CN113897072A - 一种含改性植物纤维的高分子木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种含改性植物纤维的高分子木塑复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及木塑材料制备技术领域，具体公开了一种含改性植物纤维的高分子木塑复合材料及其制备方法。所述的含改性植物纤维的高分子木塑复合材料，其包含如下重量份的原料组分：聚乙烯醇20～50份；改性植物纤维40～100份；增塑剂1～3份；润滑剂1～3份；所述的改性植物纤维是指在植物纤维中加入碳纳米管，然后经含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液处理得到。本发明所述的高分子木塑复合材料中通过加入由本发明所述方法改性得到的改性植物纤维后，能大幅提高高分子木塑复合材料的弯曲强度。

Description

一种含改性植物纤维的高分子木塑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及木塑材料制备技术领域，具体涉及一种含改性植物纤维的高分子木塑复合材料及其制备方法。
背景技术
木塑复合材料是国内外近年蓬勃兴起的一类新型复合材料，其是通过将塑料和木质粉料按一定比例混合后制备得到；广泛应用于建材、家具、物流包装等行业。聚乙烯醇是一种有机化合物，化学式为[C2H4O]n，外观是白色片状、絮状或粉末状固体，无味；主要用于制造聚乙烯醇缩醛、耐汽油管道和维尼纶、织物处理剂、乳化剂、纸张涂层、粘合剂、胶水等。
目前，聚乙烯醇也逐渐用于制备木塑复合材料，中国发明专利CN105949807A公开了一种聚乙烯醇基木塑复合材料及其熔融加工方法；其通过如下组分制备而成：木质组分，以绝干重量计为40～90wt％、聚乙烯醇为5～45wt％、增塑助剂为0～15wt％和水为5～30wt％；所述水为木质组分所含的水或/和添加的水。但发明人进一步研究表明，其弯曲强度有待进一步加强；难以满足高强度需求的复合材料的要求。
发明内容
为了克服现有技术存在的至少之一的技术问题，本发明提供了一种含改性植物纤维的高分子木塑复合材料；研究表明：所述的含改性植物纤维的高分子木塑复合材料具有较高的弯曲强度。
本发明所要解决的上述技术问题，通过以下技术方案予以实现：
一种含改性植物纤维的高分子木塑复合材料，其特征在于，包含如下重量份的原料组分：
聚乙烯醇20～50份；改性植物纤维40～100份；增塑剂1～3份；润滑剂1～3份；
所述的改性植物纤维是指在植物纤维中加入碳纳米管，然后经含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液处理得到。
发明人通过研究表明，将植物纤维通过加入碳纳米管然后经过含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液处理后，其与直接加入未改性的植物纤维相比，能大幅提高高分子木塑复合材料的弯曲强度。
优选地，所述的改性植物纤维通过如下方法制备得到：
(1)取植物纤维，然后加入碳纳米管，混合均匀得混合纤维材料；
(2)将混合纤维材料放入到含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液中，搅拌10～30min；
(3)取出混合材料，干燥后即得所述的改性植物纤维。
步骤(2)对于制备得到的改性植物纤维能否大幅提高高分子木塑复合材料的弯曲强度起着十分重要的作用；发明人在大量的实验研究过程中惊奇的发现：将植物纤维和碳纳米管混合后放入到含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液中制备得到的改性植物纤维可以大幅提高高分子木塑复合材料的弯曲强度。
进一步优选地，步骤(1)中所述的植物纤维为秸秆纤维和木纤维的组合；所述的秸秆纤维和木纤维的重量比为1～3:1～3。
最优选地，所述的秸秆纤维和木纤维的重量比为2:1。
进一步优选地，植物纤维与碳纳米管的重量比为20～50:1。
最优选地，植物纤维与碳纳米管的重量比为40:1。
进一步优选地，混合纤维材料与乳液的重量比为1:30～100。
最优选地，混合纤维材料与乳液的重量比为1:50。
进一步优选地，所述的含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液通过如下方法制备得到：取正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠加入到水中，搅拌均匀后即得所述的乳液；其中，正硅酸乙酯、五水偏硅酸钠以及水的重量比为5～10:1～5:100。
进一步优选地，正硅酸乙酯、五水偏硅酸钠以及水的重量比为7:3:100。
进一步优选地，所述的碳纳米管为多壁碳纳米管。
优选地，所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯，所述的润滑剂为硬脂酸钙。
本发明还提供了一种上述含改性植物纤维的高分子木塑复合材料的制备方法，其通过如下方法制备得到：
将聚乙烯醇、改性植物纤维、增塑剂以及润滑剂混合均匀后，放入双螺杆挤出机中熔融挤出即得所述的含改性植物纤维的高分子木塑复合材料。
有益效果：本发明提供了一种全新组成的含改性植物纤维的高分子木塑复合材料；所述的高分子木塑复合材料中通过加入由本发明所述方法改性得到的改性植物纤维后，能大幅提高高分子木塑复合材料的弯曲强度。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。
以下实施例中的碳纳米管购自深圳市中森领航科技有限公司的多壁碳纳米管(碳管长度15-30um，碳管直径为3-15nm)；所述的聚乙烯醇购自台湾长春化工牌号为BP-24的聚乙烯醇；其它未注明的原料均为本领域技术人员可以市购可以获得的原料。
实施例1含改性植物纤维的高分子木塑复合材料
原料重量份组分：
聚乙烯醇40份；改性植物纤维60份；增塑剂(邻苯二甲酸二辛酯)2份；润滑剂(硬脂酸钙)2份；
所述的改性植物纤维通过如下方法制备得到：
(1)取植物纤维(由秸秆纤维和木纤维按重量比2:1组成)，然后加入碳纳米管，混合均匀得混合纤维材料；
(2)将混合纤维材料放入到含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液中，搅拌20min；
(3)取出混合材料，干燥后即得所述的改性植物纤维；
其中，步骤(1)中植物纤维与碳纳米管的重量比为40:1；步骤(2)中混合纤维材料与乳液的重量比为1:50；
步骤(2)中所述的含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液通过如下方法制备得到：取正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠加入到水中，搅拌均匀后即得所述的乳液；其中，正硅酸乙酯、五水偏硅酸钠以及水的重量比为7:3:100。
含改性植物纤维的高分子木塑复合材料的制备：将聚乙烯醇、改性植物纤维、增塑剂以及润滑剂混合均匀后，放入双螺杆挤出机中熔融挤出即得所述的含改性植物纤维的高分子木塑复合材料。
实施例2含改性植物纤维的高分子木塑复合材料
原料重量份组分：
聚乙烯醇50份；改性植物纤维100份；增塑剂(邻苯二甲酸二辛酯)3份；润滑剂(硬脂酸钙)3份；
所述的改性植物纤维通过如下方法制备得到：
(1)取植物纤维(由秸秆纤维和木纤维按重量比1:3组成)，然后加入碳纳米管，混合均匀得混合纤维材料；
(2)将混合纤维材料放入到含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液中，搅拌20min；
(3)取出混合材料，干燥后即得所述的改性植物纤维；
其中，步骤(1)中植物纤维与碳纳米管的重量比为50:1；步骤(2)中混合纤维材料与乳液的重量比为1:30；
步骤(2)中所述的含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液通过如下方法制备得到：取正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠加入到水中，搅拌均匀后即得所述的乳液；其中，正硅酸乙酯、五水偏硅酸钠以及水的重量比为5:5:100。
含改性植物纤维的高分子木塑复合材料的制备方法同实施例1。
实施例3含改性植物纤维的高分子木塑复合材料
原料重量份组分：
聚乙烯醇20份；改性植物纤维40份；增塑剂(邻苯二甲酸二辛酯)1份；润滑剂(硬脂酸钙)1份；
所述的改性植物纤维通过如下方法制备得到：
(1)取植物纤维(由秸秆纤维和木纤维按重量比3:1组成)，然后加入碳纳米管，混合均匀得混合纤维材料；
(2)将混合纤维材料放入到含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液中，搅拌20min；
(3)取出混合材料，干燥后即得所述的改性植物纤维；
其中，步骤(1)中植物纤维与碳纳米管的重量比为30:1；步骤(2)中混合纤维材料与乳液的重量比为1:80；
步骤(2)中所述的含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液通过如下方法制备得到：取正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠加入到水中，搅拌均匀后即得所述的乳液；其中，正硅酸乙酯、五水偏硅酸钠以及水的重量比为9:1:100。
含改性植物纤维的高分子木塑复合材料的制备方法同实施例1。
对比例1含改性植物纤维的高分子木塑复合材料
原料重量份组分：
聚乙烯醇40份；改性植物纤维60份；增塑剂(邻苯二甲酸二辛酯)2份；润滑剂(硬脂酸钙)2份；
所述的改性植物纤维通过如下方法制备得到：
(1)取植物纤维(由秸秆纤维和木纤维按重量比2:1组成)，然后加入碳纳米管，混合均匀得混合纤维材料；
(2)将混合纤维材料放入水中，搅拌20min；
(3)取出混合材料，干燥后即得所述的改性植物纤维；
其中，步骤(1)中植物纤维与碳纳米管的重量比为40:1；步骤(2)中混合纤维材料与水的重量比为1:50；
含改性植物纤维的高分子木塑复合材料的制备方法同实施例1。
对比例1与实施例1的区别在于，改性植物纤维的制备方法不同；对比例1将植物纤维和碳纳米管混合后放入水中处理；而实施例1则是将植物纤维和碳纳米管混合后放入含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液中处理。
对比例2含改性植物纤维的高分子木塑复合材料
原料重量份组分：
聚乙烯醇40份；改性植物纤维60份；增塑剂(邻苯二甲酸二辛酯)2份；润滑剂(硬脂酸钙)2份；
所述的改性植物纤维通过如下方法制备得到：
(1)取植物纤维(由秸秆纤维和木纤维按重量比2:1组成)，然后加入碳纳米管，混合均匀得混合纤维材料；
(2)将混合纤维材料放入到含有正硅酸乙酯的乳液中，搅拌20min；
(3)取出混合材料，干燥后即得所述的改性植物纤维；
其中，步骤(1)中植物纤维与碳纳米管的重量比为40:1；步骤(2)中混合纤维材料与乳液的重量比为1:50；
步骤(2)中所述的含有正硅酸乙酯乳液通过如下方法制备得到：取正硅酸乙酯加入到水中，搅拌均匀后即得所述的乳液；其中，正硅酸乙酯以及水的重量比为10:100。
含改性植物纤维的高分子木塑复合材料的制备方法同实施例1。
对比例2与实施例1的区别在于，改性植物纤维的制备方法不同；对比例2仅仅将植物纤维放入含有正硅酸乙酯的乳液中处理；而实施例1则是将植物纤维和碳纳米管混合后放入含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液中处理。
对比例3含改性植物纤维的高分子木塑复合材料
原料重量份组分：
聚乙烯醇40份；改性植物纤维60份；增塑剂(邻苯二甲酸二辛酯)2份；润滑剂(硬脂酸钙)2份；
所述的改性植物纤维通过如下方法制备得到：
(1)取植物纤维(由秸秆纤维和木纤维按重量比2:1组成)；
(2)将植物纤维放入到含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液中，搅拌20min；
(3)取出混合材料，干燥后即得所述的改性植物纤维；
其中，步骤(2)中植物纤维与乳液的重量比为1:50；
步骤(2)中所述的含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液通过如下方法制备得到：取正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠加入到水中，搅拌均匀后即得所述的乳液；其中，正硅酸乙酯、五水偏硅酸钠以及水的重量比为7:3:100。
含改性植物纤维的高分子木塑复合材料的制备方法同实施例1。
对比例3与实施例1的区别在于，改性植物纤维的制备方法不同；对比例3仅仅将植物纤维放入含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液中处理；而实施例1则是将植物纤维和碳纳米管混合后放入含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液中处理。
对比例4含改性植物纤维的高分子木塑复合材料
原料重量份组分：
聚乙烯醇40份；植物纤维60份；增塑剂(邻苯二甲酸二辛酯)2份；润滑剂(硬脂酸钙)2份；
所述的植物纤维由秸秆纤维和木纤维按重量比2:1组成；
含改性植物纤维的高分子木塑复合材料的制备：将聚乙烯醇、植物纤维、增塑剂以及润滑剂混合均匀后，放入双螺杆挤出机中熔融挤出即得所述的含改性植物纤维的高分子木塑复合材料。
对比例4与实施例1的区别在于，对比例4直接加入由秸秆纤维和木纤维组成的植物纤维；而实施例1则是加入改性植物纤维。
实验例
将实施例1～3以及对比例1～4制备得到的含改性植物纤维的高分子木塑复合材料加入注塑机中注射成样条，参照GB/T 9341-2008测试其弯曲强度，测试结果见表1。
表1.含改性植物纤维的高分子木塑复合材料弯曲强度测试结果
弯曲强度
实施例1高分子木塑复合材料 75.86MPa
实施例2高分子木塑复合材料 68.32MPa
实施例3高分子木塑复合材料 70.17MPa
对比例1高分子木塑复合材料 42.18MPa
对比例2高分子木塑复合材料 48.30MPa
对比例3高分子木塑复合材料 36.45MPa
对比例4高分子木塑复合材料 25.35MPa
从表1试验数据可以看出，实施例1～3制备得到的高分子木塑复合材料，其弯曲强度远远高于对比例4，这说明：将植物纤维通过加入碳纳米管然后经过含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液处理得到的改性植物纤维，其与直接加入未改性的植物纤维相比，能大幅提高高分子木塑复合材料的弯曲强度。
从表1试验数据还可以看出，实施例1制备得到的高分子木塑复合材料，其弯曲强度远远高于对比例1和2；这说明：改性植物纤维的步骤(2)对于制备得到的改性植物纤维能否大幅提高高分子木塑复合材料的弯曲强度起着十分重要的作用；只有将植物纤维和碳纳米管混合后放入到含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液中制备得到的改性植物纤维才可以大幅提高高分子木塑复合材料的弯曲强度。
从表1试验数据还可以看出，实施例1制备得到的高分子木塑复合材料，其弯曲强度远远高于对比例3；这说明：只有将植物纤维和碳纳米管混合后放入到含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液中制备得到的改性植物纤维才可以大幅提高高分子木塑复合材料的弯曲强度。仅仅将植物纤维放入到含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液中制备得到的改性植物纤维，其对高分子木塑复合材料弯曲强度的提高程度要远远小于将植物纤维和碳纳米管混合后放入到含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液中制备得到的改性植物纤维。

Claims (10)

1.一种含改性植物纤维的高分子木塑复合材料，其特征在于，包含如下重量份的原料组分：
聚乙烯醇20～50份；改性植物纤维40～100份；增塑剂1～3份；润滑剂1～3份；
所述的改性植物纤维是指在植物纤维中加入碳纳米管，然后经含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液处理得到。
2.根据权利要求1所述的含改性植物纤维的高分子木塑复合材料，其特征在于，所述的改性植物纤维通过如下方法制备得到：
(1)取植物纤维，然后加入碳纳米管，混合均匀得混合纤维材料；
(2)将混合纤维材料放入到含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液中，搅拌10～30min；
(3)取出混合材料，干燥后即得所述的改性植物纤维。
3.根据权利要求2所述的含改性植物纤维的高分子木塑复合材料，其特征在于，
步骤(1)中所述的植物纤维为秸秆纤维和木纤维的组合；所述的秸秆纤维和木纤维的重量比为1～3:1～3；
最优选地，所述的秸秆纤维和木纤维的重量比为2:1。
4.根据权利要求2所述的含改性植物纤维的高分子木塑复合材料，其特征在于，植物纤维与碳纳米管的重量比为20～50:1；
最优选地，植物纤维与碳纳米管的重量比为40:1。
5.根据权利要求2所述的含改性植物纤维的高分子木塑复合材料，其特征在于，混合纤维材料与乳液的重量比为1:30～100；
最优选地，混合纤维材料与乳液的重量比为1:50。
6.根据权利要求2所述的含改性植物纤维的高分子木塑复合材料，其特征在于，所述的含有正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠的乳液通过如下方法制备得到：取正硅酸乙酯以及五水偏硅酸钠加入到水中，搅拌均匀后即得所述的乳液；其中，正硅酸乙酯、五水偏硅酸钠以及水的重量比为5～10:1～5:100。
7.根据权利要求6所述的含改性植物纤维的高分子木塑复合材料，其特征在于，正硅酸乙酯、五水偏硅酸钠以及水的重量比为7:3:100。
8.根据权利要求2所述的含改性植物纤维的高分子木塑复合材料，其特征在于，所述的碳纳米管为多壁碳纳米管。
9.根据权利要求1所述的含改性植物纤维的高分子木塑复合材料，其特征在于，所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯，所述的润滑剂为硬脂酸钙。
10.权利要求1～9任一项所述的含改性植物纤维的高分子木塑复合材料的制备方法，其特征在于，通过如下方法制备得到：
将聚乙烯醇、改性植物纤维、增塑剂以及润滑剂混合均匀后，放入双螺杆挤出机中熔融挤出即得所述的含改性植物纤维的高分子木塑复合材料。
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