CN107189163A - 一种埃洛石纳米管增强木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种埃洛石纳米管增强木塑复合材料，其组分按重量份包括：热塑性塑料50‑90份、天然木质粉30‑60份、埃洛石纳米管5‑15份、聚甲基丙烯酸甲酯20‑30份、阻燃剂、润滑剂3‑7份、助剂5‑20份；其中，埃洛石纳米管中埃洛石的孔隙度为18‑30％，孔径为3‑40nm；天然木质粉中纤维素的含量在2‑5wt％。本发明还公开了一种埃洛石纳米管增强木塑复合材料的制备方法。本发明采用埃洛石纳米管作为增强体，价格便宜，来源丰富，具有良好的生物适应性，安全环保又节约成本，配合使用聚甲基丙烯酸甲酯，提高木塑材料的韧性、强度和模量，有效解决了木塑材料蠕变断裂的问题。

Description

一种埃洛石纳米管增强木塑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及木塑复合材料技术领域，尤其涉及一种埃洛石纳米管增强木塑复合材料及其制备方法
背景技术
木塑复合材料兼具木材和塑料的特点，具有良好的加工性能、良好的强度性能并且耐水、耐腐蚀，因此在许多领域可作为木材的代替品，价廉且环保，具有良好的应用前景。近年来，木塑复合材料越来越受到广大消费者的关注，它是一种以塑料为基体，以木粉或其他植物纤维为填充物的一种新型环保的复合材料。木塑复合材料在建筑产品方面应用的较为广泛，占木塑复合材料总量的75％，目前主要用于花箱板、板凳条、标志牌、结构材、地板、顶板、隔声板、露天平台等方面。
然而木塑复合材料也有自身的局限性，例如蠕变问题成为其发展的重要制约之一，当木塑复合材料的蠕变达到一定程度时材料本身就会发生断裂，存在着安全隐患。国内外学者针对影响木塑复合材料蠕变因素问题做了很多研究，其中最为常见的方法是在复合材料中添加增强组分，碳纳米管具有良好韧性和稳定的结构，并且尺寸小、力学性能好，被人们认为是一种理想的复合材料增强体，但是价格昂贵、供应有限、具有生物毒害性等缺点。
与碳纳米管相比，埃洛石纳米管具有无毒无害、良好的生物适应性、价格便宜、来源丰富等优点，已被广泛应用于陶瓷、医药、催化等多个领域，目前还未见将埃洛石纳米管应用与木塑复合材料的相关报道。
发明内容
本发明提出了一种埃洛石纳米管增强木塑复合材料及其制备方法，采用埃洛石纳米管作为增强体，同时配合使用聚甲基丙烯酸甲酯，大幅提高了木塑复合材料的力学强度，有效解决了木塑复合材料蠕变断裂的问题，降低了生产成本，安全环保节能，有利于产业化。
本发明提出的一种埃洛石纳米管增强木塑复合材料，其组分按重量份包括：热塑性塑料50-90份、天然木质粉30-60份、埃洛石纳米管5-15份、聚甲基丙烯酸甲酯20-30份、阻燃剂5-10份、润滑剂3-7份、助剂5-20份；
其中，埃洛石纳米管中埃洛石的孔隙度为18-30％，孔径为3-40nm；天然木质粉中纤维素的含量在2-5wt％。
在具体实施例中，热塑性塑料的重量份可以为55、60、65、70、75、80、85；天然木质粉的重量份可以为35、40、45、50、55；埃洛石纳米管的重量份可以为5.5、6、7、7.5、8、8.5、9、10、10.5、11、12、12.5、13、14、14.5；聚甲基丙烯酸甲酯的重量份可以为22、24、25、26、28；阻燃剂的重量份可以为6、7、8、8.5、9、9.5；润滑剂的重量份可以为4、5、5.5、6、6.5；助剂的重量份可以为6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19。
优选地，热塑性塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯中的一种或两种以上混合物。
优选地，热塑性塑料为聚乙烯和聚氯乙烯。
优选地，天然木质粉为木粉、稻糠、竹粉、秸秆纤维粉、果壳纤维粉中的一种或两种以上混合物，其中，粒径为30-100目，木质素含量在15wt％以上。
优选地，埃洛石纳米管的直径为30-75nm，长度为3-8μm。
优选地，润滑剂为润滑剂硬脂酸盐、硬脂酸、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡中的一种或两种以上混合物。
优选地，阻燃剂为RDX阻燃剂、TPP阻燃剂、RDP阻燃剂和BDP阻燃剂中的一种或两种以上混合物。
优选地，助剂为抗菌剂、抗氧剂、稳定剂中的一种或两种以上混合物。
优选地，抗菌剂为中药抗菌剂；优选地，中药抗菌剂为透骨草、松罗、白蔹、藜实中的一种或两种以上混合物；
优选地，抗氧剂为抗氧剂1098、抗氧剂626、抗氧剂1010中的一种或者两种以上混合物；
优选地，稳定剂为抗紫外光剂、受阻胺酚光稳定剂、受阻胺光稳定剂中的一种或两种以上混合物。
本发明提出的一种埃洛石纳米管增强木塑复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、按配比将热塑性塑料、天然木质粉、润滑剂、助剂加入混合机种混合均匀得到预混料；
S2、将预混料和埃洛石纳米管、聚甲基丙烯酸甲酯、阻燃剂混合均匀得到混合物料，将混合物料进行混炼塑化，其中，混炼温度为180-195℃；
S3、将塑化后物料热压定型，冷却得到埃洛石纳米管增强木塑复合材料，热压温度为185-190℃，压力为10-20MPa。
优选地，S2中，混合物料在双棍炼塑机中进行混炼塑化，混炼时间为10-15min。
本发明以热塑性塑料和天然木质粉为基体，降低天然木质粉中纤维素的含量，提高了木质素的含量，保证了木塑复合材料的力学性能，木质素开始降解温度较低，且降解温区大，在复合材料燃烧时促进了炭层的形成，提高了材料的阻燃性能；埃洛石纳米管是一种天然的纳米管状粘土矿物，价格便宜，来源丰富，具有良好的生物适应性，安全环保又节约成本；另外，埃洛石纳米管表面的羟基和硅氧烷含量相对较少，结构单元间以氢键和范德华力等次价键的形式结合，容易实现结构单元的解离和分散，不容易团聚；在纳米管之间，其纵横比适当的管状形态减小了管之间的接触面积，使埃洛石纳米管更好地分散在塑料基体中，增强了木塑复合材料的拉伸强度，大幅减少了蠕变的发生，提高使用安全性，聚甲基丙烯酸甲酯与埃洛石纳米管配合使用，提高埃洛石纳米管分散性，各组分很好的混合，有效提高木塑材料的韧性、强度和模量；抗菌剂、抗氧剂、稳定剂等组分的添加，进一步提高了木塑材料的稳定性，中药抗菌剂环保安全，有利于回收利用。本发明制备方法简单易控，节约生产成本，有利于面积化生产。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种埃洛石纳米管增强木塑复合材料，其组分按重量份包括：热塑性塑料50份、天然木质粉30份、埃洛石纳米管15份、聚甲基丙烯酸甲酯30份、阻燃剂5份、润滑剂3份、助剂5份；
其中，埃洛石纳米管中埃洛石的孔隙度为18％，孔径为3nm；天然木质粉中纤维素的含量在2wt％。
实施例2
一种埃洛石纳米管增强木塑复合材料，其组分按重量份包括：热塑性塑料90份、天然木质粉60份、埃洛石纳米管5份、聚甲基丙烯酸甲酯20份、阻燃剂10份、润滑剂7份、助剂20份；
其中，埃洛石纳米管中埃洛石的孔隙度为30％，孔径为40nm；天然木质粉中纤维素的含量在5wt％。
实施例3
一种埃洛石纳米管增强木塑复合材料，其组分按重量份包括：热塑性塑料80份、天然木质粉50份、埃洛石纳米管10份、聚甲基丙烯酸甲酯25份、阻燃剂8份、润滑剂5份、助剂10份；
其中，埃洛石纳米管中埃洛石的孔隙度为20％，孔径为15nm；天然木质粉中纤维素的含量在3wt％；天然木质粉为木粉，粒径为30目，木质素含量在20wt％；热塑性塑料为聚乙烯、聚丙烯。
实施例4
一种埃洛石纳米管增强木塑复合材料，其组分按重量份包括：热塑性塑料70份、天然木质粉40份、埃洛石纳米管12份、聚甲基丙烯酸甲酯25份、阻燃剂9份、润滑剂5份、助剂15份；
其中，埃洛石纳米管中埃洛石的孔隙度为20％，孔径为30nm，埃洛石纳米管的直径为30nm，长度为3μm；天然木质粉中纤维素的含量在2wt％，天然木质粉为木粉和竹粉，粒径为100目，木质素含量在30wt％；热塑性塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯；阻燃剂为RDX阻燃剂；助剂为抗菌剂、抗氧剂、稳定剂；
埃洛石纳米管增强木塑复合材料由如下步骤制得：
S1、按配比将热塑性塑料、天然木质粉、润滑剂、助剂加入混合机种混合均匀得到预混料；
S2、将预混料和埃洛石纳米管、聚甲基丙烯酸甲酯、阻燃剂混合均匀得到混合物料，将混合物料进行混炼塑化，其中，混炼温度为180℃；
S3、将塑化后物料热压定型，冷却得到埃洛石纳米管增强木塑复合材料，热压温度为185℃，压力为10MPa。
实施例5
一种埃洛石纳米管增强木塑复合材料，其组分按重量份包括：热塑性塑料55份、天然木质粉45份、埃洛石纳米管12份、聚甲基丙烯酸甲酯22份、阻燃剂8份、润滑剂4份、助剂15份；
其中，埃洛石纳米管中埃洛石的孔隙度为25％，孔径为40nm，埃洛石纳米管的直径为75nm，长度为8μm；天然木质粉为木粉、竹粉、秸秆纤维粉，粒径为100目，木质素含量在30wt％，纤维素的含量在2wt％；热塑性塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚碳酸酯；润滑剂为润滑剂硬脂酸盐、硬脂酸；阻燃剂为RDX阻燃剂，TPP阻燃剂；助剂为透骨草、松罗、抗氧剂1098、抗紫外光剂；
埃洛石纳米管增强木塑复合材料由如下步骤制得：
S1、按配比将热塑性塑料、天然木质粉、润滑剂、助剂加入混合机种混合均匀得到预混料；
S2、将预混料和埃洛石纳米管、聚甲基丙烯酸甲酯、阻燃剂混合均匀得到混合物料，将混合物料在双棍炼塑机进行混炼塑化，其中，混炼温度为195℃，混炼时间为10min；
S3、将塑化后物料热压定型，冷却得到埃洛石纳米管增强木塑复合材料，热压温度为190℃，压力为20MPa。
实施例6
一种埃洛石纳米管增强木塑复合材料，其组分按重量份包括：热塑性塑料55份、天然木质粉45份、埃洛石纳米管12份、聚甲基丙烯酸甲酯22份、阻燃剂8份、润滑剂4份、助剂15份；
其中，埃洛石纳米管中埃洛石的孔隙度为25％，孔径为40nm，埃洛石纳米管的直径为75nm，长度为8μm；天然木质粉为木粉、竹粉、秸秆纤维粉，粒径为100目，木质素含量在30wt％，纤维素的含量在2wt％；热塑性塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚碳酸酯；润滑剂为润滑剂硬脂酸盐、硬脂酸；阻燃剂为RDX阻燃剂，TPP阻燃剂；助剂为透骨草、松罗、白蔹、藜实、抗氧剂1098、抗氧剂626、抗氧剂1010、抗紫外光剂、受阻胺酚光稳定剂和受阻胺光稳定剂；
埃洛石纳米管增强木塑复合材料由如下步骤制得：
S1、按配比将热塑性塑料、天然木质粉、润滑剂、助剂加入混合机种混合均匀得到预混料；
S2、将预混料和埃洛石纳米管、聚甲基丙烯酸甲酯、阻燃剂混合均匀得到混合物料，将混合物料在双棍炼塑机进行混炼塑化，其中，混炼温度为190℃，混炼时间为15min；
S3、将塑化后物料热压定型，冷却得到埃洛石纳米管增强木塑复合材料，热压温度为195℃，压力为15MPa。
对照例
一种木塑复合材料，其组分按重量份包括：热塑性塑料55份、天然木质粉45份、聚甲基丙烯酸甲酯22份、阻燃剂8份、润滑剂4份、助剂15份；
天然木质粉为木粉、竹粉、秸秆纤维粉，粒径为100目，木质素含量在30wt％，纤维素的含量在2wt％；热塑性塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚碳酸酯；润滑剂为润滑剂硬脂酸盐、硬脂酸；阻燃剂为RDX阻燃剂，TPP阻燃剂；助剂为透骨草、松罗、白蔹、藜实、抗氧剂1098、抗氧剂626、抗氧剂1010、抗紫外光剂、受阻胺酚光稳定剂和受阻胺光稳定剂；
埃洛石纳米管增强木塑复合材料由如下步骤制得：
S1、按配比将热塑性塑料、天然木质粉、润滑剂、助剂加入混合机种混合均匀得到预混料；
S2、将预混料和聚甲基丙烯酸甲酯、阻燃剂混合均匀得到混合物料，将混合物料在双棍炼塑机进行混炼塑化，其中，混炼温度为190℃，混炼时间为15min；
S3、将塑化后物料热压定型，冷却得到埃洛石纳米管增强木塑复合材料，热压温度为195℃，压力为15MPa。
将上述实施例3-6所述的埃洛石纳米管增强木塑复合材料和对照例所述的木塑复合材料进行性能测试，结果如下所示：
性能 冲击强度/(kJ/m2) 弯曲模量/MPa 弯曲强度/MPa
实施例3 55.56 3597 48.97
实施例4 55.31 3687 59.87
实施例5 54.41 3846 60.12
实施例6 56.40 3794 59.14
对照例 12.57 2541 32.54
从测试数据可以看出，本发明添加埃洛石纳米，搭配聚甲基丙烯酸甲酯使用，显著提高了复合材料的力学性能，冲击强度达到56.40MPa，最大弯曲模量为3846MPa，最大弯曲强度为60.12MPa，满足了实际使用要求，节约了生产成本，环保节能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种埃洛石纳米管增强木塑复合材料，其特征在于，其组分按重量份包括：热塑性塑料50-90份、天然木质粉30-60份、埃洛石纳米管5-15份、聚甲基丙烯酸甲酯20-30份、阻燃剂5-10份、润滑剂3-7份、助剂5-20份；
其中，埃洛石纳米管中埃洛石的孔隙度为18-30％，孔径为3-40nm；天然木质粉中纤维素的含量在2-5wt％。
2.根据权利要求1所述的埃洛石纳米管增强木塑复合材料，其特征在于，热塑性塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯中的一种或两种以上混合物；优选地，热塑性塑料为聚乙烯和聚氯乙烯。
3.根据权利要求1所述的埃洛石纳米管增强木塑复合材料，其特征在于，天然木质粉为木粉、稻糠、竹粉、秸秆纤维粉、果壳纤维粉中的一种或两种以上混合物，其中，粒径为30-100目，木质素含量在15wt％以上。
4.根据权利要求1所述的埃洛石纳米管增强木塑复合材料，其特征在于，埃洛石纳米管的直径为30-75nm，长度为3-8μm。
5.根据权利要求1所述的埃洛石纳米管增强木塑复合材料，其特征在于，润滑剂为润滑剂硬脂酸盐、硬脂酸、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡中的一种或两种以上混合物。
6.根据权利要求1所述的埃洛石纳米管增强木塑复合材料，其特征在于，阻燃剂为RDX阻燃剂、TPP阻燃剂、RDP阻燃剂和BDP阻燃剂中的一种或两种以上混合物。
7.根据权利要求1所述的埃洛石纳米管增强木塑复合材料，其特征在于，助剂为抗菌剂、抗氧剂、稳定剂中的一种或两种以上混合物。
8.根据权利要求7所述的埃洛石纳米管增强木塑复合材料，其特征在于，抗菌剂为中药抗菌剂；优选地，中药抗菌剂为透骨草、松罗、白蔹、藜实中的一种或两种以上混合物；
抗氧剂为抗氧剂1098、抗氧剂626、抗氧剂1010中的一种或者两种以上混合物；
稳定剂为抗紫外光剂、受阻胺酚光稳定剂、受阻胺光稳定剂中的一种或两种以上混合物。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的埃洛石纳米管增强木塑复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按配比将热塑性塑料、天然木质粉、润滑剂、助剂加入混合机种混合均匀得到预混料；
S2、将预混料和埃洛石纳米管、聚甲基丙烯酸甲酯、阻燃剂混合均匀得到混合物料，将混合物料进行混炼塑化，其中，混炼温度为180-195℃；
S3、将塑化后物料热压定型，冷却得到埃洛石纳米管增强木塑复合材料，热压温度为185-195℃，压力为10-20MPa。
10.根据权利要求9所述的埃洛石纳米管增强木塑复合材料的制备方法，其特征在于，S2中，混合物料在双棍炼塑机中进行混炼塑化，混炼时间为10-15min。
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