CN113214543A - 一种利用回收废旧衣物制备的木塑板材及型材及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用回收废旧衣物制备的木塑板材及型材及其制备方法，属于木塑技术领域。该木塑板材及型材由包括以下原料的各组分制备而成：衣物纤维、抗氧剂、紫外线吸收剂、聚硅氧烷和聚碳酸酯共聚物增韧剂、离子基团增容剂、嵌段共聚增韧剂、成核润滑剂、热稳定剂和EAA。本发明提供的一种利用废旧衣物制备的木塑型材，使用废旧衣物纤维代替传统木塑产品大量使用的木粉。通过扩链、增容处理，使废旧衣物中的无机纤维完全熔融到有机材料中，挤出成板材或型材，从而利用无机纤维的纤维强度提高板材或型材的强度。
Description
技术领域
本发明属于木塑技术领域，具体涉及一种利用回收废旧衣物制备的木塑板材及型材及制备方法。
背景技术
木塑复合材料是作为实木材料的替代品而广泛应用于建筑、园林及室外设施等领域，近年发展迅速，而木粉所用木材虽然为可再生资源但是依然不利于保护绿色资源。
木塑型材无甲醛，没有有害气体，还具有防水、抗酸碱腐蚀，是符合现代社会要求的绿色环保产品。还可根据各种不同的功能要求，对木塑型材的配方，配套材料进行调整，以达到不同的物理、化学性能的要求。
现有木塑型材主要使用60目以上木粉作为填充物，来增强木塑型材的强度。60目木粉纤维短，型材强度很难再有进一步提高。
衣物的材质有麻、皮革、涤纶、羊毛、丝绸、棉布、呢绒、蚕丝、晴纶、等，在其回收过程中很难使麻、羊毛、棉布等材料和涤纶、腈纶等材料相容，材料结合强度低，多有分层，断裂情况。
发明内容
本发明提供的是一种利用回收废旧衣物纤维替代木粉来生产木塑板材及型材。本发明解决了传统木塑产品大量使用木粉，而木粉所用木材虽然为可再生资源但是依然不利于保护绿色资源。本发明提供一种利用废旧衣物制备的木塑型材，制备简单，能进一步提高木塑型材的弯曲强度。
本发明的第一方面在于公开一种利用回收废旧衣物制备的木塑板材及型材，其特征在于，由包括以下原料的各组分制备而成：
衣物纤维、抗氧剂、紫外线吸收剂、聚硅氧烷和聚碳酸酯共聚物增韧剂、离子基团增容剂、嵌段共聚增韧剂、成核润滑剂、热稳定剂和EAA。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述衣物纤维和EAA在原料中的重量百分比分别为75-85%和6-13.5%。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述抗氧剂为四[甲基-β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯、N，N′-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中任意两种的混合物。
在本发明的一些实施方式中，所述紫外线吸收剂为2-(2′-羟基-3′，5′-双-(a，a-二甲基苄基)苯基)苯并三唑、苯亚甲基丙二酸酯、2-(2’-羟基-5’-叔辛基)-苯并三唑中的任意一种。
在本发明的一些实施方式中，所述热稳定剂为稀土复合稳定剂，优选为稀土元素的羧酸盐或脂肪酸盐。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述抗氧剂、紫外线吸收剂和热稳定剂在原料中的重量百分比分别为0.3-0.8%、0.3-0.8%和1.5-2.5%。
在本发明的一些实施方式中，所述聚硅氧烷和聚碳酸酯共聚物增韧剂为聚硅氧烷和聚碳酸酯共聚物，300℃/1.2kg测试，熔指为1，硅含量为20％。
在本发明的一些实施方式中，所述离子基团增容剂成分为间-异丙烯基-2，2-二甲基苯酰异氰酸酯，优选为含有氨基及羧基的共聚物的重量比为1:1。
在本发明的一些实施方式中，所述嵌段共聚增韧剂为苯乙烯－乙烯／丁烯－苯乙烯三嵌段共聚物。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述聚硅氧烷和聚碳酸酯共聚物增韧剂、离子基团增容剂和嵌段共聚增韧剂在原料中的重量百分比分别为0.8-1.2%、1.5-2.5%和2.5-3.5%。
在本发明的一些实施方式中，所述成核润滑剂为长链饱和线性羧酸钙盐。
在本发明的一些实施方式中，由包括以下原料的各组分制备而成：
衣物纤维75-85份、抗氧剂0.3-0.7份、紫外线吸收剂 0.3-0.8份、增韧剂0.8-1.2份、离子基团增容剂 1.5-2.5份、嵌段共聚增韧剂 2-4份、成核润滑剂 0.5-1.5份、热稳定剂 1-3份、EAA 8-15份；
优选地，由包括以下原料的各组分制备而成：
衣物纤维80份、抗氧剂0.5份、紫外线吸收剂 0.5份、增韧剂 1份、离子基团增容剂2份、嵌段共聚增韧剂 3份、成核润滑剂 1份、热稳定剂 2份、EAA 10份。
本发明的第二方面在于公开第一方面所述的板材及型材的制备方法，包括以下步骤：
S11，将废旧衣物撕碎、松散后；
S12，与抗氧剂、紫外线吸收剂、增韧剂、离子基团增容剂、嵌段共聚增韧剂、成核润滑剂、热稳定剂和EAA混合，进行增容团粒；
S13，熔融挤出成板材或型材。
优选的，通过双螺杆挤出机熔融挤出，所述双螺杆挤出机的各参数为：
在本发明的一些实施方式中，S12中，还包括根据抗氧剂的含量C1、紫外线吸收剂的含量C2确定热稳定剂的含量C3的步骤：
其中，a为含量阈值，取值0.3-0.4%，k1为调节系数，取值2.5-3.5，k2为调节系数（1.5-2.0）。
在本发明的一些实施方式中，S12中，还包括对得到的颗粒进行检验的步骤：
S11，取固定混合时间得到的颗粒样品，不少于10份，各个颗粒的重量标准偏差RSD≤0.5%；
S12，测定样品中的衣物纤维含量；
S13，计算含量的均匀度和均匀度；
若1-2.13×RSD1≤均匀度≤1+2.13×RSD1且1-2.02×RSD2≤精密度≤1+2.02×RSD2，则该固定混合时间内得到了充分混合，否则，则延长时间直至1-2.13×RSD1≤均匀度≤1+2.13×RSD1且1-2.02×RSD2≤精密度≤1+2.02×RSD2；
其中，RSD1为衣物纤维含量均匀度标准偏差，RSD1为衣物纤维含量精密度标准偏差。
在本发明的一些实施方式中，
本发明的有益效果：
（1）本发明提供的一种利用废旧衣物制备的木塑型材，使用废旧衣物纤维代替传统木塑产品大量使用的木粉。通过扩链、增容处理，使废旧衣物中的无机纤维完全熔融到有机材料中，挤出成板材或型材，从而利用无机纤维的纤维强度提高板材或型材的强度。
（2）本发明还考察了除了衣物纤维和EAA外的辅料及助剂的影响。确定了适宜的增韧剂、离子基团增容剂和嵌段共聚增韧剂的组分及其含量，以及适宜的抗氧剂、紫外线吸收剂和热稳定剂的组分及其含量。
附图说明
图1 本发明一种实施方式的利用废旧衣物制备的木塑型材的结构设计图（打磨前）；
图2 本发明一种实施方式的利用废旧衣物制备的木塑型材的结构设计图（打磨后）；
图3 本发明一种实施方式的利用废旧衣物制备的木塑型材的板材裂面；
图4 本发明一种实施方式的利用废旧衣物制备的木塑型材的板材横截面；
图5 一种木粉木塑型材的板材裂面；
图6 一种木粉木塑型材的板材横截面；
图7 本发明一种实施方式的利用废旧衣物制备的木塑型材的实验力-时间曲线；
图8 一种木粉木塑型材的实验力-时间曲线。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
在以下实施例和对比例中，所述衣物纤维的长度为10-50mm。所述高速团粒机，购自张家港杜朗机械有限公司，型号DTL-800，有效容积 (L)800，旋转速度 (r/min)750，功率(kW)110 kw，刀材料9CrSi / SKD-11。所述聚硅氧烷和聚碳酸酯共聚物增韧剂，购自新彩通材料科技有限公司，牌号D-0013，聚硅氧烷含量20%，熔指为1(300℃/1.2kg测试)。所述嵌段共聚物增韧剂为美国陶氏 OBC 9507。所述离子基团增容剂为美国陶氏杜邦Surlyn9520。所述成核润滑剂为长链饱和线性羧酸（褐煤酸）钙盐，购自科莱恩催化剂（上海）有限公司，牌号LicomontCaV 102。所述热稳定剂为稀土复合稳定剂，购自溧阳市丰源化工有限公司，产品名称：稀土片状复合稳定剂，型号：JL-Z803，规格：25kg/袋。稀土复合稳定剂由稀土元素的羧酸盐或脂肪酸盐为主要组分而合成，含有适量的稀土金属成份，不但可以取代铅镉盐类和有机锡类等有毒稳定剂，而且具有相当好的热稳定性、光稳定性和透明性及着色力，外观呈白色或淡黄色粉末状、片状。所述的EAA乙烯丙烯酸共聚物为美国陶氏的EAA 3330。所述锥形双螺杆挤出机购自金纬机械常州有限公司，型号为SJZ65/132-YF240。
若非特别之处，实施例和对比例为组分、组分含量、制备步骤、制备参数相同地平行试验。
实施例1
一种利用废旧衣物制备的木塑型材及其制备方法：
通过将废旧衣物撕碎、松散后得到衣物纤维，加入扩链剂、增容剂、乙烯丙烯酸共聚物（EAA）在高速团粒机内进行扩链及增容处理，使废旧衣物中的无机纤维完全熔融到有机材料中，并能保持纤维长度，通过熔融挤出成板材或型材。从而利用无机纤维的纤维强度提高板材或型材的强度。
配方见表1。
表1 配方表
其中，废旧衣物中，包括重量比为1:1:1的麻、涤纶和棉成分。
所述的抗氧剂为1:1重量比的四[甲基-β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯和N，N′-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺。
所述的紫外线吸收剂为2-(2′-羟基-3′，5′-双-(a，a-二甲基苄基)苯基)苯并三唑。
制备方法：
一、按照表1中的配方，利用高速团粒机摩擦生热的原理进行增容团粒。使废旧衣物中的纤维完全熔融。
二、团好粒的纤维颗粒加入锥形双螺杆挤出机，进行挤出型材加工。所述的加工工艺见表2。
表2
如图1、图2所示的设计结构图生产，得到如图3、图4所示的实物。
实施例2
一种利用废旧衣物制备的木塑型材及其制备方法：
与实施例1的区别在于，废旧衣物中，包括重量比为0.2:2:1:0.2的皮革、涤纶、羊毛和晴纶成分。所述的抗氧剂为1:3重量比的N，N′-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺和β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯。所述紫外线吸收剂2-(2’-羟基-5’-叔辛基)-苯并三唑。
实施例3
一种利用废旧衣物制备的木塑型材及其制备方法：
与实施例1的区别在于，废旧衣物中，包括重量比为0.2:0.2:0.5:0.2:0.1:1的羊毛、丝绸、棉布、呢绒、蚕丝、晴纶成分。
所述抗氧剂为2:1重量比的四[甲基-β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯和β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯，所述紫外线吸收剂1:1重量比的2-(2′-羟基-3′，5′-双-(a，a-二甲基苄基)苯基)苯并三唑和苯亚甲基丙二酸酯。
实施例4
一种利用废旧衣物制备的木塑型材及其制备方法：
与实施例1的区别在于，配方不同，见表3。
表3 配方表
实施例5
一种利用废旧衣物制备的木塑型材及其制备方法：
与实施例1的区别在于，配方不同，见表4。
表4 配方表
实施例6
一种利用废旧衣物制备的木塑型材及其制备方法：
与实施例1的区别在于，S12中，还包括根据抗氧剂的含量C1、紫外线吸收剂的含量C2确定热稳定剂的含量C3的步骤：
其中，a为含量阈值，取值0.3-0.4%，k1为调节系数，取值2.5-3.5，k2为调节系数（1.5-2.0）。
本实施例的方法，可以快速有效的确定热稳定剂的含量，减少实验平台的摸索过程。
实施例7
一种利用废旧衣物制备的木塑型材及其制备方法：
与实施例1的区别在于，在本发明的一些实施方式中，S12中，还包括对得到的颗粒进行检验的步骤：
S11，取固定混合时间得到的颗粒样品，不少于10份，各个颗粒的重量标准偏差RSD≤0.5%；
S12，测定样品中的衣物纤维含量；
S13，计算含量的均匀度和均匀度；
若1-2.13×RSD1≤均匀度≤1+2.13×RSD1且1-2.02×RSD2≤精密度≤1+2.02×RSD2，则该固定混合时间内得到了充分混合，否则，则延长时间直至1-2.13×RSD1≤均匀度≤1+2.13×RSD1且1-2.02×RSD2≤精密度≤1+2.02×RSD2；
其中，RSD1为衣物纤维含量均匀度标准偏差，RSD1为衣物纤维含量精密度标准偏差。
本实施例的方法，可以保证颗粒的物料充分混合，消除系统误差。
对比例1
一种木塑型材及其制备方法：
与实施例1的区别在于，用木粉代替衣物纤维。所述木粉为60目木粉。
如图1、图2所示的设计结构图生产，得到对照实物，如图5、图6。
对比例2
一种利用废旧衣物制备的木塑型材及其制备方法：
与实施例1的区别在于，衣物纤维的重量比例为50%，EAA的重量比例为40%，其余组分的重量比例相同。
对比例3
一种利用废旧衣物制备的木塑型材及其制备方法：
与实施例1的区别在于，配方不同，见表5。
表5 配方表
| 名称 | 重量比例% |
| 衣物纤维 | 88 |
| 抗氧剂 | 0.5 |
| 紫外线吸收剂 | 0.5 |
| 增韧剂 | 1 |
| 离子基团增容剂 | 2 |
| 嵌段共聚增韧剂 | 3 |
| 成核润滑剂 | 1 |
| 热稳定剂 | 2 |
| EAA | 2 |
对比例4
一种利用废旧衣物制备的木塑型材及其制备方法：
与实施例1的区别在于，配方不同，见表6。
表6 配方表
| 名称 | 重量比例% |
| 衣物纤维 | 80 |
| 抗氧剂 | 0.5 |
| 紫外线吸收剂 | 0.5 |
| 增韧剂 | 0.5 |
| 离子基团增容剂 | 4 |
| 嵌段共聚增韧剂 | 1.5 |
| 成核润滑剂 | 1 |
| 热稳定剂 | 2 |
| EAA | 10 |
对比例5
一种利用废旧衣物制备的木塑型材及其制备方法：
与实施例1的区别在于，配方不同，见表7。
表7 配方表
| 名称 | 重量比例% |
| 衣物纤维 | 80 |
| 抗氧剂 | 1.0 |
| 紫外线吸收剂 | 0.5 |
| 增韧剂 | 1 |
| 离子基团增容剂 | 2 |
| 嵌段共聚增韧剂 | 3 |
| 成核润滑剂 | 1 |
| 热稳定剂 | 0.5 |
| EAA | 10 |
实验例
取如图1、图2所示的设计结构图生产的各个实施例和对比例的实物，参照《GB T9341-2000 塑料弯曲性能试验方法》的方法进行弯曲试验。实施例1的弯曲试验结果如图7所示，对比例1的弯曲试验结果如图8所示。断裂弯曲应变（flexural strain at break）如表8所示。
表8 木塑型材的断裂弯曲应变
| 断裂弯曲应变/KN | |
| 实施例1 | 5725.17 a |
| 实施例2 | 5513.78d |
| 实施例3 | 5486.60d |
| 实施例4 | 5173.06f |
| 实施例5 | 5225.79e |
| 对比例1 | 3570.98i |
| 对比例2 | 4252.79h |
| 对比例3 | 4876.02g |
| 对比例4 | 5603.79c |
| 对比例5 | 5648.49 b |
同一列数据中，标注不同的小写字母表示差异显著，P＜0.05
可以看出，不仅衣物纤维和EAA的含量显著影响断裂弯曲应变，增韧剂、离子基团增容剂和嵌段共聚增韧剂的比例，以及抗氧剂、紫外线吸收剂和热稳定剂的比例，也显著影响断裂弯曲应变。
以上对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种利用回收废旧衣物制备的木塑板材及型材，其特征在于，由包括以下原料的各组分制备而成：
衣物纤维、抗氧剂、紫外线吸收剂、聚硅氧烷和聚碳酸酯共聚物增韧剂、离子基团增容剂、嵌段共聚增韧剂、成核润滑剂、热稳定剂和EAA。
2.根据权利要求1所述的板材及型材，其特征在于，所述衣物纤维和EAA在原料中的重量百分比分别为75-85％和6-13.5％。
3.根据权利要求1或2所述的板材及型材，其特征在于，所述抗氧剂为四[甲基-β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯、N，N′-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中任意两种的混合物；
和/或，所述紫外线吸收剂为2-(2′-羟基-3′，5′-双-(a，a-二甲基苄基)苯基)苯并三唑、苯亚甲基丙二酸酯、2-(2’-羟基-5’-叔辛基)-苯并三唑中的任意一种；
和/或，所述热稳定剂为稀土复合稳定剂，优选为稀土元素的羧酸盐或脂肪酸盐。
4.根据权利要求1-3任一所述的板材及型材，其特征在于，所述抗氧剂、紫外线吸收剂和热稳定剂在原料中的重量百分比分别为0.3-0.8％、0.3-0.8％和1.5-2.5％。
5.根据权利要求1-4任一所述的板材及型材，其特征在于，所述聚硅氧烷和聚碳酸酯共聚物增韧剂为聚硅氧烷和聚碳酸酯共聚物，300℃/1.2kg测试，熔指为1，硅含量为20％；
和/或，所述离子基团增容剂成分为间-异丙烯基-2，2-二甲基苯酰异氰酸酯；
和/或，所述嵌段共聚增韧剂为苯乙烯－乙烯/丁烯－苯乙烯三嵌段共聚物。
6.根据权利要求1-5任一所述的板材及型材，其特征在于，所述聚硅氧烷和聚碳酸酯共聚物增韧剂、离子基团增容剂和嵌段共聚增韧剂在原料中的重量百分比分别为0.8-1.2％、1.5-2.5％和2.5-3.5％。
7.根据权利要求1-6任一所述的板材及型材，其特征在于，所述成核润滑剂为长链饱和线性羧酸钙盐。
8.一种根据权利要求1-7任一所述的板材及型材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S11，将废旧衣物撕碎、松散后；
S12，与抗氧剂、紫外线吸收剂、增韧剂、离子基团增容剂、嵌段共聚增韧剂、成核润滑剂、热稳定剂和EAA混合，进行增容团粒；
S13，熔融挤出成板材或型材；
优选的，通过双螺杆挤出机熔融挤出，所述双螺杆挤出机的各参数为：
。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，S12中，还包括根据抗氧剂的含量C1、紫外线吸收剂的含量C2确定热稳定剂的含量C3的步骤：
其中，a为含量阈值，取值0.3-0.4％，k1为调节系数，取值2.5-3.5，k2为调节系数(1.5-2.0)。
10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，S12中，还包括对得到的颗粒进行检验的步骤：
S11，取固定混合时间得到的颗粒样品，不少于10份，各个颗粒的重量标准偏差RSD≤0.5％；
S12，测定样品中的衣物纤维含量；
S13，计算含量的均匀度和均匀度；
若1-2.13×RSD1≤均匀度≤1+2.13×RSD1且1-2.02×RSD2≤精密度≤1+2.02×RSD2，则该固定混合时间内得到了充分混合，否则，则延长时间直至1-2.13×RSD1≤均匀度≤1+2.13×RSD1且1-2.02×RSD2≤精密度≤1+2.02×RSD2；
其中，RSD1为衣物纤维含量均匀度标准偏差，RSD1为衣物纤维含量精密度标准偏差。
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