CN101967295B - 一种木塑淀粉复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种木塑淀粉复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种木塑淀粉复合材料及其制备方法，该木塑淀粉复合材料由基料回收瓦楞纸纸纤维、低密度聚乙烯树脂和淀粉，及添加剂铝钛复合偶联剂、甘油、抗氧剂1010和润滑剂硬脂酸锌混配制成；所述回收瓦楞纸纸纤维在基料中的含量为40-65wt%,低密度聚乙烯树脂在基料中的含量为10-40wt%，淀粉在基料中的含量为10-30wt%；铝钛复合偶联剂用量为回收瓦楞纸纸纤维含量的1-6wt%，甘油含量为淀粉含量的5-15 wt%，抗氧剂1010为基料总重量的0.5-2 wt%，润滑剂硬脂酸锌为基料总重量的1-4wt%。本发明之木塑淀粉复合材料回收瓦楞纸纸纤维含量高，成本低，物理机械强度高，表面光洁度好，耐水耐化学腐蚀，易降解，是一种绿色环保代木代塑新产品。

Description

一种木塑淀粉复合材料及其制备方法
技术领域
 本发明涉及一种木塑淀粉复合材料及其制备方法，尤其是涉及一种以回收瓦楞纸纸纤维、天然玉米淀粉与低密度聚乙烯塑料为基料的木塑淀粉复合材料及其制备方法。
背景技术
 塑料的来源主要为天然石油，而这些能源的贮藏量是有一定限度的，而且塑料在天然条件下很难快速降解，难以循环利用，从而给环境和资源造成很大的压力。
木塑复合材料价格低廉，性能优良，使用方便，可锯、可刨、可钉，既保留了木材在加工性能方面的优势，又克服了木材不耐用怕虫蛀的缺点，可以替代外运货物木制包装材料和铺垫材料，也可以用于化工行业的耐腐工棚搭建，装饰板、地板、通道、台架及铸造模型机器罩、水泵壳、电器结构件等制造。  
然而，作为木纤维之一的回收瓦楞纸纸纤维与树脂基体表面性能不同，两者复合时界面粘接效果较差，从而导致由回收瓦楞纸纸纤维与树脂组成的木塑复合材料力学性能的降低，影响了该种复合材料的普及应用。
另一方面，由于木塑复合材料中木纤维与树脂基体之间较差的相容性以及纤维本身的特点，使得纤维的添加量受到严重的限制，目前工业化生产的木塑复合材料中，植物纤维的含量大多为10-25%，植物纤维的这个含量对于降低木塑复合材料的成本而言，意义并不太大，而昂贵的改性添加剂成本，又使得这种复合材料的市场价格相当于甚至高于通用塑料及实木，从而制约了木塑复合材料的发展与应用。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有木塑复合材料存在的上述缺陷，提供一种价格低廉，综合性能优良的新型木塑淀粉复合材料及其制备方法。。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明之木塑淀粉复合材料，主要组分包括基料回收瓦楞纸纸纤维、低密度聚乙烯树脂和淀粉，及添加剂铝钛复合偶联剂、甘油、抗氧剂1010（即四[甲基-β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯）和润滑剂硬脂酸锌；所述回收瓦楞纸纸纤维在基料中的含量为40-65wt%, 低密度聚乙烯树脂在基料中的含量为10-40wt%，淀粉在基料中的含量为10-30wt%；添加剂铝钛复合偶联剂添加量为回收瓦楞纸纸纤维含量的1-6 wt %，甘油添加量为淀粉含量的5-15 wt%，抗氧剂1010添加量为基料总重量的0.5-2 wt%，润滑剂硬脂酸锌添加量为基料总重量的1-4 wt%。
本发明之木塑淀粉复合材料制备方法包括以下步骤：（1）回收瓦楞纸纸纤维预处理：将回收瓦楞纸纸纤维粉碎成40-120目的粉末，再用质量浓度为1%-8%的氢氧化钠溶液浸泡1-8小时，然后用清水洗涤至中性，干燥后将其置于用铝钛复合偶联剂配成的质量浓度为8-12%的乙醇溶液（即将铝钛复合偶联剂与乙醇按0.8-1.2:10的质量比配成的溶液）中浸泡1-5小时，将纸纤维从上述配制的溶液中取出后于70-80℃烘干至含水率控制<4%，备用；（2）将经过步骤（1）预处理的回收瓦楞纸纸纤维与添加剂抗氧剂1010和润滑剂硬脂酸锌置于高速混合机中混合8-12分钟；（3）将淀粉、低密度聚乙烯树脂与甘油置于高速混合机中混合4-6分钟；；（4）挤出成型：设定螺杆挤出机温度165-180℃；将步骤（3）所得淀粉、低密度聚乙烯树脂和甘油的混合物置于螺杆挤出机中塑化熔融为粘性液体，然后将步骤（2）所得回收瓦楞纸纸纤维与相关助剂的混合物加入已成为粘性液体的塑化熔融物中，在螺杆作用下，回收瓦楞纸纸纤维粉末在塑化熔融物中均匀分散、取向，得到表观均一，分散程度较高的瓦楞纸纸纤维低密度聚乙烯树脂淀粉并含有相关助剂的复合体系，再通过口模直接挤出成型所需型材，或者通过相应的口模和切粒机挤出造粒，形成木塑淀粉复合材料粒料，再将所得到的粒料通过模压或注射成型的方法制成最终制品。
回收瓦楞纸纸纤维的主要成分包括纤维素、半纤维素、木质素、果胶质、树胶质和非纤维素糖，除纤维素之外的非纤维素成分在结构上分子量相对较小，强度较低，对改善复合材料的力学性能，作用不大，但如果一并加入复合材料中，便需要使用更多的偶联剂进行处理，这将增加成本，而对改善力学性能却没有明显效果，故用1%-8wt%的氢氧化钠溶液对回收瓦楞纸纸纤维进行预处理，以除掉非纤维素杂质。
由于回收瓦楞纸纸纤维呈强极性而低密度聚乙烯树脂为非极性材料，两者极性相斥，在混合过程中两者结合效果很差，当加入偶联剂以后，由于偶联剂一方面含有与回收瓦楞纸纸纤维相结合的极性基团，另一方面具有与低密度聚乙烯树脂相容的高分子链或可相容结构，从而在两个体系之间形成一种过渡并将两者紧密连接在一起，进而提高复合材料的强度及复合材料中回收瓦楞纸纸纤维的含量。
本发明所述木塑淀粉复合材料纤维含量高，成本低，物理机械强度高，表面光洁度好，耐水耐化学腐蚀，易降解，应用范围广，是一种绿色环保的代木代塑新产品。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。 
本实施例木塑淀粉复合材料的配方：基料回收瓦楞纸纸纤维45wt%, 低密度聚乙烯树脂20wt%，玉米淀粉35wt%；添加剂铝钛复合偶联剂重量为回收瓦楞纸纸纤维重量的2wt%，甘油为玉米淀粉重量的10 wt %，抗氧剂1010的重量为基料总重量的1.5 wt %，润滑剂硬脂酸锌重量为基料总重量的2.5wt%。
制备：（1）将回收瓦楞纸纸纤维粉碎成80目的粉末，用8wt%的氢氧化钠溶液浸泡10小时，再用清水洗涤至中性，干燥后将其置于用铝钛复合偶联剂配成的乙醇溶液中浸泡3小时，淘出后于75℃烘干至含水率3.8%，备用；（2）将经步骤（1）预处理的回收瓦楞纸纸纤维与抗氧剂1010、润滑剂硬脂酸锌）置于高速混合机中混合10分钟；（3）将淀粉、低密度聚乙烯树脂与甘油置于高速混合机中混合5分钟；（4）挤出成型：设定螺杆挤出机温度170℃，将步骤（3）所得淀粉、低密度聚乙烯树脂和甘油的混合物置于螺杆挤出机中塑化熔融为粘性液体，然后将步骤（2）所得回收瓦楞纸纸纤维与助剂抗氧剂1010、润滑剂硬脂酸锌的混合物加入已成为粘性液体的塑化熔融物中，在螺杆作用下，回收瓦楞纸纸纤维粉末在塑化熔融物中均匀分散、取向，得到表观均一，分散程度较高的瓦楞纸纸纤维低密度聚乙烯树脂淀粉并含有相关助剂的复合体系，再通过口模直接挤出成型所需型材，或者通过相应的口模和切粒机挤出造粒，形成木塑淀粉复合材料粒料，再将所得到的粒料通过模压或注射成型的方法制成最终制品。
对得到的木塑淀粉复合材料进行力学性能测试：拉伸强度按GB/T1040-92测试；悬臂梁缺口冲击强度按GB/T1843-80测试；弯曲强度按GB/T1042-79测试。检测结果为：拉伸强度29MPa，断裂伸长率高达57%，抗弯强度达到57MPa，I-zod抗冲击强度达21KJ/m2。

Claims (1)

1.一种木塑淀粉复合材料，其特征在于，由基料回收瓦楞纸纸纤维、低密度聚乙烯树脂和淀粉，及添加剂铝钛复合偶联剂、甘油、抗氧剂1010和润滑剂硬脂酸锌混配制成；所述回收瓦楞纸纸纤维在基料中的含量为40-65wt%, 低密度聚乙烯树脂在基料中的含量为10-40wt%，淀粉在基料中的含量为10-30wt%；铝钛复合偶联剂添加量为回收瓦楞纸纸纤维含量的1-6 wt%，甘油添加量为淀粉含量的5-15wt%，抗氧剂1010添加量为基料总重量的0.5-2 wt%，润滑剂硬脂酸锌添加量为基料总重量的1-4 wt%；
所述木塑淀粉复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）回收瓦楞纸纸纤维预处理：将回收瓦楞纸纸纤维粉碎成40-120目的粉末，再用质量浓度为1%-8%的氢氧化钠溶液浸泡1-8小时，然后用清水洗涤至中性，干燥后将其置于用铝钛复合偶联剂配成的质量浓度为8-12%的乙醇溶液中浸泡1-5小时，将纸纤维从上述配制的溶液中取出后于70-80℃烘干至含水率控制<4%，备用；（2）将经过步骤（1）预处理的回收瓦楞纸纸纤维与添加剂抗氧剂1010和润滑剂硬脂酸锌置于高速混合机中混合8-12分钟；（3）将淀粉、低密度聚乙烯树脂与甘油置于高速混合机中混合4-6分钟；；（4）挤出成型：设定螺杆挤出机温度165-180℃；将步骤（3）所得淀粉、低密度聚乙烯树脂和甘油的混合物置于螺杆挤出机中塑化熔融为粘性液体，然后将步骤（2）所得回收瓦楞纸纸纤维与相关助剂的混合物加入已成为粘性液体的塑化熔融物中，在螺杆作用下，回收瓦楞纸纸纤维粉末在塑化熔融物中均匀分散、取向，得到表观均一，分散程度较高的瓦楞纸纸纤维低密度聚乙烯树脂淀粉并含有相关助剂的复合体系，再通过口模直接挤出成型所需型材，或者通过相应的口模和切粒机挤出造粒，形成木塑淀粉复合材料粒料，再将所得到的粒料通过模压或注射成型的方法制成最终制品。
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