CN116176086B - 冷链集装箱铺板用木塑微发泡复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于发泡材料领域，具体涉及冷链集装箱铺板用木塑微发泡复合材料及其制备方法。冷链集装箱铺板用木塑微发泡复合材料，通过夹层结构，外层板材和芯材共同构成铺板，芯材的材料密度、拉伸模量高，整体的微发泡基质中起到重要的结构支撑作用，防止发泡对芯板的支撑产生较大干扰，本发明在芯板中添加粘结剂，一定程度阻碍超临界CO2流动性，束缚气泡生长，微发泡泄压过程对芯材影响较小，相对于外层板材，芯板内部发泡孔径小，形成了中层支撑体，显著增强了复合材料的强度，且基本未增加整体质量，具有极低的导热系数，保温隔热性能优越，更适用于冷链环境。

Description

冷链集装箱铺板用木塑微发泡复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于发泡材料领域，具体涉及冷链集装箱铺板用木塑微发泡复合材料及其制备方法。
背景技术
冷链集装箱铺板是安装在冷链集装箱底部,起承载和固定货物作用的底板。目前，微发泡技术制备的木塑复合材料，因其量轻、节约成本等优势已被用于集装箱铺板领域，木塑微发泡复合材料内部有大量气泡，可以看作以气体为填充材料的固/气复合材料，发泡材料质量轻，比强度较木材高，且具备缓冲、吸声、保温等功能。
但是，冷链集装箱铺板对材料的要求更加严格，针对低温环境，木塑材料可能出现脆性增加的现象，一般的在常温下具有良好性能的木塑微发泡复合材料在低温环境可能强度达不到使用要求，尤其是集装箱铺板此类经常受外力冲击，以及长时间受压的特殊情况，对强度的要求更高，目前聚合物材料的增强一般是用具有一定长径比的无机材料增强塑料，无机长径比材料含量越高，复材料强度越高，由于复合材料比重高，这又限制了集装箱铺板的轻量化要求，因此寻求一种强度更高，更适用于低温环境的木塑微发泡复合材料是亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供冷链集装箱铺板用木塑微发泡复合材料，通过夹层结构，外层板材和芯材共同构成铺板，芯材的材料密度、拉伸模量高，整体的微发泡基质中起到重要的结构支撑作用，防止发泡对芯板的支撑产生较大干扰，本发明在芯板中添加粘结剂，一定程度阻碍超临界CO2流动性，微发泡泄压过程对芯材影响较小，相对于外层板材，芯板内部发泡孔径小，形成了中层支撑体，显著增强了复合材料的强度，且基本未增加整体质量。
具体的，本发明的技术方案如下：
冷链集装箱铺板用木塑微发泡复合材料，夹层结构，包括外层板材和芯材；
所述外层板材包括以下重量份的原料：
聚乙烯 20~40份；
木粉 20~30份；
玻璃纤维 20~40份；
轻质碳酸钙 5~15份；
偶联剂 3～5份；
所述芯材包括以下重量份的原料：
聚乙烯 50~60份；
木粉 50~60份；
滑石粉 2~5份；
润滑剂 0.5~2份
过氧化二异丙苯 1~1.5份
粘结剂 2~3份。
进一步的，所述偶联剂为钛酸酯。
进一步的，所述的润滑剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、EVA蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、乙撑双硬脂酰胺、石蜡、氧化聚乙烯蜡中的至少一种；
进一步的，所述粘结剂包括以下重量份的原料：酚醛树脂20~30份、壳聚糖10~20份、黄原胶20~30份、聚乙烯醇1~2份、丙烯酸树脂10~15份，水100~120份。
本发明还提供冷链集装箱铺板用木塑微发泡复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1：称取聚乙烯、木粉、玻璃纤维、轻质碳酸钙和偶联剂，高混机混合5~10min，得到混合物料A；
S2：30~50r/min，160℃~180℃下，将混合物料A通过双螺杆挤出熔融混合，得到混合熔体，切断，分为外层板材薄片，保温；
S3：称取聚乙烯、木粉、滑石粉、粘结剂，高混机混合5~10min，得到混合物料B；双螺杆挤出熔融混合，得到混合熔体，切断，分为芯材薄片；
S4：按夹心结构外层板材薄片和芯材薄片放入模具腔内，排空气，通入超临界CO2流体，130~160℃，10~30MPa下，保温保压40~120min，泄压1~8s，发泡，取出冷却定型，得到集装箱铺板用木塑微发泡复合材料。
优选的，步骤S4中，先将超临界CO2流体注入双螺杆挤出过程中的外层板材，缓慢发泡，注入模具腔，再按相同方法超临界CO2流体注入双螺杆挤出过程中的芯材，注入模具腔，最后再注入一层外层板材，得到木塑微发泡复合材料。
本发明的有益效果在于：
1.特殊的夹层结构在微发泡基质中起到重要的结构支撑作用，本发明制备的木塑微发泡复合材料的压缩强度为0.5~22MPa，压缩模量为50~1000MPa；拉伸强度为1~23MPa，剪切强度为10~200MPa，密度0.8g/cm3，具有优异的强度和低比重，满足集装箱铺板的需求。
2.本发明的木塑微发泡复合材料特别适用于低温环境（例如冷链集装箱），微发泡工艺更加耐低温且具有极低的导热系数，保温隔热，且具备一定的抗菌性能。
具体实施方式
下面通过具体的实施方案叙述本发明。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。
本发明人在制备复合增强木塑材料的过程中尝试了使用无机填料层作为中间的芯材，例如钛白粉或滑石粉等，然后上层铺放两层外层板材，但由于过薄的无机填料在微发泡泄压时基本会破会夹层结构，无法实现中层支撑作用，过厚的无机填料失去了微发泡轻量化的优势，因此本发明人在中层设置芯材，但由于单纯的芯材在加压过程中同外层板材基本相容，发泡效果趋于一致的情况下同样无法实现支撑作用来增加强度，但若芯材在泄压发泡瞬间成型快于外层板材，则会导致芯材内部微发泡孔径明细减小，呈现大孔-小孔-大孔的夹层结构，实现了对发泡基材的强度支撑，尤其是抗冲击性能。
此外，正是由于外层的大孔结构导致了外层材料极低的导热系数（微泡气体隔绝保温），因此虽然内层的芯材可能低温强度并不优越，但因外层的隔绝，避免了芯材受低温影响，实现了整体的良好强度。
实施例1
冷链集装箱铺板用木塑微发泡复合材料的制备方法，原料配比如下：
表1：实施例1的原料配比
S1：按上述外层板材原料比例称取聚乙烯、木粉、玻璃纤维、轻质碳酸钙和钛酸酯，高混机混合5min，得到混合物料A；
S2：50r/min，160℃下，将混合物料A通过双螺杆挤出熔融混合，得到混合熔体，切断，分为外层板材薄片，保温；
S3：按上述芯材原料比例称取聚乙烯、木粉、滑石粉、润滑剂聚丙烯蜡，高混机混合5min，得到混合物料B；双螺杆挤出熔融混合，得到混合熔体，切断，分为芯材薄片；
S4：按夹心结构外层板材薄片和芯材薄片（厚度10~12mm）放入模具腔内，排空气，按上述原料重量份数，通入2份超临界CO2流体，150℃，20MPa下，保温保压60min，泄压3.5s，发泡，取出冷却定型，得到集装箱铺板用木塑微发泡复合材料。
其中，粘结剂的制备方法为，10g丙烯酸树脂粉碎，加入2g聚乙烯醇，溶于50ml水中，依次加入，20g酚醛树脂，10g壳聚糖，20g黄原胶，60ml水混合，制得粘结剂。
实施例2
冷链集装箱铺板用木塑微发泡复合材料的制备方法，原料配比如下：
表2：实施例2的原料配比
S1：按上述外层板材原料比例称取聚乙烯、木粉、玻璃纤维、轻质碳酸钙和钛酸酯，高混机混合6min，得到混合物料A；
S2：30r/min，180℃下，将混合物料A通过双螺杆挤出熔融混合，得到混合熔体，切断，分为外层板材薄片，保温；
S3：按上述芯材原料比例称取聚乙烯、木粉、滑石粉、粘结剂，高混机混合5min，得到混合物料B；双螺杆挤出熔融混合，得到混合熔体，切断，分为芯材薄片；
S4：按夹心结构外层板材薄片和芯材薄片（厚度8~12mm）放入模具腔（高压高温釜）内，排空气，按上述原料重量份数，通入2份超临界CO2流体，140℃，30MPa下，保温保压60min，泄压5.5s，发泡，取出冷却定型，得到集装箱铺板用木塑微发泡复合材料。
其中，粘结剂的制备方法同实施例1。
对比例1
本对比例的集装箱铺板用木塑微发泡复合材料的制备方法同实施例相同，不同之处在于，S4步骤中，将芯材薄片替换为外层板材薄片。
对比例2
本对比例的集装箱铺板用木塑微发泡复合材料的制备方法同实施例相同，不同之处在于，S3步骤中，制备芯材的原料中未添加粘结剂。
实施例3
对实施例1、实施例2和对比例1、对比例2的木塑微发泡复合材料的主要物性指标根据相关检测标准测试，其泡孔平均直径、密度、拉伸强度、缺口冲击强度、弯曲强度、弯曲模量、吸水率的检测标准与检测结果如下表所示：
其中，吸水率测定方法：每组选取5个直径为100mm，厚度为2mm的注塑圆片，在60℃烘箱中干燥4h后，冷却称其初始质量(m0)；然后将试样浸入23℃的超纯水中，放置10天后取出，用滤纸吸去试样表面附着的水，称其质量(mt)，计算所得吸水率并取平均值。吸水率(X)按下式计算X＝(m0-mt)/m0×100％，式中：X为吸水率，％；mt为吸水后质量，g；m0为吸水前质量，g。
表3：各实施例和对比例的性能测试数据
注：以上检测项目采用检测标准为密度GB-T1033.1-2008，拉伸轻度GB/T1040-2006，缺口冲击强度GB/T1043-1993，弯曲强度GB/T9341-2000，弯曲模量GB/T9341-2000，导热系数GB/T10297。
通过GB/T31402-2015塑料表面抗菌性能试验方法对实施例1制备的材料的抗菌性能进行测试，结果表明，实施例1的木塑微发泡材料对大肠杆菌抑制率≧95%，对金黄色葡萄球菌抑制率≧95%。
低温环境（-10℃）按上述检测标准对压缩强度
表4：各实施例和对比例的低温压缩强度性能测试数据
实施例1 实施例2 对比例1 对比例2
压缩强度（MPa） 12.8 12.6 7.2 8.1
由上述数据可知，芯材作为中间层起到了良好的支撑作用，显著增强了拉伸强度和弯曲强度，密度有略微增加，0.705g/cm3达到了现有微发泡木塑复合材料的基本要求，此外，从实施例1和对比例2的数据对比可以看出，若芯材中不添加粘结剂，则会导致性能的显著下降，无法束缚气体的生长，因此没有起到支撑作用，强度较低。本发明的实施例制备的木塑复合材料导热系数均较小，具有良好的隔热保温性能，抗菌抗低温，极低的吸水率避免了冷冻导致的材料开裂，低温下的压缩强度仍满足需要，更适用于冷链环境。

Claims (3)

1.冷链集装箱铺板用木塑微发泡复合材料，其特征在于，夹层结构，包括外层板材和芯材；所述外层板材包括以下重量份的原料：聚乙烯 20~40份；木粉 20~30份；玻璃纤维 20~40份；轻质碳酸钙 5~15份；偶联剂 3～5份；所述芯材包括以下重量份的原料：聚乙烯 50~60份；木粉 50~60份；滑石粉 2~5份；润滑剂 0.5~2份；过氧化二异丙苯 1~1.5份；粘结剂 2~3份；
所述粘结剂由以下重量份的原料组成：酚醛树脂20~30份、壳聚糖10~20份、黄原胶20~30份、聚乙烯醇1~2份、丙烯酸树脂10~15份，水100~120份。
2.如权利要求1所述的冷链集装箱铺板用木塑微发泡复合材料，其特征在于，所述偶联剂为钛酸酯。
3.如权利要求1所述的冷链集装箱铺板用木塑微发泡复合材料，其特征在于，所述的润滑剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、EVA蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、乙撑双硬脂酰胺、石蜡、氧化聚乙烯蜡中的至少一种。
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