CN103509360A - 一种纳米玻纤协同改性增强木塑板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米玻纤协同改性增强木塑板的制备方法，属于无机纳米粒子的功能化改性和与玻纤协同增强等技术领域。本发明不仅有效解决了纳米粒子和玻纤在基体中易团聚的问题，而且首次发现了改性玻纤与纳米粒子在木塑中的增强协同效应，并有效地利用协同效应使木塑板材具有更高的拉伸强度和模量。除此之外，纳米玻纤协同改性增强木塑板才还表现出优异的紫外线吸收性能。这种方法简单易行，可控性强。所制板材可用于制备高强度、抗紫外钱、使用寿命长等高性能木塑制品，因此在建筑建材、室外廊亭、室内室外地板家具等领域有着广阔的应用前景。

Description

一种纳米玻纤协同改性增强木塑板的制备方法
技术领域
本发明涉及无机纳米粒子的功能化改性和与玻纤协同增强等技术领域，具体涉及一种基于纳米SiO2、玻璃纤维复配体系的木塑板材的制备方法。
背景技术
当前社会，资源匮乏，环境污染严重，木制品的使用和浪费受到各国严格的限制，同时，废旧木屑、秸秆等纤维类材料的循环使用处理亦得到高度的重视和一定的发展，在欧美和日本早已形成相关产业，其中，木塑复合材料尤其突出。集中在一下几点：首先木塑相比木材拥有更好的循环加工加工性能和制品外观，在性能上诸如拉伸强度、模量、硬度和尺寸稳定性都有更大的提升：其次，木塑材料拥有木质外观且耐腐蚀、染色持久且简单，拓宽了木质纤维在户外和高端仿制木制品的应用领域！最后也是最重要的一点，木塑复合材料取材于废旧塑料和木质纤维（刨花、秸秆），是环境友好、可再生、循环经济的一大形式，是当前社会可持续发展的一种重要经济模式。因此，木塑由于其带来的优异性能受到广泛关注，国内也在近几年形成了木塑的相关企业并有着一定的发展。然而，由于在技术上的瓶颈，木塑材质的强度、阻燃等相关性能的提升亟需突破，这也是限制了当前木塑板材和其他制品主要集中室外凉亭、护栏和室外地板上，而暂时不能真正大范围取代传统木材的应用领域如家具和建筑行业。本专利则提供了一种基于纳米技术协调增强木塑板的研制，大幅度的提升了木塑板的力学性能并提高了阻燃能力和抗紫外线能力，扩大了木塑的应用范畴.
纳米技术始于20世纪，与信息技术及生物技术并列成为世纪社会经济发展的三大支柱。纳米科技的兴起，对我国材料行业提出了严峻的挑战，同时也为跨越式发展提供了难得的机遇。纳米材料是纳米科技的基础，功能纳米材料是纳米材料科学中最富有活力的领域，它对信息、生物、能源、环境、宇航等高科技领域，将产生深远的影响并具有广阔的应用前景。在复合材料中，针对性能提升的纳米复合有着卓越的效果和潜力，但与此同时，纳米粒子在基体中的分散一直是此类复合材料的一大难题。
于此同时，玻纤由于其优异的在塑料和纤维中的增强功能被广泛的使用，但用于像木塑这样取材于含木质素、纤维素的废旧纤维材料增强尚属少见！同样，玻纤在基体中达到良好的排列取向和优异的分散效果在工艺上依旧困难，而长径比也是需要控制的一项变量。玻纤在塑料中增强较为广泛，但像玻纤用于木塑材料的研究鲜有见到。而在木塑中的应用除了有良好的基体相容性意外，木质纤维的基体也能利于玻纤在其中的分散，同时改性处理过的玻纤在缠结相容的状态下能很大程度改良纳米粒子在其中的分散，二者的协同效应十分优异，此类综合性能倘若开发，前景应是可观的。
发明内容
本发明提供了一种纳米玻纤改性协同增强木塑板才的制备方法。本发明方法改性的玻纤和纳米粒子复配体系不仅具备了二者的优点，而且它们之间的协同效应使基于此复配体系的木塑环保材料具有更高的强度和使用寿命，极大的扩宽了木塑板材的应用领域，且通过工艺比例是相关性能可调可变；同时，基于改性玻纤和纳米粒子复配体系的木塑板材还表现出优异的抗紫外线性能。
为实现上述目的本发明采用的技术方案如下：
一种纳米玻纤协同改性增强木塑板材的制备方法，包括以下步骤：
（1）将纳米粒子SiO2、塑料颗粒和80-100目木粉放入真空干燥箱中，在100-110℃干燥4-5小时；将玻璃纤维置于400-550℃温度下热处理2-3小时；
（2）按体积比（2-3）:（8-10）:1称取硅烷偶联剂KH550、乙醇、蒸馏水配制成硅烷溶液，将干燥后的木粉和纳米粒子溶于溶液中，超声分散1-2小时；
（3）将上述混合液与热处理过的玻璃纤维混合搅拌后放于球磨罐中，在球磨机中球磨1-2天，可制得填充有纳米粒子和玻璃纤维的木粉单相液；其中，球磨时间可调，球磨机也可改用相关机械搅拌设备；
（4）取出球磨罐中液体，乙醇稀释洗净，在过滤机上抽干后置于烘箱中烘干；
（5）将上述步骤改性后得到的填充有纳米粒子和玻璃纤维的木粉与烘干的塑料颗粒按不同比例调配，同时添加占木塑总体质量4%-5%比例的复合相容体系，依赖加工情况适量添加1-10%DOP增塑剂；
（6）将上述混合料调匀，在螺杆挤出机上挤出成型5-10分钟，温度控制在170-180℃之间，根据时温等效，时间和温度根据加工可适当调整；
（7）将经步骤（6）处理所得产物放入模具中在170-180℃的模具中模压成型10-15分钟，制得纳米玻纤协同改性增强木塑板材。
步骤（1）所述的塑料颗粒为pp。
步骤（2）所述的纳米粒子占塑木总质量的1-5%。
步骤（3）所述的玻璃纤维占塑木总质量的1-10%。
步骤（5）所述的复合相容体系由马来酸酐和聚丙烯接枝马来酸酐等组成。
本发明的有益效果：
本发明不仅有效解决了纳米粒子和玻纤在基体中易团聚的问题，而且首次发现了改性玻纤与纳米粒子在木塑中的增强协同效应，并有效地利用协同效应使木塑板材具有更高的拉伸强度和模量以及韧性。除此之外，纳米玻纤协同改性增强木塑板才还表现出优异的紫外线吸收性能。这种方法简单易行，可控性强。所制板材可用于制备高强度、抗紫外钱、使用寿命长等高性能木塑制品，因此在建筑建材、室外廊亭、室内室外地板家具等领域有着广阔的应用前景。
附图说明
图1为纳米玻纤协同改性增强木塑板薄膜的紫外光吸收谱图。
具体实施方式
一种纳米玻纤协同改性增强木塑板材的制备方法，包括以下步骤：
（1）将纳米粒子SiO2，塑料颗粒（pp）和80-100目木粉放入真空干燥箱中，在105℃干燥5小时；将玻璃纤维置于480℃温度下热处理3小时；
（2）配制硅烷溶液（KH550：乙醇：蒸馏水=2:8:1），将干燥后的木粉和纳米粒子（按纳米粒子占木粉1-5%比例混合均匀）溶于溶液中，超声分散1小时；
（3）将上述混合液与热处理过的玻璃纤维（玻璃纤维占木粉体积的5-50%）混合搅拌后放于球磨罐中，在球磨机中球磨2天，可制得填充有纳米粒子和玻璃纤维的木粉单相液，其中，球磨时间可调，球磨机也可改用相关机械搅拌设备；
（4）取出球磨罐中液体，乙醇稀释洗净，在过滤机上抽干后置于烘箱中烘干；
(5)将上述步骤改性后得到的填充有纳米粒子和玻纤的木粉与烘干的塑料颗粒按不同比例调配，同时添加占木塑总体质量4-5%比例的复合相容体系（马来酸酐：聚丙烯接枝马来酸酐=1：1），依赖加工情况适量添加1-10%DOP增塑剂。
（6）将上述混合料调匀，在螺杆挤出机上挤出成型6分钟，温度控制在170-1800C之间，根据时温等效，时间和温度根据加工可适当调整；
（7）将经步骤（6）处理所得产物放入对应模具中在170-180℃的平板硫化机中模压成型10分钟，制得拉伸样条和薄膜状木塑片材；留待拉伸和紫外吸收测试。
表1：在未作任何处理下，木塑不同比例时的拉伸强度（MPa）。
Figure BDA0000378530060000041
表2：在未作任何处理下，木塑不同比例时的延展性能（断裂百分比)
Figure BDA0000378530060000042
表3：在塑木以8-2比例时，不同改性协同方案下力学性能
Figure BDA0000378530060000043
表4：在复合相容体系下，不同改性纳米粒子及玻纤的协同作用
Figure BDA0000378530060000044
在不背离本发明精神和范围的情况下可以构造多种不同的发明实施方案。应当理解的是，本发明的范围由后附权利要求来限定，而不局限于说明书中所描述的特定实施方案。

Claims (5)

1.一种纳米玻纤协同改性增强木塑板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将纳米粒子SiO2、塑料颗粒和80-100目木粉放入真空干燥箱中，在100-110℃干燥4-5小时；将玻璃纤维置于400-550℃温度下热处理2-3小时；
（2）按体积比(2-3):(8-10):1称取硅烷偶联剂KH550、乙醇、蒸馏水配制成硅烷溶液，将干燥后的木粉和纳米粒子溶于溶液中，超声分散1-2小时；
（3）将上述混合液与热处理过的玻璃纤维混合搅拌后放于球磨罐中，在球磨机中球磨1-2天，可制得填充有纳米粒子和玻璃纤维的木粉单相液；其中，球磨时间可调，球磨机也可改用相关机械搅拌设备；
（4）取出球磨罐中液体，乙醇稀释洗净，在过滤机上抽干后置于烘箱中烘干；
   （5）将上述步骤改性后得到的填充有纳米粒子和玻璃纤维的木粉与烘干的塑料颗粒按不同比例调配，同时添加占木塑总体质量4-5%比例的复合相容体系(马来酸酐及PP-MAH)，依赖加工情况适量添加1-10%DOP增塑剂；
   （6）将上述混合料调匀，在螺杆挤出机上挤出成型5-10分钟，温度控制在170-180℃之间，根据时温等效，时间和温度根据加工可适当调整；
   （7）将经步骤（6）处理所得产物放入模具中在170-180℃的模具中模压成型10-15分钟，制得纳米玻纤协同改性增强木塑板材。
2.根据权利要求1所述的纳米玻纤协同改性增强木塑板材的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的塑料颗粒为pp。
3.根据权利要求1所述的纳米玻纤协同改性增强木塑板材的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的纳米粒子占塑木总质量的1-5%。
4.根据权利要求1所述的纳米玻纤协同改性增强木塑板材的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述的玻璃纤维占塑木总质量的1-10%。
5.根据权利要求1所述的纳米玻纤协同改性增强木塑板材的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述的复合相容体系由马来酸酐和聚丙烯接枝马来酸酐等组成。
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