CN114591619B - 一种兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料制备方法 - Google Patents

一种兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料制备方法，包括如下步骤：(1)麻栎木炭的制备；(2)废旧光盘基体样品的制备；(3)麻栎木炭/光盘基体复合材料的制备。本发明的优点在于：从生物质炭的制备开始，以麻栎木和废旧光盘为研究对象，通过熔融共混、注塑成型的方式制备麻栎木炭/光盘基体复合材料，不仅能促进废旧光盘的资源转化，缓解环境压力，还能有效提高材料的屏蔽、阻燃与抗菌性能。

Description

一种兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料制备方法
技术领域
本发明涉及木塑复合材料领域，尤其涉及一种兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料制备方法。
背景技术
随着科学技术进步与材料领域研究的深入，大量的通用和工程塑料种类被合成、研究、开发及市场应用。相对于金属、石材、木材，塑料制品具有成本低、可塑性强等优点。其中，木塑复合材料的开发便是以上述工程、通用塑料为基体，通过与增强相(植物纤维、纳米纤维素、生物质炭等)进行熔融共混，利用适当的复合材料成型方式(热压、挤出、注射、压延、吹塑)制备而成的兼具增强相和基体优势的新型复合材料。由于木塑复合材料具有抗强酸强碱，不易变形，力学性能优异，耐磨、耐环境、耐老化性能，尺寸稳定，以及成本低、来源广泛的优势，是当今的环境友好型材料，被广泛应用于家具、包装、窗框、汽车内饰等。
然而，经过传统木塑复合材料基体的研究可以发现，以聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等塑料作为基体，其制备的复合材料中热塑性聚合物的低导热性、高热容量和发射率可能会大大增加其火灾危险性。同时，木塑复合材料中天然纤维的芯吸效应极大地加速了火势的蔓延，在发生火灾时会造成烧伤。这一固有缺陷限制了木塑复合材料在要求严格的领域中的进一步应用。因此，迫切需要同步开发具有优异阻燃性能的新型木塑复合材料。
另外，在当代社会，人们也在遭受众多电子设备带来的电磁波威胁。电磁波会危害人体的中枢神经系统，以及对机体的免疫功能和心血管系统都有一定的影响。同时发现，在日常生活中，微生物污染对人们的日常生活也造成了较大影响。研究表明，较差的环境易导致较高的微生物浓度，过高的微生物浓度会导致人的居住环境产生污染，例如家居装饰材等可能会发生霉变，产生臭味等情况，污染人们的居住环境。因此，研制并使用高性能的屏蔽和抗菌材料也迫在眉睫。
光盘是21世纪信息时代的重要产物。我国是光盘的生产和消费大国，在我国，对于废旧光盘的处理大多是集中焚烧或填埋，这不仅会浪费光盘中的有益资源，还会造成一定的环境污染。关于废旧光盘成分，目前的焦点在反射层金属和PC层聚碳酸酯上。经本发明实验发现，聚碳酸酯基体具有一定的阻燃性、耐磨性及抗氧化性；且光盘中的反射层金属价值高且用途广泛，Ag与Cu含量最大，而金属Ag与Cu具有较高的电导率，可有效提高复合材料的电磁屏蔽性能。另一方面，金属离子还天然具有抗菌作用。
据此，若能以回收的废旧光盘为原料进行木塑复合材料的制备，不仅能促进废旧光盘的资源转化，缓解环境压力，还能有效提高材料的屏蔽、阻燃与抗菌性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料制备方法，本发明从生物质炭的制备开始，以麻栎木和废旧光盘为研究对象，通过熔融共混、注塑成型的方式制备麻栎木炭/光盘基体复合材料，不仅能促进废旧光盘的资源转化，缓解环境压力，还能有效提高材料的屏蔽、阻燃与抗菌性能。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料制备方法，包括如下步骤：
(1)麻栎木炭的制备
a、将麻栎木原料去除树皮，制备成木块状；
b、将木块状麻栎木烘至绝干；
c、将绝干后的木块状麻栎木，或者，经过三聚氰胺甲醛树脂(MF)处理后的绝干木块状麻栎木，置于高温管式炉中碳化，获得麻栎木炭；
d、将步骤c的麻栎木炭烘干后，直接粉碎、过筛、干燥处理，以获得麻栎木炭粉；或者，在对麻栎木炭烘干后，先进行壳聚糖-银纳米颗粒修饰处理，再继续粉碎、过筛、干燥处理，获得麻栎木炭粉；
(2)废旧光盘基体样品的制备
a、将回收的光盘粉碎并去除其保护层，接着干燥处理，使其水分含量控制在0.02％以下，获得目标所需的光盘基体；
b、将步骤a得到光盘基体直接作为后续材料；或者，对所述光盘基体先进行辐照改性处理，再作为后续材料；
(3)麻栎木炭/光盘基体复合材料的制备
a、将步骤(1)制备的麻栎木炭粉和步骤(2)制备的光盘基体充分混合，并置于转矩流变仪中；或者，在所述麻栎木炭粉和光盘基体中加入偶氮二甲酰胺发泡剂混合后，再置于转矩流变仪中；或者，对所述麻栎木炭粉和光盘基体先进行丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)改性处理，再利用转矩流变仪将材料熔融共混；
b、将步骤a制备得到的复合材料冷却后，进行粉碎处理；
c、以步骤b粉碎后的复合材料为原料，通过模具，利用微型注塑机进行注塑，获得目标所需的麻栎木炭/光盘基体复合材料。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(1)a中，将麻栎木制备成100mm×50mm×50mm的木块状；步骤(1)b中，将木块麻栎木在80℃条件下烘24h至绝干。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(1)c中，对绝干后的木块麻栎木进行三聚氰胺甲醛树脂(MF)处理；其中，添加三聚氰胺甲醛树脂的量为木块麻栎木量的40％，且三聚氰胺甲醛树脂的制备方法为：按三聚氰胺、多聚甲醛和甲醛的摩尔配比1:2.6:0.4，称取三聚氰胺200g、多聚甲醛123g和37％甲醛溶液51g；将三聚氰胺和多聚甲醛加入到带有搅拌器、冷凝管、温度计的三口瓶中，加入蒸馏水300g，在搅拌条件下升温至62℃；待溶液澄清后，加入甲醛溶液并用氢氧化钠溶液调节pH值，控制在7.5；升温至82℃，反应30min后结束；将制备好的三聚氰胺甲醛树脂放在密闭的容器中，并放入活性炭以去除未完全反应的游离甲醛。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(1)c中，将绝干后的木块状麻栎木，或者，经过三聚氰胺甲醛树脂处理后的绝干木块状麻栎木，置于高温管式炉中碳化；其中，碳化的具体操作为：将相应的木块状麻栎木放入高温管式炉炉腔内，安装连接法兰，保证气密性；利用管式炉真空装置对炉腔进行抽真空前处理，使炉内气压降至-1.5MPa停止；调节管式炉的升温程序，使实验温度程序设置分别为室温→850℃→降温至室温，取出静置；其中，升温速率为10℃/min，实验全程在通入氮气作为保护气的条件下进行。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(1)d中，利用高速粉碎机对麻栎木炭进行粉碎，粉碎后并过80目筛，干燥后装袋封存。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(1)d中，壳聚糖-银纳米颗粒采用液相还原法制备，制备过程为：取0.02g壳聚糖溶于25mL体积分数为1％的无水乙酸水溶液中，得到质量浓度为0.8g/L的壳聚糖乙酸溶液；室温及磁力搅拌条件下，加入100uL 0.1mol/L硝酸银溶液；10min后，向上述溶液中逐滴加入50uL 0.1mol/L硼氢化钠溶液，混合溶液颜色逐渐由无色变为橙红色；待颜色稳定后，得到壳聚糖-银纳米颗粒溶液。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(1)d中，对木块麻栎木炭进行壳聚糖-银纳米颗粒修饰处理的操作过程为：将木块麻栎木炭放入25mL体积分数4％的γ-巯丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂)的甲苯溶液，50℃恒温反应5h，无水乙醇洗涤3次，115℃烘干；然后，浸入制备的壳聚糖-银纳米颗粒溶液中，50℃水浴中静置12h，蒸馏水洗涤3次并115℃烘干。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(2)a中，回收的光盘具体选择CD-R型光盘。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(2)b中，光盘基体进行辐照改性处理的过程为：将粉碎好光盘，在合肥(国家)林业辐照中心(60Co-γ射线辐射源，2.2万居里，单栅板状)进行辐照处理，吸收计量使用重铬酸盐剂量计标定。辐照处理后，将材料置于干燥室温环境陈放3d。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(3)a中，转矩流变仪的设置温度为210℃，时间为3min，转子转速为40rpm；加入发泡剂时，将麻栎木炭粉、光盘基体和发泡剂混合3min。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(3)c中，微型注塑机的注塑时间为5sec，注塑温度为230℃，模具温度为35℃。
本发明相比现有技术的优点在于：
(1)本发明采用光盘基体作为塑料基体替代传统工程塑料进行复合材料制备研究，为资源的回收、二次利用和新型木塑复合材料的研究提供理论基础；且其中的聚碳酸酯基体具有阻燃性、耐磨性及抗氧化性；光盘中的反射层金属价值高且用途广泛，Ag与Cu含量最大，而金属Ag与Cu具有较高的电导率，从而提高了复合材料的电磁屏蔽性能；另一方面，金属离子还天然具有抗菌作用，其中Ag+与Cu2+是目前最常见的一种金属离子抗菌剂。
(2)麻栎木是壳斗科、栎属植物落叶乔木，属阔叶材的一种，为环孔材，是一种较好的薪炭材料，我国具有较为丰富的麻栎木资源。本发明利用麻栎木作为原料制备麻栎木炭与塑料基体制备复合材料，将有效地实现麻栎木炭高附加值的转化，同时对缓解我国珍贵优质木材资源短缺有重要意义；并且，利用麻栎木生物质材料制备复合材料，还具有质量轻、电导率高、比表面积大、孔隙结构丰富、化学性质稳定等优点。
(3)本发明采用三聚氰胺甲醛树脂处理木块麻栎木，因三聚氰胺甲醛树脂具有耐磨、防水等特性，广泛应用于粘合剂、阻燃涂料、室外板材保护等领域，可进一步提高复合材料的阻燃性能。
(4)本发明利用偶氮二甲酰胺发泡剂改善木塑复合材料的微孔结构，在发泡过程中，微孔结构的形成和发展包括三个基本步骤：成核、细胞生长和稳定。偶氮二甲酰胺在化学发泡剂中，因其高气体性能以及将其分解温度与聚合物加工温度相匹配的可能性而被广泛使用。
(5)本发明利用壳聚糖-银纳米颗粒对麻栎木炭进行修饰处理，不仅可以增加银纳米微粒在水溶液体系中的稳定性，而且壳聚糖与银纳米微粒的协同抗菌效应有效增强了其抗菌性，相比于一般的抗菌防腐剂，壳聚糖-银纳米颗粒具有低毒、高效、环保等优点，对人体不会产生危害，提高了其在家具、地板等领域的进一步发展，构建更加健康的居住环境。
(6)本发明利用辐照或添加核-壳结构弹性体丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)的方式改性复合材料，不仅解决了复合材料界面结合的问题，并提高了其熔融指数，同时还获得良好的阻燃效果，进一步提高复合材料产品的附加价值。
附图说明
图1是实施例1中兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料的扫描电镜照片；
图2是实施例3中兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料的扫描电镜照片；
图3是实施例4中兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例的一种兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料制备方法，包括如下步骤：
(1)麻栎木炭的制备
a、将麻栎木原料去除树皮，制备成100mm×50mm×50mm的木块状。
b、将木块状麻栎木在80℃条件下烘24h至绝干。
c、将绝干后的木块状麻栎木，放入高温管式炉炉腔内，安装连接法兰，保证气密性；利用管式炉真空装置对炉腔进行抽真空前处理，使炉内气压降至-1.5MPa停止；调节管式炉的升温程序，使实验温度程序设置分别为室温→850℃→降温至室温，取出静置，获得麻栎木炭，其中升温速率为10℃/min，实验全程通入氮气作为保护气的条件下进行。
d、将麻栎木炭烘干后，利用高速粉碎机进行粉碎，并过80目筛处理，干燥后以获得麻栎木炭粉。
(2)废旧光盘基体样品的制备
a、将从市场购入回收的CD-R型光盘经高速塑胶粉碎机进行粉碎去除保护层并干燥，且控制水分含量在0.02％以下，获得光盘基体。
b、将步骤a得到光盘基体直接作为后续材料。
(3)麻栎木炭/光盘基体复合材料的制备
a、将步骤(1)中制备的麻栎木炭粉和步骤(2)中制备的光盘基体样品，按照麻栎木炭含量为30wt％以及光盘含量为70wt％进行称取，充分混合后置于转矩流变仪中，转矩流变仪的实验温度为210℃，时间为3min，转子转速为40rpm。
b、将步骤a制备得到的复合材料待冷却后，再进行粉碎处理。
c、将步骤b粉碎后的复合材料为原料，通过模具，利用微型注塑机进行注塑，微型注塑机的实验注塑时间为5sec，注塑温度为230℃，模具温度为35℃，制备得麻栎木炭/光盘基体复合材料。
本实施例复合材料的扫描电镜照片如图1所示，其性能测试结果见实施例6。
实施例2
本实施例的一种兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料制备方法，包括如下步骤：
(1)麻栎木炭的制备
a、将麻栎木原料去除树皮，制备成100mm×50mm×50mm的木块状。
b、将木块状麻栎木在80℃条件下烘24h至绝干。
c、将绝干后的木块状麻栎木，放入高温管式炉炉腔内，安装连接法兰，保证气密性；利用管式炉真空装置对炉腔进行抽真空前处理，使炉内气压降至-1.5MPa停止；调节管式炉的升温程序，使实验温度程序设置分别为室温→850℃→降温至室温，取出静置，获得麻栎木炭，其中升温速率为10℃/min，实验全程通入氮气作为保护气的条件下进行。
d、将步骤c的麻栎木炭先进行壳聚糖-银纳米颗粒修饰处理，采用液相还原法制备壳聚糖-银纳米颗粒，具体操作过程为：取0.02g壳聚糖溶于25mL体积分数为1％的无水乙酸的水溶液中，得到质量浓度为0.8g/L的壳聚糖乙酸溶液；室温及磁力搅拌条件下，加入100uL 0.1mol/L硝酸银溶液；10min后，向上述溶液中逐滴加入50uL 0.1mol/L硼氢化钠溶液，混合溶液颜色逐渐由无色变为橙红色；待颜色稳定后，得到壳聚糖-银纳米颗粒溶液。
对木块麻栎木炭进行壳聚糖-银纳米颗粒修饰处理的操作过程为：将木块麻栎木炭放入25mL体积分数4％的γ-巯丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂)的甲苯溶液，50℃恒温反应5h，无水乙醇洗涤3次，115℃烘干，然后浸入上述制备的壳聚糖-银纳米颗粒溶液中，50℃水浴中静置12h，蒸馏水洗涤3次并115℃烘干。
e、将麻栎木炭烘干后，利用高速粉碎机进行粉碎，并过80目筛处理，干燥后以获得麻栎木炭粉。
(2)废旧光盘基体样品的制备
a、将从市场购入回收的CD-R型光盘经高速塑胶粉碎机进行粉碎去除表面层并干燥，且控制水分含量在0.02％以下，获得光盘基体。
b、将步骤a得到光盘基体直接作为后续材料。
(3)麻栎木炭/光盘基体复合材料的制备
a、将步骤(1)中制备的麻栎木炭粉和步骤(2)中制备的光盘基体样品，按照麻栎木炭含量为30wt％以及光盘含量为70wt％进行称取，充分混合后置于转矩流变仪中，转矩流变仪的实验温度为210℃，时间为3min，转子转速为40rpm。
b、将步骤a制备得到的复合材料待冷却后，再进行粉碎处理。
c、将步骤b粉碎后的复合材料为原料，通过模具，利用微型注塑机进行注塑，微型注塑机的实验注塑时间为5sec，注塑温度为230℃，模具温度为35℃，制备得麻栎木炭/光盘基体复合材料。
本实施例复合材料的性能测试结果见实施例6。
实施例3
本实施例的一种兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料制备方法，包括如下步骤：
(1)麻栎木炭的制备
a、将麻栎木原料去除树皮，制备成100mm×50mm×50mm的木块状。
b、将木块状麻栎木在80℃条件下烘24h至绝干。
c、将绝干后的木块状麻栎木，放入高温管式炉炉腔内，安装连接法兰，保证气密性；利用管式炉真空装置对炉腔进行抽真空前处理，使炉内气压降至-1.5MPa停止；调节管式炉的升温程序，使实验温度程序设置分别为室温→850℃→降温至室温，取出静置，获得麻栎木炭，其中升温速率为10℃/min，实验全程通入氮气作为保护气的条件下进行。
d、将麻栎木炭烘干后，利用高速粉碎机进行粉碎，并过80目筛处理，干燥后以获得麻栎木炭粉。
(2)废旧光盘基体样品的制备
a、将从市场购入回收的CD-R型光盘经高速塑胶粉碎机进行粉碎去除表面层并干燥，且控制水分含量在0.02％以下，获得光盘基体。
b、将步骤a得到光盘基体直接作为后续材料。
(3)麻栎木炭/光盘基体复合材料的制备
a、将步骤(1)中制备的麻栎木炭粉和步骤(2)中制备的光盘基体样品，再加入发泡剂偶氮二甲酰胺，按照麻栎木炭含量为30wt％、光盘含量为64wt％以及发泡剂偶氮二甲酰胺含量为6wt％进行称取。加入发泡剂偶氮二甲酰胺时，将麻栎木炭粉、光盘基体和发泡剂混合3min，这一步骤仅在材料混合过程中不发生发泡操作。充分混合后置于转矩流变仪中，转矩流变仪的实验温度为210℃，时间为3min，转子转速为40rpm。
b、将步骤a制备得到的复合材料待冷却后，再进行粉碎处理。
c、将步骤b粉碎后的复合材料为原料，通过模具，利用微型注塑机进行注塑，微型注塑机的实验注塑时间为5sec，注塑温度为230℃，模具温度为35℃，制备得麻栎木炭/光盘基体复合材料。
本实施例复合材料的扫描电镜照片如图2所示，其性能测试结果见实施例6。
实施例4
本实施例的一种兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料制备方法，包括如下步骤：
(1)麻栎木炭的制备
a、将麻栎木原料去除树皮，制备成100mm×50mm×50mm的木块状。
b、将木块麻栎木在80℃条件下烘24h至绝干。
c、将绝干后的木块麻栎木，放入高温管式炉炉腔内，安装连接法兰，保证气密性；利用管式炉真空装置对炉腔进行抽真空前处理，使炉内气压降至-1.5MPa停止；调节管式炉的升温程序，使实验温度程序设置分别为室温→850℃→降温至室温，取出静置，获得麻栎木炭，其中升温速率为10℃/min，实验全程通入氮气作为保护气的条件下进行。
d、将麻栎木炭烘干后，利用高速粉碎机进行粉碎，并过80目筛处理，干燥后以获得麻栎木炭粉。
(2)废旧光盘基体样品的制备
a、将从市场购入回收的CD-R型光盘经高速塑胶粉碎机进行粉碎去除表面层并干燥，且控制水分含量在0.02％以下，获得光盘基体。
b、步骤a得到光盘基体进行辐照改性处理，操作过程为：将粉碎好的CD-R型光盘，在合肥(国家)林业辐照中心(60Co-γ射线辐射源，2.2万居里，单栅板状)采用15kGy剂量进行辐照处理，吸收计量使用重铬酸盐剂量计标定。辐照处理后，将材料置于干燥室温环境陈放3d。
(3)麻栎木炭/光盘基体复合材料的制备
a、将步骤(1)中制备的麻栎木炭粉和步骤(2)中制备的光盘基体样品，按照麻栎木炭含量为30wt％以及光盘含量为70wt％进行称取，充分混合后置于转矩流变仪中，转矩流变仪的实验温度为210℃，时间为3min，转子转速为40rpm。
b、将步骤a制备得到的复合材料待冷却后，再进行粉碎处理。
c、将步骤b粉碎后的复合材料为原料，通过模具，利用微型注塑机进行注塑，微型注塑机的实验注塑时间为5sec，注塑温度为230℃，模具温度为35℃，制备得麻栎木炭/光盘基体复合材料。
本实施例复合材料的扫描电镜照片如图3所示，其性能测试结果见实施例6。
实施例5
本实施例的一种兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料制备方法，包括如下步骤：
(1)麻栎木炭的制备
a、将麻栎木原料去除树皮，制备成100mm×50mm×50mm的木块状。
b、将木块状麻栎木在80℃条件下烘24h至绝干。
c、将绝干后的木块状麻栎木经三聚氰胺甲醛树脂(MF)处理，其中，三聚氰胺甲醛树脂制备方法为：按三聚氰胺、多聚甲醛和甲醛的摩尔配比在1:2.6:0.4，称取三聚氰胺200g、多聚甲醛123g和37％甲醛溶液51g，将三聚氰胺和多聚甲醛加入到带有搅拌器、冷凝管、温度计的三口瓶中，加入蒸馏水300g，在搅拌条件下升温至62℃；待溶液澄清后，加入甲醛溶液并用氢氧化钠溶液调节pH值，控制在7.5，升温至82℃，反应30min后结束；将制备好的三聚氰胺甲醛树脂放在密闭的容器中，并放入活性炭以去除未完全反应的游离甲醛。其中，添加三聚氰胺甲醛树脂的量为木块麻栎木量的40％。
c、将经过三聚氰胺甲醛树脂处理过的木块麻栎木，放入高温管式炉炉腔内，安装连接法兰，保证气密性；利用管式炉真空装置对炉腔进行抽真空前处理，使炉内气压降至-1.5MPa停止；调节管式炉的升温程序，使实验温度程序设置分别为室温→850℃→降温至室温，取出静置，获得麻栎木炭，其中升温速率为10℃/min，实验全程通入氮气作为保护气的条件下进行。
d、将麻栎木炭烘干后，利用高速粉碎机进行粉碎，并过80目筛处理，干燥后以获得麻栎木炭粉。
(2)废旧光盘基体样品的制备
a、将从市场购入回收的CD-R型光盘经高速塑胶粉碎机进行粉碎去除表面层并干燥，且控制水分含量在0.02％以下，获得光盘基体。
b、将步骤a得到光盘基体直接作为后续材料。
(3)麻栎木炭/光盘基体复合材料的制备
a、将步骤(1)中制备的麻栎木炭粉和步骤(2)中制备的光盘基体样品经干燥后，再进行添加丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)改性处理，按照麻栎木炭含量为30wt％、光盘含量为68wt％以及丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)含量为2wt％进行称取。充分混合后置于转矩流变仪中，转矩流变仪的实验温度为210℃，时间为3min，转子转速为40rpm。
b、将步骤a制备得到的复合材料待冷却后，再进行粉碎处理。
c、将步骤b粉碎后的复合材料为原料，通过模具，利用微型注塑机进行注塑，微型注塑机的实验注塑时间为5sec，注塑温度为230℃，模具温度为35℃，制备得麻栎木炭/光盘基体复合材料。
本实施例复合材料的性能测试结果见实施例6。
实施例6
本实施例的一种上述实施例1～5中兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料的性能测试结果，分别按照GB/T 1449-2005、GB/T 1040-2005、GB/T 17657-2013、GB/T30142-2013、GB/T 2046.2-2009、UL-94、LY/T 1700-2007、GB/T 24137-2009及GB/T 31402-2015测定复合材料的各项力学性能、甲醛释放量、屏蔽性能、阻燃性能、表面耐龟裂、表面耐污染腐蚀与抑菌性能，结果见表1。
表1兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料的性能测试结果
由表1可知，本发明复合材料不仅具有较为优异的力学性能，还同时具有屏蔽性能、阻燃性能以及抗菌性能，为生产兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料提供参考价值。
同时，基于各实施例在制备复合材料过程的区别，再具体分析表1数据可知：(1)在复合材料中通过嵌入未修饰或进行壳聚糖-银纳米颗粒修饰的麻栎木炭，会对复合材料的体积电阻率和电磁屏蔽性能产生不同的影响；从结果来看，表现为实施例2的体积电阻率和电磁屏蔽性能分别为19.6Ω/cm和40.4dB，相较于实施例1的体积电阻率降低75.8％，电磁屏蔽性能提高30.0％，再根据实施例3～5之间的数据对比，由于光盘中的反射层金属价值高且用途广泛，Ag与Cu含量最大，而金属Ag与Cu具有较高的电导率，从而提高了复合材料的电磁屏蔽性能。(2)从表中实施例1～5的极限氧指数数据来看，极限氧指数都达到27％，说明属于阻燃性能较好的材料，其中实施例5在复合材料中对木块麻栎木进行三聚氰胺甲醛树脂处理，极限氧指数达到了36.5％，大大地提高了阻燃性能，另外本实例中加入了丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物改性复合材料，弥补了三聚氰胺甲醛树脂由于交联密度大、柔性链短、脆性大的缺点，还提高了三聚氰胺甲醛树脂的韧性、阻燃性以及机械性能；另外，从表中实施例1～5的阻燃等级数据都是V-0也可以看出来，复合材料具有优异的阻燃性能。(3)从表中实施例1～5的抗菌率数据来看，抗菌率都达到了85％以上，说明具有良好的抗菌性能，其中实施例2的抗菌性能达到了99.5％，这归功于对麻栎木炭进行了壳聚糖-银纳米颗粒修饰，无毒性，具有良好的家居用品领域应用价值。另外，从表中1～5的甲醛释放量的数据来看，符合GB/T 18580-2017中甲醛释放限量值0.124mg/m3的规定，进一步说明具有室内家居用品领域的应用价值。
另外一方面，图1为实施例1中兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料的扫描电镜照片，可以从图中直观的看出，随着麻栎木炭加入，与光盘基聚碳酸酯基体形成界面结合，有效地提高复合材料的力学性能。图2为实施例3中兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料的扫描电镜照片，可以看出发泡剂偶氮二甲酰胺添加在复合材料成型过程中，麻栎木炭保留了其多孔结构，有助于复合材料形成更稳固、连续的界面，麻栎木炭在基体中具有较好的分散性，且基体穿过麻栎木炭的炭孔，形成机械互锁结构，从而揭示了复合材料力学性能增强原因。图3为实施例4中兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料的扫描电镜照片，展示的是在辐照改性处理条件下复合材料弯曲断面中炭以纤维拔出形式留下的麻栎木炭的纤维形态，从图中可以观察到纤维上的孔隙结构，形成的泡孔直径变大，泡孔密度变小，解决了复合材料的界面结合问题，从而保证了其力学性能的稳定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)麻栎木炭的制备
a、将麻栎木原料去除树皮，制备成木块状；
b、将木块状麻栎木烘至绝干；
c、将绝干后的木块状麻栎木，或者，经过三聚氰胺甲醛树脂处理后的绝干木块状麻栎木，置于高温管式炉中碳化，获得麻栎木炭；
d、将步骤c的麻栎木炭烘干后，直接粉碎、过筛、干燥处理，以获得麻栎木炭粉；或者，在对麻栎木炭烘干后，先进行壳聚糖-银纳米颗粒修饰处理，再继续粉碎、过筛、干燥处理，获得麻栎木炭粉；
(2)废旧光盘基体样品的制备
a、将回收的光盘粉碎并去除其保护层，干燥处理后获得目标所需的光盘基体；
b、将步骤a得到光盘基体直接作为后续材料；或者，对所述光盘基体先进行辐照改性处理，再作为后续材料；
(3)麻栎木炭/光盘基体复合材料的制备
a、将步骤(1)制备的麻栎木炭粉和步骤(2)制备的光盘基体充分混合，并置于转矩流变仪中；或者，在所述麻栎木炭粉和光盘基体中加入发泡剂混合后，再置于转矩流变仪中；或者，对所述麻栎木炭粉和光盘基体先进行丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物MBS改性处理，再利用转矩流变仪将材料熔融共混；
b、将步骤a制备得到的复合材料冷却后，进行粉碎处理；
c、以步骤b粉碎后的复合材料为原料，通过模具，利用微型注塑机进行注塑，获得目标所需的麻栎木炭/光盘基体复合材料。
2.根据权利要求1所述的兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料制备方法，其特征在于，所述步骤(1)a中，将麻栎木制备成100mm×50mm×50mm的木块状；步骤(1)b中，将木块麻栎木在80℃条件下烘24h至绝干。
3.根据权利要求1所述的兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料制备方法，其特征在于，所述步骤(1)c中，对绝干后的木块麻栎木进行三聚氰胺甲醛树脂处理；其中，添加三聚氰胺甲醛树脂的量为木块麻栎木量的40％，且三聚氰胺甲醛树脂的制备方法为：按三聚氰胺、多聚甲醛和甲醛的摩尔配比1:2.6:0.4，称取三聚氰胺、多聚甲醛和37％甲醛溶液；将三聚氰胺和多聚甲醛加入到带有搅拌器、冷凝管、温度计的三口瓶中，加入蒸馏水，在搅拌条件下升温至62℃；待溶液澄清后，加入甲醛溶液并用氢氧化钠溶液调节pH值，控制在7.5；升温至82℃，反应30min后结束；将制备好的三聚氰胺甲醛树脂放在密闭的容器中，并放入活性炭以去除未完全反应的游离甲醛。
4.根据权利要求1所述的兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料制备方法，其特征在于，所述步骤(1)c中，将绝干后的木块状麻栎木，或者，经过三聚氰胺甲醛树脂处理后的绝干木块状麻栎木，置于高温管式炉中碳化；其中，碳化的具体操作为：将相应的木块状麻栎木放入高温管式炉炉腔内，安装连接法兰，保证气密性；利用管式炉真空装置对炉腔进行抽真空前处理，使炉内气压降至-1.5MPa停止；调节管式炉的升温程序，使实验温度程序设置分别为室温→850℃→降温至室温，取出静置；其中，升温速率为10℃/min，实验全程在通入氮气作为保护气的条件下进行。
5.根据权利要求1所述的兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料制备方法，其特征在于，所述步骤(1)d中，利用高速粉碎机对麻栎木炭进行粉碎，粉碎后并过80目筛，干燥后装袋封存。
6.根据权利要求1所述的兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料制备方法，其特征在于，所述步骤(1)d中，壳聚糖-银纳米颗粒采用液相还原法制备，制备过程为：取壳聚糖溶于体积分数为1％的无水乙酸水溶液中，得到壳聚糖乙酸溶液；室温及磁力搅拌条件下，并加入硝酸银溶液；10min后，向上述溶液中逐滴加入硼氢化钠溶液，混合溶液颜色由无色变为橙红色；待颜色稳定后，得到壳聚糖-银纳米颗粒溶液。
7.根据权利要求1所述的兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料制备方法，其特征在于，所述步骤(1)d中，对木块麻栎木炭进行壳聚糖-银纳米颗粒修饰处理的操作过程为：将木块麻栎木炭放入体积分数4％的硅烷偶联剂的甲苯溶液，50℃恒温反应5h，无水乙醇洗涤3次，115℃烘干；然后，浸入制备的壳聚糖-银纳米颗粒溶液中，50℃水浴中静置12h，蒸馏水洗涤3次并115℃烘干。
8.根据权利要求1所述的兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料制备方法，其特征在于，所述步骤(2)b中，光盘基体进行辐照改性处理的过程为：将粉碎好的光盘，于60Co-γ射线辐射源、2.2万居里、单栅板状的条件下进行辐照处理，吸收计量使用重铬酸盐剂量计标定；辐照处理后，将材料置于干燥室温环境陈放3d。
9.根据权利要求1所述的兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料制备方法，其特征在于，所述步骤(3)a中，转矩流变仪的设置温度为210℃，时间为3min，转子转速为40rpm；加入发泡剂时，将麻栎木炭粉、光盘基体和发泡剂混合3min。
10.根据权利要求1所述的兼具屏蔽、阻燃与抗菌性能的木塑复合材料制备方法，其特征在于，所述步骤(3)c中，微型注塑机的注塑时间为5sec，注塑温度为230℃，模具温度为35℃。
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