CN103289172B - 一种不易变形的聚乙烯木塑材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐久、不易变形的聚乙烯木塑材料。包括有按重量份计的如下组分：高密度聚乙烯100～150份、聚氯乙烯30～40份、氯化聚乙烯改性聚氯乙烯10～20份、环氧树脂10～20份、古马隆树脂5～10份、丁基橡胶3～6份、聚丙烯酰胺5～10份、硼酸烷基醇酰胺5～10份、癸二酸二辛酯2～4份、磷酸三甲酚酯10～12份、聚酰亚胺酯3～8份、环氧大豆油10～20份、凡士林5～10份、聚乙二醇缩丁醛树脂10～15份、木粉50～80份、氧化锌10～20份、陶土10～15份、立德粉5～10份、碳酸钙3～15份、玻璃纤维5～8份。本木塑材料的力学性能好，吸不性在0.3%以下，拉伸强度达到15 MPa以上，热变形温度在115℃以上。在经过高温高湿破坏后，变形率小于对照产品。
Description
技术领域
本发明提供了一种木塑材料，特别是涉及一种耐久、不易变形的聚乙烯木塑材料，属于高分子材料技术领域。
背景技术
木塑复合材料(WPC) 是国内外近年蓬勃兴起的一类新型复合材料，指利用聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP)和聚氯乙烯(PVC)等，代替通常的树脂胶粘剂，与超过50%以上的木粉、稻壳、秸秆等废植物纤维混合成新的木质材料，再经挤压、模压、注射成型等塑料加工工艺，生产出的板材或型材。主要用于建材、家具、物流包装等行业。将塑料和木质粉料按一定比例混合后经热挤压成型板材，称之为挤压木塑复合板材。这种材料始于20世纪50年代中期的美国、前苏联，1960后美国原子能委员会以开发放射性和平利用的方式对此积极研究。近年来，全球的森林资源日趋枯竭,社会环保意识日益增强,同时对木材的应用也提出了更高的要求，因而木塑复合材料受到了广泛的关注。木塑复合材料的合成是利用回收废旧塑料、植物秸杆等,是对资源的再利用，可以有效地减少木材用量，保护森林。而且缓解了白色污染日益严重的问题.具有广阔的发展前景。
于木塑兼具塑料的耐水防腐和木材的质感两种特性，使得它成为一种性能优良并十分耐用的室外建材（地板、栅栏、椅凳、园林或水岸景观等）；还可替代港口、码头等使用的木质构件，还可用于替代木材制作各种包装物、托盘、仓垫板等等不胜枚举，用途极为广泛。
木塑复合材料中，主要包括有1. 基体：HDPE、PP、PVC、PS、PET、ABS等热塑性材料，熔点一般都要低于200℃。2. 填充物：锯末粉，花生壳，稻壳，各种农作物秸杆、亚麻杆及棉花杆等含有木质纤维之类的材料，还可以是可回收的汽车轮胎，玻璃纤维、无机纳米材料等3. 添加剂：包括有相容剂，交联剂等。复合材料中的塑料一般极性较低或者没有极性，植物纤维为极性材料，加入相容剂或者偶联剂可以提高填充物与机体之间的相容性。
生产木塑板材主要有两种工艺路线：1. 挤出成型工艺。由单螺杆或双螺杆挤出机挤出成型板材，挤出生产线是一组主要设备，辅机包括挤出模具、冷却部分、牵引机、切割机和翻转台。2. 热压成型工艺，这可成型一定规格的不连续板材，其加工工艺类似于中密度纤维板的成型工艺。
木塑复合材料的优点有：防水、防潮。防虫、防白蚁，有效杜绝虫类骚扰，延长使用寿命。多姿多彩，可供选择的颜色众多。可塑性强，能非常简单的实现个性化造型，充分体现个性风格。高环保性、无污染高防火性。可加工性好，可订、可刨、可锯、可钻、表面可上漆。安装简单，施工便捷，不需要繁杂的施工工艺，节省安装时间和费用。吸音效果好，节能性好，使室内节能高达30%以上。
木塑复合材料的缺点有：韧性低，而且由于木质材料属于亲水性，而塑料材料属于疏水性，两者的相容性不好，当混合不均匀、相容不好时，会对木塑材料的力学性能产生影响。
在热塑性合成树脂中，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)都可以做木塑材料基体树脂，其中PE的应用最为普遍。但是PE的缺点是不耐老化，不利于在户外长期使用，另一主要缺点是易蠕变，而且因其内应力消除不彻底，在变化剧烈的环境，如户外或反复受力时，易翘曲、开裂、变形。
发明内容
本发明的目的是解决聚乙烯木塑材料易变形的问题，采用的技术方案是：
一种不易变形的聚乙烯木塑材料，包括有按重量份计的如下组分：高密度聚乙烯100～150份、聚氯乙烯30～40份、氯化聚乙烯改性聚氯乙烯10～20份、环氧树脂10～20份、古马隆树脂5～10份、丁基橡胶3～6份、聚丙烯酰胺5～10份、硼酸烷基醇酰胺5～10份、癸二酸二辛酯2～4份、磷酸三甲酚酯10～12份、聚酰亚胺酯3～8份、环氧大豆油10～20份、凡士林5～10份、聚乙二醇缩丁醛树脂10～15份、木粉50～80份、氧化锌10～20份、陶土10～15份、立德粉5～10份、碳酸钙3～15份、玻璃纤维5～8份。
润滑剂可以是硬酯酸锌、石蜡、硬脂酸镁、聚乙烯蜡中的一种。
上述的环氧树脂可以是E42、E44、E51、W95等。
上述的木粉的粒径最好是在100～200目之间。
上述的玻璃纤维的直径优选是0.5~5微米，纤维长度是5~50微米。
本发明另一个目的是提供了上述的木塑材料的制备方法，包括如下步骤：
S1：将木粉粉碎至粒径在100～200目之间；
S2：将高密度聚乙烯、聚氯乙烯、氯化聚乙烯改性聚氯乙烯、环氧树脂、古马隆树脂、丁基橡胶、聚丙烯酰胺、硼酸烷基醇酰胺、癸二酸二辛酯、磷酸三甲酚酯、聚酰亚胺酯在50～70℃下混合均匀，得到混合物I；
S3：在混合物I中，加入步骤S1得到的木粉、氧化锌、陶土、立德粉、碳酸钙、玻璃纤维，在40～50℃混合均匀，得到混合物II；
S4：在混合物II中，加入环氧大豆油、凡士林、聚乙二醇缩丁醛树脂，混合均匀后，使用双螺杆挤出机进行挤出、冷却、造粒即可，双螺杆挤出机的温度参数设置是，一区：140～150℃，二区：150～160℃，三区：140～150℃，四区：150～160℃，五区：140～150℃，螺杆转速是50～80rpm。
有益效果
本发明提供的木塑材料的力学性能好，吸水性在0.3%以下，拉伸强度可以达到15 MPa以上，热变形温度在115℃以上。在经过高温高湿破坏后，变形率小于对照产品。
具体实施方式
实施例1
按重量份计，称取如下的原料：高密度聚乙烯100份、聚氯乙烯30份、氯化聚乙烯改性聚氯乙烯10份、环氧树脂10份、古马隆树脂5份、丁基橡胶3份、聚丙烯酰胺5份、硼酸烷基醇酰胺5份、癸二酸二辛酯2份、磷酸三甲酚酯10份、聚酰亚胺酯3份、环氧大豆油10份、凡士林5份、聚乙二醇缩丁醛树脂10份、木粉50份、氧化锌10份、陶土10份、立德粉5份、碳酸钙3份、玻璃纤维5份。
润滑剂是硬酯酸锌，环氧树脂是E42，玻璃纤维的直径是0.5~5微米，纤维长度是5~50微米。
制备方法：
S1：将木粉粉碎至粒径在100～200目之间；
S2：将高密度聚乙烯、聚氯乙烯、氯化聚乙烯改性聚氯乙烯、环氧树脂、古马隆树脂、丁基橡胶、聚丙烯酰胺、硼酸烷基醇酰胺、癸二酸二辛酯、磷酸三甲酚酯、聚酰亚胺酯在50℃下混合均匀，得到混合物I；
S3：在混合物I中，加入步骤S1得到的木粉、氧化锌、陶土、立德粉、碳酸钙、玻璃纤维，在40℃混合均匀，得到混合物II；
S4：在混合物II中，加入环氧大豆油、凡士林、聚乙二醇缩丁醛树脂，混合均匀后，使用双螺杆挤出机进行挤出、冷却、造粒即可，双螺杆挤出机的温度参数设置是，一区：140℃，二区：150℃，三区：140℃，四区：150℃，五区：140℃，螺杆转速是50rpm。
实施例2
按重量份计，称取如下的原料：高密度聚乙烯150份、聚氯乙烯40份、氯化聚乙烯改性聚氯乙烯20份、环氧树脂20份、古马隆树脂10份、丁基橡胶6份、聚丙烯酰胺10份、硼酸烷基醇酰胺10份、癸二酸二辛酯4份、磷酸三甲酚酯12份、聚酰亚胺酯8份、环氧大豆油20份、凡士林10份、聚乙二醇缩丁醛树脂15份、木粉80份、氧化锌20份、陶土15份、立德粉10份、碳酸钙15份、玻璃纤维8份。
润滑剂是石蜡，环氧树脂是E44，玻璃纤维的直径是0.5~5微米，纤维长度是5~50微米。
制备方法：
S1：将木粉粉碎至粒径在100～200目之间；
S2：将高密度聚乙烯、聚氯乙烯、氯化聚乙烯改性聚氯乙烯、环氧树脂、古马隆树脂、丁基橡胶、聚丙烯酰胺、硼酸烷基醇酰胺、癸二酸二辛酯、磷酸三甲酚酯、聚酰亚胺酯在70℃下混合均匀，得到混合物I；
S3：在混合物I中，加入步骤S1得到的木粉、氧化锌、陶土、立德粉、碳酸钙、玻璃纤维，在50℃混合均匀，得到混合物II；
S4：在混合物II中，加入环氧大豆油、凡士林、聚乙二醇缩丁醛树脂，混合均匀后，使用双螺杆挤出机进行挤出、冷却、造粒即可，双螺杆挤出机的温度参数设置是，一区：150℃，二区：160℃，三区：150℃，四区：160℃，五区：150℃，螺杆转速是80rpm。
实施例3
按重量份计，称取如下的原料：高密度聚乙烯120份、聚氯乙烯35份、氯化聚乙烯改性聚氯乙烯15份、环氧树脂15份、古马隆树脂7份、丁基橡胶5份、聚丙烯酰胺8份、硼酸烷基醇酰胺7份、癸二酸二辛酯3份、磷酸三甲酚酯11份、聚酰亚胺酯6份、环氧大豆油15份、凡士林8份、聚乙二醇缩丁醛树脂12份、木粉60份、氧化锌15份、陶土12份、立德粉8份、碳酸钙10份、玻璃纤维7份。
润滑剂是硬脂酸镁，环氧树脂是E51，玻璃纤维的直径是0.5~5微米，纤维长度是5~50微米。
制备方法：
S1：将木粉粉碎至粒径在100～200目之间；
S2：将高密度聚乙烯、聚氯乙烯、氯化聚乙烯改性聚氯乙烯、环氧树脂、古马隆树脂、丁基橡胶、聚丙烯酰胺、硼酸烷基醇酰胺、癸二酸二辛酯、磷酸三甲酚酯、聚酰亚胺酯在60℃下混合均匀，得到混合物I；
S3：在混合物I中，加入步骤S1得到的木粉、氧化锌、陶土、立德粉、碳酸钙、玻璃纤维，在45℃混合均匀，得到混合物II；
S4：在混合物II中，加入环氧大豆油、凡士林、聚乙二醇缩丁醛树脂，混合均匀后，使用双螺杆挤出机进行挤出、冷却、造粒即可，双螺杆挤出机的温度参数设置是，一区：145℃，二区：155℃，三区：145℃，四区：155℃，五区：145℃，螺杆转速是60rpm。
性能试验
将上述实施例制得的木塑材料进行摩擦性能、机械性能试验，并以专利CN1603088公开的木塑材料作为对照。
表1 实施例1～实施例3以及对照例的性能测试数据
| 测定方法 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对照例 | |
| 比重g /cm3 | 0.96 | 0.97 | 0.96 | 0.98 | |
| 吸潮性% | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | |
| 吸水性% | 24h 水中 | 0.3 | 0.2 | 0.3 | 0.2 |
| 表面磨粗后吸水性 | 24h 水中 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.5 |
| 拉伸强度 MPa | GB/T 1040-92 | 15.1 | 15.2 | 15.4 | 13.9 |
| 拉伸模量 MPa | GB/T 1040-92 | 510.2 | 516.3 | 508.1 | 483.9 |
| 热变形温度 ℃ | GB1634-79 | 121.3 | 122.3 | 118.7 | 107.9 |
| 摩损率×105mm3/m | GB3960-88 | 2.3 | 2.2 | 2.2 | 5.6 |
| 拉伸断裂伸长率% | GB/T1040 | 230 | 220 | 230 | 190 |
从表中可以看出，本发明提供的木塑材料的力学性能好，吸水性在0.3%以下，拉伸强度可以达到15 MPa以上，热变形温度在115℃以上。
将上述的试样制成成100×mm100×mm10×mm的试块，在50℃、80%RH的恒温恒湿箱中放置30d，取出后测定样品尺寸，以三个方向的变形百分比作为评价，取平均值。得到的结果如表2所示。
表2 实施例1～实施例3以及对照例的变形试验数据
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对照例 | |
| 三维尺寸平均变形率% | 0.5% | 0.6 | 0.5 | 1.3 |
从表中可以看出，本发明提供的木塑材料在经过高温高湿破坏后，变形率小于对照产品。
Claims (1)
1.一种不易变形的聚乙烯木塑材料，其特征在于，按重量份计，由如下组成所制成：高密度聚乙烯120份、聚氯乙烯35份、氯化聚乙烯改性聚氯乙烯15份、环氧树脂15份、古马隆树脂7份、丁基橡胶5份、聚丙烯酰胺8份、硼酸烷基醇酰胺7份、癸二酸二辛酯3份、磷酸三甲酚酯11份、聚酰亚胺酯6份、环氧大豆油15份、凡士林8份、聚乙二醇缩丁醛树脂12份、木粉60份、氧化锌15份、陶土12份、立德粉8份、碳酸钙10份、玻璃纤维7份；环氧树脂是E51，玻璃纤维的直径是0.5~5微米，纤维长度是5~50微米；制备方法：S1：将木粉粉碎至粒径在100～200目之间；S2：将高密度聚乙烯、聚氯乙烯、氯化聚乙烯改性聚氯乙烯、环氧树脂、古马隆树脂、丁基橡胶、聚丙烯酰胺、硼酸烷基醇酰胺、癸二酸二辛酯、磷酸三甲酚酯、聚酰亚胺酯在60℃下混合均匀，得到混合物I；S3：在混合物I中，加入步骤S1得到的木粉、氧化锌、陶土、立德粉、碳酸钙、玻璃纤维，在45℃混合均匀，得到混合物II；S4：在混合物II中，加入环氧大豆油、凡士林、聚乙二醇缩丁醛树脂，混合均匀后，使用双螺杆挤出机进行挤出、冷却、造粒即可，双螺杆挤出机的温度参数设置是，一区：145℃，二区：155℃，三区：145℃，四区：155℃，五区：145℃，螺杆转速是60rpm。
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