CN101775167A - 一种环保型塑木复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种环保型塑木复合材料及其制备方法 Download PDF

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本发明属于复合材料技术领域，特别涉及一种环保型塑木复合材料及其制备方法。所述环保型塑木复合材料由下述原料制得：废旧聚乙烯、木纤维粉、粉煤灰、硅烷偶联剂、活性碳酸钙、辐照敏化剂和润滑剂。该塑木复合材料具有将废弃物综合再利用、绿色环保、节能减排、可重复使用、防腐防霉、防雨防晒、成本低廉、适于工业化生产等特点，可节省大量的木材资源，利于保护环境。

Description

一种环保型塑木复合材料及其制备方法
(一)技术领域
本发明属于复合材料技术领域，特别涉及一种环保型塑木复合材料及其制备方法。
(二)背景技术
随着我国现代化建设的持续发展和人民生活水平的日益提高，人们对木制品的需求与日俱增，木材的供应变得紧张，森林被过度采伐，造成了严重的环境问题。在国内，随着石油工业突飞猛进地发展，极大的促进了塑料产品的生产，但其废品回收再利用体系却没有及时完善，加上人们缺乏环保意识，造成严重的“白色污染”；另一方面，我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料，电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，粉尘污染严重，被称为“黑色污染”，对环境造成了很大的压力。面对这些环境污染的祸源，如何变废为宝、化害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段。
在这种背景下，塑木复合材料正是解决回收利用废弃木材和塑料的一条行之有效的途径。塑木复合材料(Wood-Plastics Composites，简称WPC)是由木粉或木纤维和热塑性聚合物复合，通过熔融加工成型而形成的具有新的结构和优异综合性能的新型材料，其应用十分广泛，涉及包装、运输、园艺、家装等各领域。
目前的塑木复合材料产品的防霉、抗老化、耐磨耐腐蚀都不够理想，使用寿命较短；另外由于主要采用回收废料，各物料间结合强度不高，产品的物理机械性能需要进一步提高。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种环保型塑木复合材料及其制备方法，所述的塑木复合材料防霉、抗老化、耐磨、耐腐蚀性能好，使用寿命较长；产品的物理机械性能较高。
本发明采用的技术方案如下：
一种环保型塑木复合材料，由下述重量份的原料制得：废旧聚乙烯100份；木纤维粉20-50份；粉煤灰5-30份；硅烷偶联剂0.6-1.6份；活性碳酸钙5-8份；辐照敏化剂0-4份；润滑剂4-8份。
所述的木纤维粉为杨木粉或松木粉。
所述的硅烷偶联剂为KH550、KH560或KH570。
所述的辐照敏化剂为三烯丙基异氰尿酸酯(TAIC)或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)。
所述的润滑剂为滑石粉或硬脂酸或两种的混合物，若两种同时使用，则优选按照滑石粉4-6份；硬脂酸0.5-0.7份添加。
所述的废旧聚乙烯优选熔融指数为0.1-10g/min的聚乙烯。
所述的环保型塑木复合材料优选按如下步骤制备：
1)备料：将聚乙烯挤出造粒，处理使得木纤维粉粒度为80-100目，粉煤灰400-500目；然后将木纤维粉干燥至水质量含量不大于3％；
2)混合混炼：将硅烷偶联剂与木纤维粉、粉煤灰混合，然后加入活性碳酸钙、润滑剂和辐照敏化剂或者不加辐照敏化剂，之后充分混合，然后和聚乙烯在140-160℃塑化均匀得到复合片材；其中充分混合时，可在高速混合机中进行，搅拌10-20min即可。
3)成型：将复合片材模压成型得到成品板材，压力为17-20MPa，时间为8-10min；具体的，模压成型可在平板硫化机中进行；
4)辐照：将得到的成品板材放在60Coγ射线或电子束下常温常压辐照得到所述环保型塑木复合材料。
步骤1)中干燥的条件为在90-100℃干燥处理5-8h。
辐照的剂量以40-70kGy为宜。
本发明塑木复合材料以废旧聚乙烯、木粉和粉煤灰为主要原料，与辐照敏化剂和其他助剂共同制成。其最大的优点就是变废为宝和重复利用，大大降低了生产成本，并节省了大量的木材资源，极大地提升了产品的市场竞争力和利润空间；粉煤灰的加入，较好地提高了塑木复合材料的力学性能和耐磨性能。同时利用60Coγ射线或电子束照射实现高分子间交联网络的形成，高分子辐射交联后，其结构与性能发生相应变化，提高了材料的综合性能；同时可以有效地杀灭原料木粉中的霉腐和真菌，很好地解决了塑木复合材料的防霉抗菌问题，拓宽了其应用范围；该技术对弥补当前塑木复合材料的不足具有很大的优势。
本发明制备的塑木复合材料产品的弯曲强度可达30-36MPa，弯曲模量1.7-2.3GPa，拉伸强度可达20-26MPa，摩擦系数为0.175，冲击强度13-16kJ/m2，吸水率仅0.5％，各项性能指标均符合Q/HKT 004-2009的要求。
本产品耐磨防霉，绿色环保，表面光洁度好。其主要用途之一是替代实体木材或塑料在各领域中的应用，其中运用最广泛的是替代木材做包装箱板、装饰板材和建筑模板等。
本发明相对于现有技术，有以下优点：
该塑木复合材料具有将废弃物综合再利用、绿色环保、节能减排、可重复使用、防腐防霉、防雨防晒、成本低廉、适于工业化生产等特点，可节省大量的木材资源，利于保护环境。
(四)具体实施方式：
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1
将废旧聚乙烯进行挤出造粒，将木粉、粉煤灰进行粉化处理，处理后，木粉粒度为80-100目，粉煤灰400-500目；干燥木纤维粉，其中水质量含量为3％。
称量20份干燥杨木粉，5份的粉煤灰，0.6份的硅烷偶联剂KH-550，5份的活性碳酸钙，5份的滑石粉，0.6份的硬脂酸和1份的辐照敏化剂三烯丙基异氰尿酸酯(TAIC)，在高速搅拌机中混合15min至混合均匀，然后出料和称量过的100份聚乙烯在150℃条件下塑炼捏合10min，然后拉片剪切成一定形状放入模具中，加热到168℃，在18MPa的压力下保持8min中，模压成型，待冷却后脱模。将制得的板材在60Coγ射线下常温常压辐照40kGy，即可制得环保型塑木复合板材，产品外观为光亮黑色。
实施例2
将废旧聚乙烯进行挤出造粒，将杨木粉、粉煤灰等按要求进行粉化处理，处理后，杨木粉粒度为80-100目，粉煤灰400-500目；干燥木纤维粉，其中水质量含量为3％。
称量50份的干燥杨木粉，30份的干燥粉煤灰，1.6份的硅烷偶联剂KH-550，8份的活性碳酸钙，7份的滑石粉，0.6份的硬脂酸和4份的辐照敏化剂三烯丙基异氰尿酸酯(TAIC)，在高速搅拌机中混合15min至混合均匀，然后出料和称量过的100份聚乙烯在155℃条件下塑炼捏合10min，然后拉片剪切成一定形状放入模具中，加热到170℃，在19MPa的压力下保持10min中，模压成型，待冷却后脱模。将制得的板材用60Coγ射线常温常压辐照70kGy，即可制得新型的塑木复合板材，产品外观呈光亮黑色。
实施例3
选用熔融指数0.1-10g/min的废旧聚乙烯进行挤出造粒，将木粉、粉煤灰进行粉化处理，处理后，木粉粒度为80-100目，粉煤灰400-500目；干燥木纤维粉，其中水质量含量为3％。
称量30份的干燥松木粉，10份的干燥粉煤灰，1.2份的硅烷偶联剂KH560，5份的活性碳酸钙，5份的滑石粉，在高速搅拌机中混合15min至混合均匀，然后出料和称量过的100份聚乙烯在160℃条件下塑炼捏合10min，然后拉片剪切成一定形状放入模具中，加热到170℃，在19MPa的压力下保持10min中，模压成型，待冷却后脱模。得到新型的塑木复合板材，产品外观呈光亮黑色，所得产品的主要性能指标见表1。
实施例4
选用熔融指数0.1-10g/min的废旧聚乙烯进行挤出造粒，将木粉、粉煤灰进行粉化处理，处理后，木粉粒度为80-100目，粉煤灰400-500目；干燥木纤维粉至其中水质量含量为3％。
称量30份的干燥杨木粉，10份的干燥粉煤灰，1.2份的硅烷偶联剂KH570，5份的活性碳酸钙，5份的滑石粉、0.6份的硬脂酸和2份的辐照敏化剂三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，在高速搅拌机中混合15min至混合均匀，然后出料和称量过的100份聚乙烯在155℃条件下塑炼捏合10min，然后拉片剪切成一定形状放入模具中，加热到170℃，在19MPa的压力下保持10min中，模压成型，待冷却后脱模。将制得的板材用60Coγ射线辐照60kGy，使聚乙烯分子结构辐射交联变成网络状结构，即可制得新型的塑木复合板材，产品外观呈光亮黑色，所得产品的主要性能指标见表1。
对比例1
选用熔融指数0.1-10g/min的废旧聚乙烯进行挤出造粒，将木粉、粉煤灰进行粉化处理，处理后，木粉粒度为80-100目，粉煤灰400-500目；干燥木纤维粉，其中水质量含量为3％。
称量30份干燥松木粉，1.0份的硅烷偶联剂KH-550，5份的活性碳酸钙，5份的滑石粉，0.6份的硬脂酸和2份的辐照敏化剂三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，在高速搅拌机中混合15min，然后出料和称量过的100份聚乙烯在150℃条件下塑炼捏合10min，然后拉片剪切成一定形状放入模具中，加热到168℃，在18MPa的压力下保持8min中，模压成型，待冷却后脱模。将制得的板材在60Coγ射线下限氧辐照40kGy，即可制得环保型塑木复合板材，产品外观为木质黄色。
表1产品主要性能指标的测试结果
Figure G2010100301960D00061

Claims (10)

1.一种环保型塑木复合材料，其特征在于，由下述重量份的原料制得：废旧聚乙烯100份；木纤维粉20-50份；粉煤灰5-30份；硅烷偶联剂0.6-1.6份；活性碳酸钙5-8份；辐照敏化剂0-4份；润滑剂4-8份。
2.如权利要求1所述的环保型塑木复合材料，其特征在于，所述的木纤维粉为杨木粉或松木粉；所述的硅烷偶联剂为KH550、KH560或KH570。
3.如权利要求1所述的环保型塑木复合材料，其特征在于，所述的辐照敏化剂为三烯丙基异氰尿酸酯或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
4.如权利要求1所述的环保型塑木复合材料，其特征在于，所述的润滑剂为滑石粉或硬脂酸或两种的混合物。
5.如权利要求1-4之一所述的环保型塑木复合材料，其特征在于，将所述重量份的原料按如下步骤制备：
1)将聚乙烯挤出造粒，处理使得木纤维粉粒度为80-100目，粉煤灰400-500目；然后将木纤维粉干燥至水质量含量不大于3％；
2)将硅烷偶联剂与木纤维粉、粉煤灰混合，然后加入活性碳酸钙、润滑剂和辐照敏化剂或者不加辐照敏化剂，之后充分混合，然后和聚乙烯在140-160℃塑化均匀得到复合片材；
3)将复合片材模压成型得到成品板材，压力为17-20MPa，时间为8-10min；
4)将得到的成品板材放在60Coγ射线或电子束下常温常压辐照得到所述环保型塑木复合材料。
6.如权利要求5所述的环保型塑木复合材料，其特征在于，辐照的剂量为40-70kGy。
7.权利要求1所述的环保型塑木复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
1)将聚乙烯挤出造粒，处理使得木纤维粉粒度为80-100目，粉煤灰400-500目；然后将木纤维粉干燥至水质量含量不大于3％；
2)将硅烷偶联剂与木纤维粉、粉煤灰混合，然后加入活性碳酸钙、润滑剂和辐照敏化剂或者不加辐照敏化剂，之后充分混合，然后和聚乙烯在140-160℃塑化均匀得到复合片材；
3)将复合片材模压成型得到成品板材，压力为17-20MPa，时间8-10min；
4)将得到的成品板材放在60Coγ射线或电子束下常温常压辐照得到所述环保型塑木复合材料。
8.如权利要求7所述的环保型塑木复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中干燥的条件为在90-100℃干燥处理5-8h。
9.如权利要求7所述的环保型塑木复合材料的制备方法，其特征在于，步骤4)中辐照的剂量为40-70kGy。
10.如权利要求7-9之一所述的环保型塑木复合材料的制备方法，其特征在于，硅烷偶联剂为KH550、KH560或KH570；所述的木纤维粉为杨木粉或松木粉；所述的辐照敏化剂为三烯丙基异氰尿酸酯或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；所述的润滑剂为滑石粉或硬脂酸或两种的混合物。
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