CN103992587A - 一种利用湖区资源的木塑型材配方及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种木塑型材及其制备方法。本发明充分利用了非木质纤维农林废弃物资源，如秸秆、棉杆、芦苇杆等，能够有效解决农林废弃物资源焚烧污染大气、堆积河道污染水质、高值化利用率不高的问题；而且本发明将上述非木质纤维利用揉丝机处理，直接利用丝状原料制备木塑材料，工艺简单，节约能源；丝状非木质纤维经过预处理后改善了其疏水性，能够与热塑性塑料熔融混炼，紧密结合，制备出物理性能优良的木塑材料型材。与现有技术相比，本发明能够充分利用非木质纤维农林废弃物，有利于节约资源，保护环境，制备的木塑型材的物理性能好；制得的木塑型材易于加工，其加工长度不受限制，且生产效率高、性能优良，使用数年后，可100％回收再利用。

Description

一种利用湖区资源的木塑型材配方及其生产工艺

技术领域

本发明涉及一种木塑复合材料，具体的说，涉及一种利用芦苇杆、秸秆、棉杆等废弃湖区资源制备的木塑型材及其制备方法。

背景技术

随着人们环保节能意识的提高，已经不再满足于实木地板的木材浪费和强化地板的高甲醛释放，迫切需要一种具有节能、低耗费、易于打理的新型的建筑材料。木塑复合材料是一种新型的材料，是将加工处理过的废旧木材、锯末、农作物秸秆、坚果的壳按照一定的比例，与热塑性材料混合经高温高压处理制成，木塑复合材料以植物粉和热塑性塑料为主要原料，可以缓解石油用量，同时大量使用了废弃的木屑粉，该材料的研制既能缓解现代社会对石油资源的消耗，又能减少木材资源的消耗，是保护环境和降低能耗的有效手段。木塑复合材料与木材相比，具有耐用、尺寸稳定性好、易成型、吸水性小、耐腐蚀；与塑料相比具有成本低、刚性高的特点。

目前，木塑材料所用的植物粉包括木屑粉、果壳粉、竹粉、秸杆粉、糠壳粉、其它农作物或植物茎叶粉等，其来源十分广阔且价格低廉，充分利用这些材料本身就是治理环境美化环境的的一种途径。

与常用的木质纤维原料相比，芦苇杆、秸秆、棉杆等含有较多的纤维素，而木质素的含量相对较低，与热塑性树脂的混炼不太容易，目前工业生产中还很少将其作为木塑材料的主要原料，但在实际的生产和生活中，每年弃置的芦苇杆、秸秆、棉杆的数量非常庞大，开发非木质纤维对保护环境，综合利用各种资源具有重大的现实意义。

针对上述需求，本发明提出一种综合利用芦苇杆、秸秆、棉杆制备的木塑型材及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用包括芦苇杆、秸秆、棉杆的非木质纤维制备的木塑型材及其制备方法。

本发明所述的木塑型材，是由下述重量份数的原料制成：

PVC树脂粉：50份；

回收PE废料：50份；

非木质纤维：80～100份；

钙质填充剂：50～70份；

偶联剂：0.5～1份；

稳定剂：3～5份；

抗氧剂：0.6～0.9份；

PE蜡：0.9～1.3份；

硬脂酸：0.5～0.8份；

发泡剂：0.8～1.5份；

发泡调节剂：6～8份。

优选的，所述木塑型材由下述重量份数的原料制成：

PVC树脂粉：50份；

回收PE废料：50份；

非木质纤维：90～100份；

钙质填充剂：50～60份；

偶联剂：0.8～1份；

稳定剂：3～5份；

抗氧剂：0.6～0.8份；

PE蜡：0.9～1.1份；

硬脂酸：0.6～0.8份；

发泡剂：0.8～1.0份；

发泡调节剂：6份。

其中，所述非木质纤维是由芦苇杆、秸秆、棉杆经揉丝机制备而得的丝状材料；

芦苇杆、秸秆、棉杆不易制成颗粒状粉末，将其制成较细的粉末需要耗费较多的能量，因此将上述芦苇杆、秸秆、棉杆制备成丝状材料。所述揉丝机是农业上常用的一种机械，一般用于将农作物的废弃物，如秸秆、棉秆、玉米杆、麦草等揉碎加工制成饲料。

所述非木质纤维的长径比为50-100:1-15，其长度为3-15mm；

丝状的非木质纤维一方面能够作为木质原料与热塑性塑料均匀混炼，另一方面能够作为增强相使制得的木塑材料的强度和韧性进一步提高，提高制备的木塑型材的物理性能。

另外，为保证上述丝状非木质纤维能够与热塑性树脂均匀混合，紧密结合，本发明所述的非木质纤维还需要进行预处理；所述预处理是将丝状非木质纤维与偶联剂和钙质填充剂预先混合。

具体的说，所述预处理如下进行：将丝状非木质纤维加入搅拌混料机，然后加入偶联剂，以及重量为总用量质量30％-70％的钙质填充剂，将上述原料混合，同时加热到130～150℃，保温2-3h；

本发明中，所述PE废料可采用本领域常用的回收PE料，特别的，可选用自棉田中回收的PE塑料薄膜。

PVC树脂粉可选用本领域常用的PVC树脂粉。

所述钙质填充剂可选用碳酸钙。向木塑材料中加入适量的填充剂，会使其具有较好的手感，光面干燥而不显光亮，且耐热压性高，永久形变小。优选轻质碳酸钙粉或轻度活化碳酸钙。所述轻质碳酸钙是沉降体积为2.4-2.8mL/g的碳酸钙，一般是将石灰石等原料煅烧生成石灰(主要成分为氧化钙)和二氧化碳，再加水消化石灰生成石灰乳(主要成分为氢氧化钙)，然后再通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸钙沉淀，最后经脱水、干燥和粉碎而制得；或先用碳酸纳和氯化钙进行复分解反应生成碳酸钙沉淀，然后经脱水、干燥和粉碎而制得。所述轻质碳酸钙的粒度为2-1000nm；优选粒度为2-50nm的超微细轻质碳酸钙。所述活化碳酸钙是改进工艺条件制备的轻质碳酸钙粉，可选用市场上常见的活化碳酸钙产品，如石家庄井陉碳酸钙厂生产的钙粉。

所述偶联剂可选用有机偶联剂或无机偶联剂，如有机硅烷、钛酸酯、异氰酸酯、马来酸酐或马来酸酐改性聚合物、硅酸盐等，优选马来酸酐接枝聚丙烯，硅酸钠和钛酸酯的混合物，其中马来酸酐接枝聚丙烯，硅酸钠和钛酸酯的用量的质量比为1-2:1-2：1-3；

PVC在高温下加工，极易放出HCL，形成不稳定的聚烯结构。同时，HCL具有自催化作用，会使PVC进一步降解。另外，如果有氧存在或有铁、铝、锌、锡、铜和镉等离子存在，都会对PVC降解起催化作用，加速其老化。因此塑料将出现各种不良现象，如变色、变形、龟裂、机械强度下降、电绝缘性能下降、发脆等。为了解决这些问题，配方中必须加入稳定剂，尤其热稳定剂更是必不可少。PVC用的稳定剂包括热稳定剂、抗氧剂、紫外线吸收剂和螯合剂。配方设计时根据制品使用要求和加工工艺要求选用不同品种，不同数量的稳定剂。本发明中，所述稳定剂为钙锌系列稳定剂或稀土类稳定剂，可采用本领域市购的上述稳定剂，如深圳市森德利塑料助剂有限公司的CZX系列无毒钙锌稳定剂等；稀土稳定剂的加工性能极好，可选用济南金昌顺化工有限公司生产的PVC无尘稀土复合热稳定剂。

抗氧剂可选用本领域常用的抗氧剂，优选二丁羟基甲苯和四[甲基-β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯的组合，的质量比为1-2：1；

PE蜡即聚乙烯蜡，分子量一般为1500～50000，平均不超10000，为蜡状树脂。外观是白色或黄色小颗粒。聚乙烯蜡热稳定性、化学稳定性和电性能都很好，熔融粘度和硬度均接近于石蜡，具有较强的内部润滑作用。

硬脂酸也是一种常用的润滑剂，它可以充当外润滑剂，主要通过与木粉混合，均匀地覆盖在木粉表面，从而提高其与聚合物基体的粘接。所述硬脂酸选用本领域常用的硬脂酸即可。

发泡调节剂为聚丙烯酸酯类发泡调节剂，可选用本领域常用的类型，如ACR发泡调节剂；如山东瑞丰高分子材料有限公司生产的苯乙烯类。

所述发泡剂为偶氮酰胺类放热型发泡剂，如本领域常用的偶氮二甲酰胺。

为此，本发明还提供上述木塑型材的制备方法。

所述木塑型材的制备方法包括以下步骤：

1)将非木质纤维加入搅拌混料机，然后加入偶联剂，以及重量为总用量质量30％-70％的钙质填充剂，将上述原料混合，同时加热到130～150℃，保温20-100min；

2)将回收PE废料加热至100-150℃，加入发泡剂和发泡调节剂，混合均匀，然后与剩余原料按照份数配比加入搅拌混料机混合，温度保持130～150℃，混炼30-200min，再冷却至70～80℃放出；

3)将混合好的原料加入挤出机，加热至140～180℃挤出，经磨具定型、冷却、牵引、定尺、切割成型材。

型材的长度、宽度、厚度可根据客户要求任意确定。

本发明的木塑型材具有如下优点：

1)充分利用了非木质纤维农林废弃物资源，如秸秆、棉杆、芦苇杆等，能够有效解决农林废弃物资源焚烧污染大气、堆积河道污染水质、高值化利用率不高的问题；而且本发明将上述非木质纤维利用揉丝机处理，直接利用丝状原料制备木塑材料，工艺简单，节约能源；

2)本发明的木塑型材，易于加工，其加工长度不受限制，且生产效率高、性能优良(零甲醛、防水、防潮、防霉、防蛀)，将来是取代普通密度板、多层板材的理想装饰材料，使用数年后，可100％回收再利用。

3)本发明的木塑型材，其生产工艺简单、易于操作，稳定性好、易于加工。

具体实施方式

以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的发明范围。该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

如无特别说明，所采用的方法是本领域常用的方法。本实施例采用的设备是本领域常用的设备。其中实施例1-4所用的各原料的名称和生产厂家如表1所示：

回收PE废料是来源于棉田的PE薄膜，经造粒后的都得到的粒度为40-80目的粉末；

PE蜡选用江阴红盛塑料助剂厂的聚乙烯蜡；发泡剂选用杭州海虹精细化工有限公司生产的偶氮二甲酰胺；

偶联剂为青岛旭昕化工有限公司的kh-792偶联剂；

抗氧剂为上海波以尔化工有限公司的1024；

ACR发泡调节剂为山东瑞丰高分子有限公司的产品。

表1实施例1-4的原料及厂家

实施例1

按照以下重量配比称取原料：

PVC树脂粉：50份；

回收PE废料：50份；

非木质纤维：100份；

钙质填充剂：50份；

偶联剂：0.8份；

稳定剂：3份；

抗氧剂：0.6份；

PE蜡：1.1份；

硬脂酸：0.8份；

发泡剂：0.8份；

发泡调节剂：6份。

其中，非木质纤维是将芦苇经揉丝机处理后得到的，其长径比为50-100:1-15，其长度为5-15mm。

然后利用以下方法制备木塑型材：

1)将非木质纤维加入搅拌混料机，然后加入偶联剂，以及重量为总用量质量30％-70％的钙质填充剂，将上述原料混合，同时加热到130℃，保温80min；

2)将回收PE废料加热至120℃，加入发泡剂和发泡调节剂，混合均匀，然后与剩余原料按照份数配比加入搅拌混料机混合，温度保持140℃，混炼150min，再冷却至80℃放出；

3)将混合好的原料加入挤出机，加热至180℃挤出，经磨具定型、冷却、牵引、定尺、切割成型材。型材规格130mmx77mm立柱。

实施例2

按照以下重量配比称取原料：

PVC树脂粉：50份；

回收PE废料：50份；

非木质纤维：90份；

钙质填充剂：50份；

偶联剂：0.8份；

稳定剂：3份；

抗氧剂：0.6份；

PE蜡：0.9份；

硬脂酸：0.8份；

发泡剂：1.0份；

发泡调节剂：6份。

其中，非木质纤维是将棉杆经揉丝机处理后得到的，其长径比为50:10-15，其长度为3-10mm。

然后利用以下方法制备木塑型材：

1)将非木质纤维加入搅拌混料机，然后加入偶联剂，以及重量为总用量质量30％-70％的钙质填充剂，将上述原料混合，同时加热到150℃，保温20min；

2)将回收PE废料加热至150℃，加入发泡剂和发泡调节剂，混合均匀，然后与剩余原料按照份数配比加入搅拌混料机混合，温度保持150℃，混炼30min，再冷却至70℃放出；

3)将混合好的原料加入挤出机，加热至160℃挤出，经磨具定型、冷却、牵引、定尺、切割成型材。型材规格130mmx77mm立柱。

实施例3

按照以下重量配比称取原料：

PVC树脂粉：50份；

回收PE废料：50份；

非木质纤维：80份；

钙质填充剂：70份；

偶联剂：1份；

稳定剂：5份；

抗氧剂：0.9份；

PE蜡：1.3份；

硬脂酸：0.8份；

发泡剂：1.5份；

发泡调节剂：8份。

其中，非木质纤维是将芦苇和玉米秸秆经揉丝机处理后得到的，其长径比为100:1-15，其长度为3-15mm。

然后利用以下方法制备木塑型材：

1)将非木质纤维加入搅拌混料机，然后加入偶联剂，以及重量为总用量质量30％的钙质填充剂，将上述原料混合，同时加热到130℃，保温100min；

2)将回收PE废料加热至150℃，加入发泡剂和发泡调节剂，混合均匀，然后与剩余原料按照份数配比加入搅拌混料机混合，温度保持150℃，混炼200min，再冷却至80℃放出；

3)将混合好的原料加入挤出机，加热至180℃挤出，经磨具定型、冷却、牵引、定尺、切割成型材。型材规格130mmx77mm立柱。

实施例4

按照以下重量配比称取原料：

PVC树脂粉：50份；

回收PE废料：50份；

非木质纤维：90份；

钙质填充剂：60份；

偶联剂：0.8份；

稳定剂：4份；

抗氧剂：0.8份；

PE蜡：1.0份；

硬脂酸：0.75份；

发泡剂：1.0份；

发泡调节剂：7份。

其中，非木质纤维是将芦苇、小麦秸秆和棉杆经揉丝机处理后得到的，其长径比为50-100:1-15，其长度为3-15mm。

然后利用以下方法制备木塑型材：

1)将非木质纤维加入搅拌混料机，然后加入偶联剂，以及重量为总用量质量70％的钙质填充剂，将上述原料混合，同时加热到130℃，保温80min；

2)将回收PE废料加热至130℃，加入发泡剂和发泡调节剂，混合均匀，然后与剩余原料按照份数配比加入搅拌混料机混合，温度保持130℃，混炼100min，再冷却至80℃放出；

3)将混合好的原料加入挤出机，加热至140℃挤出，经磨具定型、冷却、牵引、定尺、切割成型材。型材规格130mmx77mm立柱。

实施例1-4制备的产品性能如表2所示：

表2木塑型材的性能

显然，与现有技术中的木塑复合材料相比，本发明所述的木塑材料建筑模板的强度高、韧性大，且生产效率高，使用数年后，可100％回收再利用。

Claims (8)

1.一种木塑型材，其特征在于，是由下述重量份数的原料制成： 

PVC树脂粉：50份； 

回收PE废料：50份； 

非木质纤维：80～100份； 

钙质填充剂：50～70份； 

偶联剂：0.5～1份； 

稳定剂：3～5份； 

抗氧剂：0.6～0.9份； 

PE蜡：0.9～1.3份； 

硬脂酸：0.5～0.8份； 

发泡剂：0.8～1.5份； 

发泡调节剂：6～8份。 

2.如权利要求1所述的木塑型材，其特征在于，所述木塑型材由下述重量份数的原料制成： 

PVC树脂粉：50份； 

回收PE废料：50份； 

非木质纤维：90～100份； 

钙质填充剂：50～60份； 

偶联剂：0.8～1份； 

稳定剂：3～5份； 

抗氧剂：0.6～0.8份； 

PE蜡：0.9～1.1份； 

硬脂酸：0.6～0.8份； 

发泡剂：0.8～1.0份； 

发泡调节剂：6份。 

3.如权利要求1或2所述的木塑型材，其中，其特征在于，所述非木质纤维是由芦苇杆、秸秆、棉杆经揉丝机制备而得的丝状材料。 

4.如权利要求1-3任意一项所述的木塑型材，其特征在于，所述非木质纤维的长径比为50-100:1-15。 

5.如权利要求1-4任意一项所述的木塑型材，其特征在于，所述非木质纤维的长度为3-15mm。 

6.如权利要求1-5任意一项所述的木塑型材，其特征在于，所述的非木质纤维经过预处理得到；所述预处理是将丝状非木质纤维与偶联剂和钙质填充剂预先混合。 

7.如权利要求6所述的木塑型材，其特征在于，所述预处理如下进行：将丝状非木质纤维加入搅拌混料机，然后加入偶联剂，以及重量为总用量质量30％-70％的钙质填充剂，将上述原料混合，同时加热到130～150℃，保温2-3h。 

8.如权利要求1-7任意一项所述的木塑型材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 

1)将非木质纤维加入搅拌混料机，然后加入偶联剂，以及重量为总用量质量30％-70％的钙质填充剂，将上述原料混合，同时加热到130～150℃，保温20-100min； 

2)将回收PE废料加热至100-150℃，加入发泡剂和发泡调节剂，混合均匀，然后与剩余原料按照份数配比加入搅拌混料机混合，温度保持130～150℃，混炼30-200min，再冷却至70～80℃放出； 

3)将混合好的原料加入挤出机，加热至140～180℃挤出，经磨具定型、冷却、牵引、定尺、切割成型材。