CN117683318A - 一种木塑复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，公开了一种木塑复合材料及其制备方法和应用。本发明提供了一种木塑复合材料，按重量份数计，包括以下组分：ABS树脂37～65份，PETG树脂5～25份，木粉10～35份，流散剂0.5～2份，助剂0.1～1份。本发明的木塑复合材料本发明的木塑复合材料具有良好的韧性和优异的低散发等级同时保持了材料较高的光泽度，即高冲击、高光泽、低散发气味。适用于家电、玩具、包装运输、家具、乐器等领域。

Description

一种木塑复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及工程塑料技术领域，具体涉及一种木塑复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

生物质复合材料是近些年市场广受欢迎的绿色环保材料，是以木纤维和植物纤维为主要原料(木粉、秸秆粉、竹粉等)再和各种塑料(PE、PP、PVC、ABS等)，并添加特定功能助剂，按一定比例混合，经高温挤出造粒再加工成型成制品。生物质复合材料兼有生物质材料(木材、竹材等)和塑料的产品特征，在一定的领域能替代生物质材料使用的新型环保材料，同时它适用于各种成型和加工方法，且具有防虫、抗压、防霉、防腐等特点，外观效果也相比纯木具有更加丰富的色彩效果，是一种坚固实用、高性能、高附加值的绿色环保材料。木塑复合材料作为生物质复合材料最重要的组成部分，应用也最广泛，市场容量最大。虽然木塑复合材料具有诸多应用优点，但是组成成分主要是由极性较弱的塑料基材与极性的木粉熔融共混，两者的界面结合决定了木塑材料的外观和性能。

ABS材料是三元共聚物(苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物)，由于材料刚韧平衡、加工性能优异兼具良好的性价比，作为工程塑料广泛应用于玩具、家电、电子电气、运输等各行各业。ABS材料极性较小且是三组分体系，与木粉共混造粒，木粉在ABS中分散性比较差，从而导致ABS基材木塑材料存在加工性能和外观差等问题；如何有效提高ABS基木塑复合材料的性能，成为一个实用性较强的研究课题。中国发明专利文献CN 102134362 A报道了借助高极性PVC作为载体，与ABS搭配作为基材与木粉共混造粒，同时加入大量的偶联剂、发泡剂、增塑剂等助剂来提高复合材料性能，改体系虽然能在一定程度改善ABS与木粉的结合，但是发泡剂的加入会显著降低材料性能，且PVC、增塑剂、偶联剂等成分还有大量的低分子挥发物从而导致材料刺激性气味较大，得到的复合材料应用大大受限，在家电外壳、玩具、包装等要求低气味领域使用受限。中国发明专利文献CN 102585431 A报道了先合成一种ABS接枝物，然后以此接枝物作为相容剂来改善ABS与木粉的界面结合，相比未添加相容剂体系，能够提高一定性能，但是缺口冲击也不高，而且接枝物制备过程使用的氨基和胺类化合物都具有刺鼻气味，接枝物的引入也大大影响了材料的气味。中国发明专利文献CN109233187 A和CN 103965577 A也是类似方案，通过对木粉进行预处理，改善两者相容，同样存在气味大，性能尤其是冲击提升有限等问题。因此，亟需研发一种能够兼顾高光泽、高抗冲和低气味的木塑复合材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种能够兼顾高光泽、高抗冲和低气味的木塑复合材料及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种木塑复合材料，按重量份数计，包括以下组分：ABS树脂37～65份，PETG树脂5～25份，木粉10～35份，流散剂0.5～2份，助剂0.1～1份；

所述PETG树脂的熔融指数为20g/10min～40g/10min，测试标准为ISO 1133-2011，测试条件为-220℃，10kg；

所述木粉的目数为100目～150目；

所述流散剂的充油比例≤35wt.％。

本发明的木塑复合材料中，采用特定熔指的PETG树脂的端羧基和特定目数的木粉，木粉表面分布羟基，与端羧基在高温条件下可以反应，界面结合力更好，形成特定的纤维取向，使得木粉纤维在体系包覆更加饱满，分散更加均匀，加上流散剂起到协效增容和增韧的作用，从而能得到相比传统木塑更优异的冲击性能和更好的表面效果；本发明的木塑复合材料体系中无需添加高挥发的偶联剂和接枝化合物，采用特定充油比例的流散剂，降低木粉和基体树脂的分解，从而有效降低组合物的小分子含量，降低散发，实现低气味。

优选的，所述PETG树脂的熔融指数为20g/10min、21g/10min、22g/10min、23g/10min、24g/10min、25g/10min、26g/10min、27g/10min、28g/10min、29g/10min、30g/10min、31g/10min、32g/10min、33g/10min、34g/10min、35g/10min、36g/10min、37g/10min、38g/10min、39g/10min、40g/10min中的任意一者或两者的范围值。

优选的，所述木粉的目数为100目、105目、110目、115目、120目、125目、130目、135目、140目、145目、150目中的任意一者或两者的范围值。

作为本发明所述的木塑复合材料的优选实施方式，所述流散剂为充油SBS；所述充油SBS的油为白矿油。

作为本发明所述的木塑复合材料的优选实施方式，所述流散剂的充油比例为10wt.％～33wt.％。优选的，所述流散剂的充油比例为10wt.％、11wt.％、12wt.％、13wt.％、14wt.％、15wt.％、16wt.％、17wt.％、18wt.％、19wt.％、20wt.％、21wt.％、22wt.％、23wt.％、24wt.％、25wt.％、26wt.％、27wt.％、28wt.％、29wt.％、39wt.％中的任意一者或两者的范围值。

作为本发明所述的木塑复合材料的优选实施方式，所述PETG树脂15～25份。优选的，所述PETG树脂的份数为15份、16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份、24份、25份中的任意一者或两者的范围值。

作为本发明所述的木塑复合材料的优选实施方式，所述ABS树脂中丁二烯的重量百分含量为22％～26％；优选的，所述ABS树脂中丁二烯的重量百分含量为22％、23％、24％、25％、26％中的任意一者或两者的范围值。

作为本发明所述的木塑复合材料的优选实施方式，所述助剂包括抗氧剂和/或润滑剂。

作为本发明所述的木塑复合材料的优选实施方式，所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。

作为本发明所述的木塑复合材料的优选实施方式，所述润滑剂包括酰胺类润滑剂、硬脂酸盐类润滑剂、酯类润滑剂和硅酮类润滑剂中的至少一种。

第二方面，本发明提供了所述的木塑复合材料的制备方法的制备方法，包括以下步骤：

按重量份数取所述ABS树脂、PETG树脂、木粉、流散剂、助剂，混合均匀，塑化挤出造粒，即成。

作为本发明所述的木塑复合材料的制备方法的优选实施方式，所述塑化挤出的温度为60℃～160℃。

第三方面，本发明将所述的木塑复合材料在家电、玩具、包装运输、家具、乐器中应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的木塑复合材料具有良好的韧性和优异的低散发等级同时保持了材料较高的光泽度，即高冲击、高光泽、低散发气味。无需对木粉进行表面处理，也能够有效降低成本和降低表面处理剂对材料气味的影响；本发明的木塑复合材料体系无需添加偶联剂和相容剂，选用PETG树脂搭配少量流散剂即可大大改善ABS基材与木粉的相容性，从而改善木粉在基体树脂中的分散，提高力学性能的同时有效改善材料表面光泽度；可以大大降低材料组合物中的小分子物质，降低发散性。适用于家电、玩具、包装运输、家具、乐器等领域。

具体实施方式

为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下述实施例和对比例中，如无特别说明，抗氧剂和润滑剂均通过市售获得，且平行实验中使用的是相同的抗氧剂和光稳定剂。

在下述实施例的木塑复合材料中，ABS树脂的含量不低于37％。PETG树脂的含量不低于5％。

下述实施例及对比例所用的原材料说明如下，但不限于这些材料：

ABS树脂1：丁二烯的重量百分含量为26％，ABSDG-MG29，大沽化学；

ABS树脂2：丁二烯的重量百分含量为22％，ABSD-120A，中国台湾国乔；

ABS树脂3：丁二烯的重量百分含量为16％，ABS GP-22，英力士苯领；

ABS树脂4：丁二烯的重量百分含量为29％，ABS PA-747S，中国台湾奇美。

上述ABS树脂中丁二烯含量均通过溶解沉淀法测定。溶解沉淀法具体为：通过有机溶剂(如二氯甲烷)将san相以及苯乙烯相进行溶解，而丁二烯作为橡胶相不溶于有机溶剂，从而进行相分离，干燥后得到丁二烯含量。

PETG树脂1：PETG K2012(熔融指数为22g/10min)，SK化学；

PETG树脂2：PETG PN300(熔融指数40g/10min)，SK化学；

PETG树脂3：PETG 5531(熔融指数32g/10min)，华润化学；

PETG树脂4：PETG 5083(熔融指数12g/10min)，华润化学；

上述PETG树脂的熔融指数依据标准ISO 1133-2011，在220℃、10Kg条件下检测。

木粉1：100目，临沂亚翔木粉厂；

木粉2：120目，临沂亚翔木粉厂；

木粉3：150目，临沂亚翔木粉厂；

木粉4：80目，临沂亚翔木粉厂；

木粉5：180目，临沂亚翔木粉厂。

流散剂1：SBS1475(充油比例33％)，惠州李长荣；

流散剂2：SBS 815(充油比例10％)，中国石化；

流散剂3：SBS 475E(充油比例50％)，上海台橡；

抗氧剂1：THANOX 1010，市售；

抗氧剂2：THANOX168，市售；

润滑剂：季戊四醇硬脂酸酯润滑剂，市售。

实施例1～10和对比例1～8的木塑复合材料的组成组分如表1和表2所示。

实施例1～10和对比例1～8的木塑复合材料的制备方法为：

按照重量份数分别称取ABS树脂、PETG树脂、木粉、流散剂、抗氧剂和润滑剂，投入混合机中以1000转/分钟的转速混合5min后取出，将混合后的物料投入双螺杆挤出机的进料斗中，经双螺杆挤出机塑化、挤出切粒，即得。

其中，双螺杆挤出机的塑化挤出的条件为：一区温度60℃，二区温度140℃，三区温度140℃，四区温度150℃，五区温度160℃，六区温度160℃，七区温度150℃，八区温度150℃，九区温度160℃，主机转速240r/min；双螺杆挤出机的长径比为40:1。

实施例1～10和对比例1～8的木塑复合材料的性能检测方法为：

将实施例及对比例制备得到的复合材料在鼓风烘箱中于80℃干燥4小时后，用塑料注射成型机注塑成标准样条和和2mm标准色板，注塑温度为150～170℃；将注塑好的样条在50％的相对湿度、23℃放置至少24小时后进行性能测试。

(1)悬臂梁缺口冲击强度：注塑成符合ISO 180-2019悬臂梁缺口冲击强度测试要求的棒状样条(缺口类型Type A)，在25℃下进行悬臂梁缺口冲击强度测试；

(2)光泽度：按ASTM D523方法，测试2mm色板光面60。角的光泽数据；

(3)有机化合物排放测定(TVOC)：有机化合物排放测定(TVOC)按照TS-INT-002进行测定。

表1：实施例的木塑复合材料组分(重量份数)及其测试结果

表2：对比例的木塑复合材料组分(重量份数)及其测试结果

本发明实施例的木塑复合材料高冲击、高光泽、低散发气味，材料的悬臂梁缺口冲击强度为13.5KJ/m²～16.5KJ/m²(优选15KJ/m²～16.5KJ/m²)，光泽度为89％～95％(优选91％～95％)，TVOC为530～680(优选530～580)。

与实施例2相比，对比例1的木塑复合材料采用的流散剂的重量份数为5份，流散剂过多，影响了体系的界面相容性能，材料的性能出现降低。

与实施例4和8相比，对比例2的木塑复合材料采用的PETG树脂的熔融指数12g/10min，PETG流动性太低，在体系的分散性不好，影响整个体系的性能。

与实施例3相比，对比例3的木塑复合材料采用的80目的木粉，木粉粒径太粗，在体系里的分散不均匀，起不到有效的增强效果，反而冲击强度下降。对比例8的木塑复合材料采用木粉目数为180目，木粉粒径太小，容易出现团聚，对体系的增强不佳，体系分散性下降，气味、性能以及光泽均出现下降。

与实施例4相比，对比例4的木塑复合材料采用的流散剂的充油比例为50％，含油量太高，流散剂的熔融性能与体系其他组分差异较大，体系容易出现分层，性能出现下降。

与实施例4相比，对比例5的木塑复合材料未添加PETG，木粉在ABS中的分散性能非常差，且在加工过程会出现明显的糊化问题，体系的气味出现大幅劣化。

对比例6的木塑复合材料中未添加流散剂，缺乏流散剂的作用，木粉在ABS与PETG复合体系中分散性不好，光泽下降，冲击变低，且加工过程木粉受热糊化，气味明显上升。

对比例7的木塑复合材料中未添加PETG树脂和流散剂，由于缺乏PETG与流散剂在体系中充当的增容和降粘作用，加上ABS本身属于两相的高粘体系，对木粉的包覆很差，挤出过程会产生强烈的摩擦，从而导致木粉降解碳化，所以气味，性能都非常低。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种木塑复合材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：ABS树脂37～65份，PETG树脂5～25份，木粉10～35份，流散剂0.5～2份，助剂0.1～1份；

所述PETG树脂的熔融指数为20g/10min～40g/10min，测试标准为ISO 1133-2011，测试条件为220℃，10kg；

所述木粉的目数为100目～150目；

所述流散剂的充油比例≤35wt.％。

2.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于，所述流散剂为充油SBS。

3.根据权利要求1或2所述的木塑复合材料，其特征在于，所述流散剂的充油比例为10wt.％～33wt.％。

4.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于，所述ABS树脂中丁二烯的重量百分含量为22％～26％。

5.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于，所述助剂包括抗氧剂和/或润滑剂。

6.根据权利要求4所述的木塑复合材料，其特征在于，所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。

7.根据权利要求4所述的木塑复合材料，其特征在于，所述润滑剂包括酰胺类润滑剂、硬脂酸盐类润滑剂、酯类润滑剂和硅酮类润滑剂中的至少一种。

8.权利要求1～7任一项所述的木塑复合材料的制备方法的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按重量份数取所述ABS树脂、PETG树脂、木粉、流散剂、助剂，混合均匀，塑化挤出造粒，即成。

9.根据权利要求8所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述塑化挤出的温度为60℃～160℃。

10.权利要求1～7任一项所述的木塑复合材料在家电、玩具、包装运输、家具、乐器中的应用。