式为先用油温机油冷，再用水淋的方式喷淋冷却。
6.根据权利要求1-5中的任意一项所述的制备方法，其中，以质量份计，包括：80-100份PVC树脂，40-50份木粉，2-4份稳定剂，1-3份硅烷偶联剂，2-4份润滑剂，18-22份改性剂，1-3份发泡剂，1-3份增塑剂，3-5份玻璃纤维。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，改性剂为由质量比为1：(1-1.5)的丙烯酸酯类聚合物(ACR)和纳米碳酸钙组成。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其中，发泡剂由质量比为10：(1-3):(18-22)的偶氮二甲酰胺、氧化锌和碳酸氢钠组成。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其中，稳定剂为铅盐稳定剂；
PVC树脂为再生PVC树脂；
润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸酯、聚乙烯蜡、石蜡和油酸酰胺中的至少一种；
增塑剂选自邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二异壬酯和邻苯二甲酸二异癸酯中的至少一种。
硅烷偶联剂选自KH550，KH560和KH570中的至少一种。
10.一种权利要求1-9中的任意一项所述的制备方法制备得到的制作托盘用木塑复合材料。
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