CN103205132B - 耐候性竹塑复合材料及其制备方法 - Google Patents

耐候性竹塑复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐候性竹塑复合材料，它以竹粉为主要原料，采用纳米二氧化钛、纳米氧化锌为无机纳米粒子，四季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯为有机抗氧化剂，以钛酸脂为偶联剂，偶氮二甲酰胺为发泡剂，聚乙烯腊和硬脂酸锌作为润滑剂，与高密度聚乙烯复合作用后，采用双螺杆挤出工艺制备，从而实现改善竹塑室外装饰材料耐候性及强度、韧性和疏水性能。本发明制作的竹塑复合材料，与现有的竹塑复合材料相比，其抗氧化性能和抗光降解性能明显提高，提高率均在30％以上。本发明完全可代替木材制品用于室外装饰材料，从而为节省木材的用量、保护森林资源起到有益的作用。

Description

耐候性竹塑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于农林副产品的综合利用技术领域，具体涉及一种耐候性竹塑复合材料及其制备方法。
背景技术
中国是世界竹类资源最丰富的国家，竹林面积、竹材产量及其工业化利用的规模和水平都居世界之首，在大量使用竹材料的同时，也产生大量的小径竹、丛生竹或竹材加工剩余物等竹工业产品废弃物，目前人们一般把这些竹屑、废竹等作为废物烧掉，既浪费资源，又严重污染环境。
由于小径竹、丛生竹、竹屑、废竹等富含纤维素（纤维素含量在40%以上），具有一定的强度和韧性，经过适当的预处理和改性处理后，可与废塑料制备竹塑复合材料。这种材料应用于树箱、户外铺板、户外装饰扶手等户外装饰，可以代替木材制品，从而既节省木材，达到保护森林的目的，同时也减少了废塑料产生的“白色污染”，而且还提高了林产品的附加值，为林业增收开辟了一条新的途径。
现有技术中已有竹塑复合材料的报道：公开号为CN101066599的中国发明专利公开了一种竹塑地板及其制备方法,该地板以竹塑板制成地板坯板，所述的竹塑板由竹料颗粒、塑料颗粒与添加剂充分混匀后在加热高压条件下热压成型。公开号为CN1263811A的中国发明专利公开了一种竹纤维复合材料的生产方法，该方法依次按下列步骤进行：A、备料：将竹材制成干纤维并预备适量塑料颗粒；B、混合：将已备好的竹材干纤维与塑料颗粒按规定比例混合均匀；C、模压成型：将混合均匀的混合物置入模具中,加压至塑料处于熔融状态并与竹纤维熔融结合后,再停止加压进行冷却；D、脱模：冷却至一定温度后,将冷却物从模具中脱除。以上专利文献由于采用液压（模压）成型工艺，为间歇式工艺，成品的废品率高，导致生产成本高，因此难于推广应用。为了克服液压（模压）成型工艺的致命弱点，人们转向使用挤出成型法。如公开号为CN101619171的中国发明专利公开了一种竹屑和废旧塑料PE复合户外建材及应用,该复合材料由竹屑65％、旧塑料PE30％、助剂5％重量比配料混合后制作成型,配料后制作成型过程包括干燥处理、表面处理、预混、造粒、挤压成形、冷却及切割。本发明建材可制成板材、截面形状为实心矩形的竖条、空心立柱或平面有孔、外周带有锯齿及配合半圆槽的多边形型材等。由于竹粉与树脂的相容性差，竹粉的耐温性差、竹粉在螺杆中的流动性差，因此，最终产品中竹粉含量较低，一般在50%以下，且产品的性能较差。本发明人针对前期专利“一种利用油菜秸秆制作的装饰材料及制备方法（专利号ZL200610018378.X）”及“一种利用棉花秆制作的具有抗菌功能的装饰材料及制备方法（专利号ZL201010193640.0）”的缺陷（不耐光、不耐氧化），在本发明中采用无机纳米粒子与有机抗氧化剂，并采用双螺杆一次性挤出成型工艺生产，得到具有抗氧化、抗光降解作用的耐候性竹塑复合材料，主要用于室外装饰材料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种具有抗氧化和抗光降解双重特性的耐候性竹塑复合材料及其制备方法。
上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种耐候性竹塑复合材料，它是由下述重量份数的原料制备而成的：
所述纳米二氧化钛是粒径为5-50nm的锐钛型纳米二氧化钛；所述纳米氧化锌的粒径为10-80nm。
一种制备所述耐候性竹塑复合材料的方法，包括以下步骤：
1）将纳米二氧化钛和纳米氧化锌混合后超声波处理，使纳米二氧化钛和纳米氧化锌充分分散并混合均匀；
2）将竹粉过80~120目筛，在80~100℃搅拌至含水量为2~5%，然后加入钛酸脂，继续搅拌10~20分钟，得到改性竹粉；
3）将步骤1）得到的纳米二氧化钛和纳米氧化锌混合物、步骤2）得到的改性竹粉以及四季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯、高密度聚乙烯、偶氮二甲酰胺、聚乙烯腊和硬脂酸锌一起在100~120℃下混合10~20分钟，得到混合物料；
4）将步骤3）的混合物料置于双螺杆挤出机中挤出，各段加热温度T1~T10分别为110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、160℃及 120℃，主机转速为8~15转/分，料压1.5~2MPA，经模具定型，冷却，牵引和切割即为成品。
其中，步骤（2）中搅拌至含水量为3%。
本发明采用纳米二氧化钛、纳米氧化锌作为无机纳米粒子，四季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯为有机抗氧化剂，以钛酸脂为偶联剂，偶氮二甲酰胺为发泡剂，聚乙烯腊和硬脂酸锌作为润滑剂，与高密度聚乙烯复合作用后，采用双螺杆挤出工艺制备，从而改善了竹塑复合材料耐候性及强度、韧性和疏水性能。
本发明制作的竹塑复合材料，与现有的竹塑复合材料相比，其抗氧化性能和抗光降解性能明显提高，提高率均在30％以上，本发明完全可代替木材制品用于室外装饰材料，从而既节省木材，达到保护森林的目的，同时也减少了废塑料产生的“白色污染”，而且还提高了林产品的附加值，为林业增收开辟了一条新的途径。本发明同时还具有工艺简单，成本低廉等特点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种耐候性竹塑复合材料，它是由下述重量份数的原料制备而成的：
所述纳米二氧化钛是粒径范围是5-50nm的锐钛型纳米二氧化钛；所述纳米氧化锌的粒径范围是10-80nm。
耐候性竹塑复合材料的制备方法是：
1）将纳米二氧化钛和纳米氧化锌混合后超声波处理，超声波处理的功率是300W,超声时间是300秒，使纳米二氧化钛和纳米氧化锌充分分散并混合均匀；
2）将竹粉过100目筛，在90℃下搅拌至含水量为3%，然后加入钛酸脂，继续搅拌10分钟，得到改性竹粉；
3）将步骤1）得到的纳米二氧化钛和纳米氧化锌混合物、步骤2）得到的改性竹粉以及四季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯、高密度聚乙烯、偶氮二甲酰胺、聚乙烯腊和硬脂酸锌一起在110℃下混合15分钟，得到混合物料；
4）将步骤3）的混合物料置于双螺杆挤出机中挤出，各段加热温度T1~T10分别为110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、160℃及 120℃，主机转速为10转/分，主机电流15A，料压1.8MPA，经模具定型，冷却，牵引和切割即为成品。
实施例 2
一种耐候性竹塑复合材料，它是由下述重量份数的原料制备而成的：
耐候性竹塑复合材料的制备方法是：
1）将纳米二氧化钛和纳米氧化锌混合后超声波处理，超声波处理的功率是200W,超声时间是500秒，使纳米二氧化钛和纳米氧化锌充分分散并混合均匀；
2）将竹粉过80目筛，在100℃下搅拌至含水量为2%，然后加入钛酸脂，继续搅拌15分钟，得到改性竹粉；
3）将步骤1）得到的纳米二氧化钛和纳米氧化锌混合物、步骤2）得到的改性竹粉以及四季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯、高密度聚乙烯、偶氮二甲酰胺、聚乙烯腊和硬脂酸锌一起在100℃下混合20分钟，得到混合物料；
4）将步骤3）的混合物料置于双螺杆挤出机中挤出，各段加热温度T1~T10分别为110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、160℃及 120℃，主机转速为8转/分，主机电流15A，料压1.5MPA，经模具定型，冷却，牵引和切割即为成品。
实施例 3
一种耐候性竹塑复合材料，它是由下述重量份数的原料制备而成的：
所述纳米二氧化钛是粒径范围是5-50nm的锐钛型纳米二氧化钛；所述纳米氧化锌的粒径范围是10-80nm。
耐候性竹塑复合材料的制备方法是：
1）将纳米二氧化钛和纳米氧化锌混合后超声波处理，超声波处理的功率是500W,超声时间是200秒，使纳米二氧化钛和纳米氧化锌充分分散并混合均匀；
2）将竹粉过120目筛，在80℃下搅拌至含水量为5%，然后加入钛酸脂，继续搅拌20分钟，得到改性竹粉；
3）将步骤1）得到的纳米二氧化钛和纳米氧化锌混合物、步骤2）得到的改性竹粉以及四季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯、高密度聚乙烯、偶氮二甲酰胺、聚乙烯腊和硬脂酸锌一起在120℃下混合10分钟，得到混合物料；
4）将步骤3）的混合物料置于双螺杆挤出机中挤出，各段加热温度T1~T10分别为110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、160℃及 120℃，主机转速为15转/分，料压2MPA，经模具定型，冷却，牵引和切割即为成品。
上述三个实施例均可作为室外装修和公园装饰材料，如户外地板、栈道、栏栅、凉亭等，可完全代替木材或塑料。本发明制作的竹塑复合材料，与现有的竹塑复合材料相比，其抗氧化性和抗光降解性明显提高，提高率均在30％以上。

Claims (3)

1.一种制备耐候性竹塑复合材料的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将纳米二氧化钛和纳米氧化锌按比例混合后超声波处理，使纳米二氧化钛和纳米氧化锌充分分散并混合均匀；
2)将竹粉过80～120目筛，在80～100℃下搅拌至含水量为2～5％，然后加入钛酸脂，继续搅拌10～20分钟，得到改性竹粉；
3)将步骤1)得到的纳米二氧化钛和纳米氧化锌混合物、步骤2)得到的改性竹粉以及四季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯、高密度聚乙烯、偶氮二甲酰胺、聚乙烯腊和硬脂酸锌一起按比例在100～120℃下混合10～20分钟，得到混合物料；
4)将步骤3)的混合物料置于双螺杆挤出机中挤出，各段加热温度T1～T10分别为110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、160℃及120℃，主机转速为8～15转/分，料压1.5～2MPa，经模具定型，冷却，牵引和切割即为成品，
各原料的重量份数为：
2.根据权利要求1所述的制备耐候性竹塑复合材料的方法，其特征在于：所述纳米二氧化钛是粒径为5-50nm的锐钛型纳米二氧化钛；所述纳米 氧化锌的粒径为10-80nm。
3.根据权利要求1或2所述的制备耐候性竹塑复合材料的方法，其特征在于：步骤(2)中搅拌至含水量为3％。
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