CN116254009A - 一种木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种木塑复合材料，其特征在于，包括以下成分：改性铸造固废8‑12wt％、木材固废50‑70wt％、聚氯乙烯20‑40wt％和复合稳定剂2‑4wt％；本发明利用铸造产生的固体废弃物、家具等木材企业产生的木材固废发明一种有良好刚性、热稳定性且韧性强、质量轻、耐高温、耐细菌、耐腐蚀、制备工艺简单、生产过程节能环保的木塑复合材料，以解决现有木塑复合材料力学性能差、耐磨性差、密度大、生产成本高、喂料难、流动性差、加工温度低、制备工艺复杂等问题。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，更具体的说是涉及一种木塑复合材料及其制备方法。
背景技术
目前，对铸造产生的固体废弃物的利用主要是水泥混合材、再生砂、烧制陶粒等，如专利[201710572489.3]是采用铸造废砂和废灰制作轻质陶粒。对木塑复合材料的合成工艺和方法较为成熟，如专利[202210633964.4]一种改性铝土矿洗矿泥增强木塑复合材料及其制备方法、论文《纳米CaCO3/丁苯胶乳增韧柔性木塑复合材料的研究》等对木塑复合材料的制备及研究都有详细深入的研究。但对铸造固废在木塑复合材料方向的研究仍是空白。
发明内容
有鉴于此，本发明利用铸造产生的固体废弃物、家具等木材企业产生的木材固废发明一种有良好刚性、热稳定性且韧性强、质量轻、耐高温、耐细菌、耐腐蚀、制备工艺简单、生产过程节能环保的木塑复合材料，以解决现有木塑复合材料力学性能差、耐磨性差、密度大、生产成本高、喂料难、流动性差、加工温度低、制备工艺复杂等问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种木塑复合材料，包括以下成分：改性铸造固废8-12wt％、木材固废50-70wt％、聚氯乙烯20-40wt％和复合稳定剂2-4wt％。
优选的，所述改性铸造固废由铸造固废经硼砂改性得到，所述所述硼砂占铸造固废质量比2-4％。
改性目的：铸造固废中除了硅、铝、钙、铁等氧化物外，还含有金属和碳等有害极性物质，而煅烧失水后的硼砂对铸造固废颗粒表面具有净化修饰作用，煅烧又可以使碳颗粒充分燃烧。经过加入一定量的硼砂并煅烧筛分后，可以有效的去除金属和碳，并降低固废极性，与PVC具有更好的亲和性。
优选的，所述铸造固废包括：废灰和废砂的混合物；所述混合物中废灰占比60-90wt％。
优选的，所述复合稳定剂包括：马来酸酐接枝聚乙烯、抗氧剂和硬脂酸；所述马来酸酐接枝聚乙烯、抗氧剂和硬脂酸的质量比为6:1:3。
复合作用：采用以上三项材料复合，可以大大提高极性材料与非极性材料之间的亲和性，提高木质材料及铸造固废在LDPE中的分散度，增加材料的流动性，提高复合材料的抗氧化性及表面修饰性。
本发明的另一个目的在于提供上述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)铸造固废改性：在铸造固废中加入硼砂并在450℃煅烧90min，降温后取出粉磨过筛，用筛下料，筛上料返回继续粉磨，筛下料加入水解后的硅烷偶联剂溶液进行表面改性，过滤，烘干后备用；
(2)预处理：将木材固废粉碎过筛，烘干后备用；聚氯乙烯经烘干后备用；
(3)混合：将所述多孔木塑复合材料中各原料按比例混合30-60min；
(4)挤出造粒：取出已经混合完成的原料放入挤出机中挤出，然后进行切粒；
(5)热压成型：将粒料经热压成型，冷却后取出，得到所述多孔木塑复合材料。
本发明通过对铸造固废改性，使其与木塑复合材料产生优良的相容性，且由于无机材料的加入，增加了物料的流动性，解决了喂料难、流动性差导致的喂料不均匀等问题，同时，改性发泡剂(偶氮二甲酰胺AC)的加入，可以很好的解决木塑复合材料密度大，发泡热稳定性差、发泡不均匀的问题。通过挤出成型、热压成型等工艺方法，制备的改性铸造固废增强多孔木塑复合材料的物化性能及相关技术指标也得到大大提高。同时，有效的利用铸造产生的固废以及家具等企业产生的木材边角废料，使其能再生循环利用，不仅降低了对环境的污染程度，而且为社会的发展提供了新的模式。
优选的，步骤(1)中所述硅烷偶联剂溶液为将KH550、无水乙醇、水按体积比5:22:73，经磁力搅拌24h得到，所述过筛为过300目筛。
优选的，步骤(1)和(2)中所述烘干均为在电热恒温鼓风干燥箱中105℃下烘干24h；步骤(2)中所述过筛为过100目筛。
优选的，步骤(4)中所述挤出机为双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的各个区域温度为165℃、174℃、180℃、185℃、180℃、182℃，其螺杆的转速为50rpm,时间为10min。
优选的，所述热压成型的温度为190℃，压力为12MPa，热压3min时对机器进行放气，然后再热压2min。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明制备的一种改性铸造固废增强多孔木塑复合材料采用铸造废砂和废灰、木材废弃边角料等为主要原料，对固废循环利用，节能环保，且产品力学性能好、韧性强、耐磨性好、质量轻、耐高温、耐细菌、耐腐蚀，有望在新型建筑材料、新型环保家具材料、汽车、包装运输材料、园林景观、体育器材等方面有较多的应用。
2.本发明采用无机废料改性技术，有效解决了无机物、有机物的相容性问题；通过发泡剂改性，解决了热稳定性差，发泡不均匀的问题，工艺简单，过程容易控制，成本低，可大规模工业生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为实施例6的造粒物料和热压物料实物图，其中A为造粒物料，B为热压物料。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中，用到的主要仪器和设备如表1所示：
表1
实施例1
(1)铸造固废改性：铸造固废(废砂废灰比为4:6)加入硼砂(占铸造固废质量比4％)并在450℃煅烧90min，降温后取出粉磨过300目筛，用筛下料，筛上料返回继续粉磨。筛下料加入水解后的KH550(占铸造固废质量比2-3％)溶液(溶液配比为KH550：无水乙醇：水为5:22:73，磁力搅拌24h)进行表面改性，再经过滤，放入电热恒温鼓风干燥箱(温度105℃，时间24h)烘干后备用；
(2)木材固废预处理：将木材固废用粉碎机粉碎成木纤维过100目筛，放入电热恒温鼓风干燥箱(温度105℃，时间24h)烘干后备用；
(3)聚氯乙烯(PVC)：放入电热恒温鼓风干燥箱(温度105℃，时间24h)烘干后备用；
(4)复合稳定剂：采用马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)、抗氧剂(AT-10)、硬脂酸，比例为6:1:3；
(5)配比：改性铸造固废8％+木材固废50％+聚氯乙烯(PVC)40％+复合稳定剂2％；
(6)混合：原料在高速混合机中混合45min；
(7)造粒：双螺杆挤出机的各个区域温度为165℃、174℃、180℃、185℃、180℃、182℃，其螺杆的转速为50rpm,时间为10min。双螺杆挤出机挤出的混合物用切料机进行切粒；
(8)热压：将粒料通过热压成型机进行热压成型，温度为190℃，压力12MPa，三分钟时对机器进行放气，然后再热压两分钟冷却后取出，制得木塑复合材料。
实施例2
步骤(1)-(4)与实施例1相同；
(5)配比：改性铸造固废9％+木材固废50％+聚氯乙烯(PVC)39％+复合稳定剂2％；
(6)混合：原料在高速混合机中混合45min；
(7)造粒：双螺杆挤出机的各个区域温度为165℃、174℃、180℃、185℃、180℃、182℃，其螺杆的转速为50rpm,时间为10min。双螺杆挤出机挤出的混合物用切料机进行切粒；
(8)热压：将粒料通过热压成型机进行热压成型，温度为190℃，压力12MPa，三分钟时对机器进行放气，然后再热压两分钟冷却后取出，制得木塑复合材料。
实施例3
步骤(1)-(4)与实施例1相同；
(5)配比：改性铸造固废10％+木材固废50％+聚氯乙烯(PVC)38％+复合稳定剂2％；
(6)混合：原料在高速混合机中混合45min；
(7)造粒：双螺杆挤出机的各个区域温度为165℃、174℃、180℃、185℃、180℃、182℃，其螺杆的转速为50rpm,时间为10min。双螺杆挤出机挤出的混合物用切料机进行切粒；
(8)热压：将粒料通过热压成型机进行热压成型，温度为190℃，压力12MPa，三分钟时对机器进行放气，然后再热压两分钟冷却后取出，制得木塑复合材料。
实施例4
步骤(1)-(4)与实施例1相同；
(5)配比：改性铸造固废11％+木材固废50％+聚氯乙烯(PVC)37％+复合稳定剂2％；
(6)混合：原料在高速混合机中混合45min；
(7)造粒：双螺杆挤出机的各个区域温度为165℃、174℃、180℃、185℃、180℃、182℃，其螺杆的转速为50rpm,时间为10min。双螺杆挤出机挤出的混合物用切料机进行切粒；
(8)热压：将粒料通过热压成型机进行热压成型，温度为190℃，压力12MPa，三分钟时对机器进行放气，然后再热压两分钟冷却后取出，制得木塑复合材料。
实施例5
步骤(1)-(4)与实施例1相同；
(5)配比：改性铸造固废12％+木材固废50％+聚氯乙烯(PVC)36％+复合稳定剂2％；
(6)混合：原料在高速混合机中混合45min；
(7)造粒：双螺杆挤出机的各个区域温度为165℃、174℃、180℃、185℃、180℃、182℃，其螺杆的转速为50rpm,时间为10min。双螺杆挤出机挤出的混合物用切料机进行切粒；
(8)热压：将粒料通过热压成型机进行热压成型，温度为190℃，压力12MPa，三分钟时对机器进行放气，然后再热压两分钟冷却后取出，制得木塑复合材料。
实施例6
步骤(1)-(4)与实施例1相同；
(5)配比：改性铸造固废10％+木材固废60％+聚氯乙烯(PVC)28％+复合稳定剂2％；
(6)混合：原料在高速混合机中混合45min；
(7)造粒：双螺杆挤出机的各个区域温度为165℃、174℃、180℃、185℃、180℃、182℃，其螺杆的转速为50rpm,时间为10min。双螺杆挤出机挤出的混合物用切料机进行切粒；
(8)热压：将粒料通过热压成型机进行热压成型，温度为190℃，压力12MPa，三分钟时对机器进行放气，然后再热压两分钟冷却后取出，制得木塑复合材料。
实施例7
步骤(1)-(4)与实施例1相同；
(5)配比：改性铸造固废10％+木材固废70％+聚氯乙烯(PVC)18％+复合稳定剂2％；
(6)混合：原料在高速混合机中混合45min；
(7)造粒：双螺杆挤出机的各个区域温度为165℃、174℃、180℃、185℃、180℃、182℃，其螺杆的转速为50rpm,时间为10min。双螺杆挤出机挤出的混合物用切料机进行切粒；
(8)热压：将粒料通过热压成型机进行热压成型，温度为190℃，压力12MPa，三分钟时对机器进行放气，然后再热压两分钟冷却后取出，制得木塑复合材料。
实施例8
步骤(1)-(4)与实施例1相同；
(5)配比：改性铸造固废10％+木材固废80％+聚氯乙烯(PVC)8％+复合稳定剂2％；
(6)混合：原料在高速混合机中混合45min；
(7)造粒：双螺杆挤出机的各个区域温度为165℃、174℃、180℃、185℃、180℃、182℃，其螺杆的转速为50rpm,时间为10min。双螺杆挤出机挤出的混合物用切料机进行切粒；
(8)热压：将粒料通过热压成型机进行热压成型，温度为190℃，压力12MPa，三分钟时对机器进行放气，然后再热压两分钟冷却后取出，制得木塑复合材料。
效果实验
对实施例1-8所得木塑复合材料物理性能进行检测，结果见表2：
表2是实施例1-8木塑复合材料样品物理性能一览表，从表中可以看出，样品静曲强度、拉伸强度、抗冲击强度随着铸造固废含量的增加而增加，当掺量10％时达到最高值，磨损值则降底，当掺量达到10％时，磨损值最低；当铸造固废含量10％不变，木材固废掺量达到60％时，各项性能最优。
对比例1-3所用成分参见表3：
表3
注：以上3个对比例均按实施例4进行实验，其中对比例1、2的铸造固废未经过煅烧，对比例3的铸造固废经过煅烧。
对比例实验数据见表4：
表4
通过对比例1、2、3与实施例4数据分析，经过加入一定量的硼砂并经过煅烧改性后的铸造固废明显能够大大提高木塑复合材料的各项性能指标。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种木塑复合材料，其特征在于，包括以下成分：改性铸造固废8-12wt％、木材固废50-70wt％、聚氯乙烯20-40wt％和复合稳定剂2-4wt％。
2.根据权利要求1所述的一种木塑复合材料，其特征在于，所述改性铸造固废由铸造固废经硼砂改性得到，所述所述硼砂占铸造固废质量比2-4％。
3.根据权利要求2所述的一种木塑复合材料，其特征在于，所述铸造固废包括：废灰和废砂的混合物；所述混合物中废灰占比60-90wt％。
4.根据权利要求1所述的一种木塑复合材料，其特征在于，所述复合稳定剂包括：马来酸酐接枝聚乙烯、抗氧剂和硬脂酸；所述马来酸酐接枝聚乙烯、抗氧剂和硬脂酸的质量比为6:1:3。
5.一种如权利要求1-4任一所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；
(1)铸造固废改性：在铸造固废中加入硼砂并在450℃煅烧90min，降温后取出粉磨过筛，用筛下料，筛上料返回继续粉磨，筛下料加入水解后的硅烷偶联剂溶液进行表面改性，过滤，烘干后备用；
(2)预处理：将木材固废粉碎过筛，烘干后备用；聚氯乙烯经烘干后备用；
(3)混合：将所述多孔木塑复合材料中各原料按比例混合30-60min；
(4)挤出造粒：取出已经混合完成的原料放入挤出机中挤出，然后进行切粒；
(5)热压成型：将粒料经热压成型，冷却后取出，得到所述多孔木塑复合材料。
6.根据权利要求5所述的一种多孔木塑复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述硅烷偶联剂溶液为将KH550、无水乙醇、水按体积比5:22:73，经磁力搅拌24h得到，所述过筛为过300目筛。
7.根据权利要求5所述的一种多孔木塑复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)和(2)中所述烘干均为在电热恒温鼓风干燥箱中105℃下烘干24h；步骤(2)中所述过筛为过100目筛。
8.根据权利要求5所述的一种多孔木塑复合材料的制备方法，其特征在于，
步骤(4)中所述挤出机为双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的各个区域温度为165℃、174℃、180℃、185℃、180℃、182℃，其螺杆的转速为50rpm,时间为10min。
9.根据权利要求5所述的一种多孔木塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述热压成型的温度为190℃，压力为12MPa，热压3min时对机器进行放气，然后再热压2min。
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2023
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