CN111057385A - 一种超耐磨木塑共挤复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超耐磨木塑共挤复合材料及其制备方法。本发明的超耐磨木塑共挤复合材料由芯层和用于包覆芯层的超耐磨面层组成，芯层包含植物纤维、PE塑料、相容剂、抗氧剂、润滑剂和滑石粉，超耐磨面层包含PE塑料、改性聚丙烯纤维、乙烯‑甲基丙烯酸共聚物、界面改性剂、耐磨剂、光稳定剂、抗氧剂和其他助剂。本发明的超耐磨木塑共挤复合材料的制备方法十分简单，先分别制备芯层颗粒料和超耐磨面层颗粒料，再进行共挤成型即可。本发明的超耐磨木塑共挤复合材料的抗刮耐磨性能优异、强度高、抗冲击性能优异、硬度大、吸水率低、耐老化性能好，户外使用不易褪色和发霉，木质感强，防滑效果好。

Description

一种超耐磨木塑共挤复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种超耐磨木塑共挤复合材料及其制备方法，属于木塑复合材料技术领域。
背景技术
木塑复合材料是一种由聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等塑料与木粉、稻壳、秸秆等植物纤维混合制成的新型复合材料。近年来，木塑复合材料发展十分迅速，在包装箱、汽车内饰件、户外铺板、栅栏、家具、门窗等领域均有应用，其适用范围几乎可以涵盖所有原木、塑料、塑钢、铝合金及其它相似复合材料现在使用的领域。同时，由于木塑复合材料具有天然的资源和环保优势，符合可持续性发展、循环经济和低碳经济要求，成为目前各级政府扶持发展和提倡应用的绿色环保节能材料。木塑复合材料的优点是原料多样化、制备可塑化、产品环保化、应用经济化、再生低碳化，有望取代天然木材。
然而，现有的木塑复合材料的抗刮耐磨性能差，无法很好地满足实际应用要求。虽然市面上有不少耐磨木塑复合材料，但均需要添加大量的耐磨剂，不仅会对木塑复合材料的力学性能造成很大影响，而且还会造成木塑复合材料的生产制造成本明显增加。
因此，有必要进行技术升级，提高木塑复合材料的性能，克服现有木塑复合材料的缺陷和不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超耐磨木塑共挤复合材料及其制备方法，克服现有木塑复合材料抗刮耐磨性能差的缺陷，扩大木塑复合材料的应用范围。
本发明所采取的技术方案是：
一种超耐磨木塑共挤复合材料，由芯层和用于包覆芯层的超耐磨面层组成，所述芯层包含以下质量百分比的组分：
植物纤维：35％～70％；
PE塑料：20％～40％；
相容剂：0.5％～5％；
抗氧剂：0.1％～0.5％；
润滑剂：1％～4％；
滑石粉：5％～20％；
所述超耐磨面层包含以下质量百分比的组分：
PE塑料：10％～40％；
改性聚丙烯纤维：5％～15％；
乙烯-甲基丙烯酸共聚物：10％～40％；
界面改性剂：5％～15％；
耐磨剂：1％～10％；
光稳定剂：0.2％～1％；
抗氧剂：0.1％～0.5％；
其他助剂：1％～10％。
优选的，一种超耐磨木塑共挤复合材料，由芯层和用于包覆芯层的超耐磨面层组成，所述芯层包含以下质量百分比的组分：
植物纤维：45％～65％；
PE塑料：25％～35％；
相容剂：2％～5％；
抗氧剂：0.1％～0.5％；
润滑剂：1％～4％；
滑石粉：5％～15％；
所述超耐磨面层包含以下质量百分比的组分：
PE塑料：20％～35％；
改性聚丙烯纤维：5％～15％；
乙烯-甲基丙烯酸共聚物：25％～35％；
界面改性剂：5％～15％；
耐磨剂：3％～8％；
光稳定剂：0.3％～0.8％；
抗氧剂：0.3％～0.5％；
其他助剂：3％～10％。
优选的，所述芯层的厚度为5～150mm，超耐磨面层的厚度为0.5～2mm。
优选的，所述芯层的宽度为10～350mm。
优选的，所述植物纤维为木粉、竹粉、秸秆粉、稻壳粉、花生壳粉、椰子壳粉、蔗渣粉中的至少一种。
进一步优选的，所述植物纤维为木粉。
优选的，所述相容剂为乙烯-丙烯酸共聚物、马来酸酐接枝石蜡、马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的至少一种。
进一步优选的，所述相容剂为乙烯-丙烯酸共聚物。
优选的，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂264中的至少一种。
优选的，所述改性聚丙烯纤维的长径比≥100。
优选的，所述界面改性剂为乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的至少一种。
进一步优选的，所述界面改性剂为乙烯-丙烯酸共聚物。
优选的，所述耐磨剂为丙烯酸改性有机硅弹性体、超高分子量聚乙烯、玻纤增强聚丙烯中的至少一种。
优选的，所述光稳定剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、聚丁二酸(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯、三嗪-哌啶缩合物中的至少一种。
进一步优选的，所述光稳定剂为光稳定剂622。
优选的，所述其他助剂包括润滑剂和表面改性剂。
优选的，所述表面改性剂为有机硅氧烷。
优选的，所述超耐磨面层还包含1％～5％的二氧化硅。
上述超耐磨木塑共挤复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)芯层颗粒料的制备：将植物纤维充分干燥，再将植物纤维、PE塑料、相容剂、抗氧剂、润滑剂和滑石粉加入高速混合机，进行高速共混，再将得到的共混料加入造粒生产线，进行熔融、混炼、切粒、风干和冷却，得到芯层颗粒料；
2)超耐磨面层颗粒料的制备：将二氧化硅干燥后用表面改性剂进行改性，再将改性的二氧化硅、PE塑料、改性聚丙烯纤维、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、界面改性剂、耐磨剂、光稳定剂、抗氧剂和润滑剂加入高速混合机，进行高速共混，使二氧化硅、耐磨剂、PE塑料和改性聚丙烯纤维通过双逾渗效应复合在一起，再将得到的共混料加入造粒生产线，进行熔融、混炼、造粒、冷却和风干，得到超耐磨面层颗粒料；
3)共挤成型：将芯层颗粒料加入锥形双螺杆挤出机，通过锥形双螺杆的输送、加热、剪切和熔炼挤出使芯层颗粒料进入共挤模具的内部通道形成芯层，同时将超耐磨面层颗粒料加入单螺杆挤出机，通过单螺杆的输送、加热、压缩、摩擦和熔炼挤出使超耐磨面层颗粒料进入共挤模具的外部通道将芯层全方位包覆，再成型、压花、冷却和切割，得到超耐磨木塑共挤复合材料。
本发明的有益效果是：本发明的超耐磨木塑共挤复合材料的抗刮耐磨性能优异、强度高、抗冲击性能优异、硬度大、吸水率低、耐老化性能好，户外使用不易褪色和发霉，外观上既保留了传统木塑型材的木质感优点，又增加了防滑效果，且制备工艺简单、生产成本低、安全环保，适合大规模推广应用。
1)本发明将二氧化硅、耐磨剂、PE塑料和改性聚丙烯纤维通过双逾渗效应复合在一起，保证制备的木塑共挤复合材料中二氧化硅和耐磨剂的良好分散，最终可以得到抗刮耐磨性能优异、高模量、高强度、耐水性好、耐候性好的新型环保高性能木塑共挤复合材料；
2)本发明选用的光稳定剂适合在弱酸性配方体系中使用，可以最大限度发挥抗紫外线性能；
3)本发明的木塑共挤复合材料具有芯层和超耐磨面层组成的复合结构，芯层用于提供结构强度，超耐磨面层用于提供优异的抗刮耐磨性能、冲击性能、耐磨性能、高硬度和耐老化性能，这样的结构设计可以大幅降低木塑共挤复合材料中各类功能添加剂的整体添加量，节约了原材料，降低了木塑共挤复合材料的生产成本；
4)本发明的木塑共挤复合材料通过共挤出进行成型，芯层和超耐磨面层会在界面处交联，最终芯层和超耐磨面层的结合十分紧密；
5)本发明的木塑共挤复合材料的原料环保，甲醛释放量低，加工性能良好，可以提升行业技术水平和产品档次，达到了国内领先水平；
6)本发明的木塑共挤复合材料的制备工艺简单，先进行原料共混和挤出造粒制备出芯层颗粒料和超耐磨面层颗粒料，再进行共挤成型即可，与传统的多步法成型复合工艺相比，具有能耗低、设备占地面积小、投资少等优点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1：
一种超耐磨木塑共挤复合材料，由芯层和用于包覆芯层的超耐磨面层组成，芯层和超耐磨面层的组成如下表所示：
表1一种超耐磨木塑共挤复合材料的芯层和超耐磨面层的组成表
Figure BDA0002299133830000041
Figure BDA0002299133830000051
上述超耐磨木塑共挤复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)芯层颗粒料的制备：将木粉充分干燥，再将木粉、PE塑料、乙烯-丙烯酸共聚物、抗氧剂1010、乙撑双硬脂酸酰胺和滑石粉加入高速混合机，进行高速共混，再将得到的共混料加入造粒生产线，进行熔融、混炼、切粒、风干和冷却，得到芯层颗粒料；
2)超耐磨面层颗粒料的制备：将二氧化硅干燥后用有机硅氧烷进行改性，再将改性的二氧化硅、PE塑料、改性聚丙烯纤维、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、丙烯酸改性有机硅弹性体、光稳定剂622、抗氧剂1010和乙撑双硬脂酸酰胺加入高速混合机，进行高速共混，使二氧化硅、丙烯酸改性有机硅弹性体、PE塑料和改性聚丙烯纤维通过双逾渗效应复合在一起，再将得到的共混料加入造粒生产线，进行熔融、混炼、造粒、冷却和风干，得到超耐磨面层颗粒料；
3)共挤成型：将芯层颗粒料加入锥形双螺杆挤出机，通过锥形双螺杆的输送、加热、剪切和熔炼挤出使芯层颗粒料进入共挤模具的内部通道形成芯层，同时将超耐磨面层颗粒料加入单螺杆挤出机，通过单螺杆的输送、加热、压缩、摩擦和熔炼挤出使超耐磨面层颗粒料进入共挤模具的外部通道将芯层全方位包覆，再成型、压花、冷却和切割，得到超耐磨木塑共挤复合材料(内外层结构，总厚度23mm，超耐磨面层厚度0.5mm，芯层厚度22mm)。
实施例2：
一种超耐磨木塑共挤复合材料，由芯层和用于包覆芯层的超耐磨面层组成，芯层和超耐磨面层的组成如下表所示：
表2一种超耐磨木塑共挤复合材料的芯层和超耐磨面层的组成表
Figure BDA0002299133830000061
上述超耐磨木塑共挤复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)芯层颗粒料的制备：将木粉充分干燥，再将木粉、PE塑料、乙烯-丙烯酸共聚物、抗氧剂1010、乙撑双硬脂酸酰胺和滑石粉加入高速混合机，进行高速共混，再将得到的共混料加入造粒生产线，进行熔融、混炼、切粒、风干和冷却，得到芯层颗粒料；
2)超耐磨面层颗粒料的制备：将二氧化硅干燥后用有机硅氧烷进行改性，再将改性的二氧化硅、PE塑料、改性聚丙烯纤维、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、丙烯酸改性有机硅弹性体、光稳定剂622、抗氧剂1010和乙撑双硬脂酸酰胺加入高速混合机，进行高速共混，使二氧化硅、丙烯酸改性有机硅弹性体、PE塑料和改性聚丙烯纤维通过双逾渗效应复合在一起，再将得到的共混料加入造粒生产线，进行熔融、混炼、造粒、冷却和风干，得到超耐磨面层颗粒料；
3)共挤成型：将芯层颗粒料加入锥形双螺杆挤出机，通过锥形双螺杆的输送、加热、剪切和熔炼挤出使芯层颗粒料进入共挤模具的内部通道形成芯层，同时将超耐磨面层颗粒料加入单螺杆挤出机，通过单螺杆的输送、加热、压缩、摩擦和熔炼挤出使超耐磨面层颗粒料进入共挤模具的外部通道将芯层全方位包覆，再成型、压花、冷却和切割，得到超耐磨木塑共挤复合材料(内外层结构，总厚度23mm，超耐磨面层厚度0.5mm，芯层厚度22mm)。
实施例3：
一种超耐磨木塑共挤复合材料，由芯层和用于包覆芯层的超耐磨面层组成，芯层和超耐磨面层的组成如下表所示：
表3一种超耐磨木塑共挤复合材料的芯层和超耐磨面层的组成表
Figure BDA0002299133830000071
Figure BDA0002299133830000081
上述超耐磨木塑共挤复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)芯层颗粒料的制备：将木粉充分干燥，再将木粉、PE塑料、乙烯-丙烯酸共聚物、抗氧剂1010、乙撑双硬脂酸酰胺和滑石粉加入高速混合机，进行高速共混，再将得到的共混料加入造粒生产线，进行熔融、混炼、切粒、风干和冷却，得到芯层颗粒料；
2)超耐磨面层颗粒料的制备：将二氧化硅干燥后用有机硅氧烷进行改性，再将改性的二氧化硅、PE塑料、改性聚丙烯纤维、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、丙烯酸改性有机硅弹性体、光稳定剂622、抗氧剂1010和乙撑双硬脂酸酰胺加入高速混合机，进行高速共混，使二氧化硅、丙烯酸改性有机硅弹性体、PE塑料和改性聚丙烯纤维通过双逾渗效应复合在一起，再将得到的共混料加入造粒生产线，进行熔融、混炼、造粒、冷却和风干，得到超耐磨面层颗粒料；
3)共挤成型：将芯层颗粒料加入锥形双螺杆挤出机，通过锥形双螺杆的输送、加热、剪切和熔炼挤出使芯层颗粒料进入共挤模具的内部通道形成芯层，同时将超耐磨面层颗粒料加入单螺杆挤出机，通过单螺杆的输送、加热、压缩、摩擦和熔炼挤出使超耐磨面层颗粒料进入共挤模具的外部通道将芯层全方位包覆，再成型、压花、冷却和切割，得到超耐磨木塑共挤复合材料(内外层结构，总厚度23mm，超耐磨面层厚度0.5mm，芯层厚度22mm)。
实施例4：
一种超耐磨木塑共挤复合材料，由芯层和用于包覆芯层的超耐磨面层组成，芯层和超耐磨面层的组成如下表所示：
表4一种超耐磨木塑共挤复合材料的芯层和超耐磨面层的组成表
Figure BDA0002299133830000082
Figure BDA0002299133830000091
上述超耐磨木塑共挤复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)芯层颗粒料的制备：将木粉充分干燥，再将木粉、PE塑料、乙烯-丙烯酸共聚物、抗氧剂1010、乙撑双硬脂酸酰胺和滑石粉加入高速混合机，进行高速共混，再将得到的共混料加入造粒生产线，进行熔融、混炼、切粒、风干和冷却，得到芯层颗粒料；
2)超耐磨面层颗粒料的制备：将二氧化硅干燥后用有机硅氧烷进行改性，再将改性的二氧化硅、PE塑料、改性聚丙烯纤维、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、丙烯酸改性有机硅弹性体、光稳定剂622、抗氧剂1010和乙撑双硬脂酸酰胺加入高速混合机，进行高速共混，使二氧化硅、丙烯酸改性有机硅弹性体、PE塑料和改性聚丙烯纤维通过双逾渗效应复合在一起，再将得到的共混料加入造粒生产线，进行熔融、混炼、造粒、冷却和风干，得到超耐磨面层颗粒料；
3)共挤成型：将芯层颗粒料加入锥形双螺杆挤出机，通过锥形双螺杆的输送、加热、剪切和熔炼挤出使芯层颗粒料进入共挤模具的内部通道形成芯层，同时将超耐磨面层颗粒料加入单螺杆挤出机，通过单螺杆的输送、加热、压缩、摩擦和熔炼挤出使超耐磨面层颗粒料进入共挤模具的外部通道将芯层全方位包覆，再成型、压花、冷却和切割，得到超耐磨木塑共挤复合材料(内外层结构，总厚度23mm，超耐磨面层厚度0.5mm，芯层厚度22mm)。
实施例5：
一种超耐磨木塑共挤复合材料，由芯层和用于包覆芯层的超耐磨面层组成，芯层和超耐磨面层的组成如下表所示：
表5一种超耐磨木塑共挤复合材料的芯层和超耐磨面层的组成表
Figure BDA0002299133830000101
上述超耐磨木塑共挤复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)芯层颗粒料的制备：将木粉充分干燥，再将木粉、PE塑料、乙烯-丙烯酸共聚物、抗氧剂1010、乙撑双硬脂酸酰胺和滑石粉加入高速混合机，进行高速共混，再将得到的共混料加入造粒生产线，进行熔融、混炼、切粒、风干和冷却，得到芯层颗粒料；
2)超耐磨面层颗粒料的制备：将二氧化硅干燥后用有机硅氧烷进行改性，再将改性的二氧化硅、PE塑料、改性聚丙烯纤维、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、丙烯酸改性有机硅弹性体、光稳定剂622、抗氧剂1010和乙撑双硬脂酸酰胺加入高速混合机，进行高速共混，使二氧化硅、丙烯酸改性有机硅弹性体、PE塑料和改性聚丙烯纤维通过双逾渗效应复合在一起，再将得到的共混料加入造粒生产线，进行熔融、混炼、造粒、冷却和风干，得到超耐磨面层颗粒料；
3)共挤成型：将芯层颗粒料加入锥形双螺杆挤出机，通过锥形双螺杆的输送、加热、剪切和熔炼挤出使芯层颗粒料进入共挤模具的内部通道形成芯层，同时将超耐磨面层颗粒料加入单螺杆挤出机，通过单螺杆的输送、加热、压缩、摩擦和熔炼挤出使超耐磨面层颗粒料进入共挤模具的外部通道将芯层全方位包覆，再成型、压花、冷却和切割，得到超耐磨木塑共挤复合材料(内外层结构，总厚度23mm，超耐磨面层厚度0.5mm，芯层厚度22mm)。
对比例：
市售木塑复合材料(单层结构，厚度23mm)。
测试例：
对实施例1～5和对比例的木塑复合材料进行性能测试，测试结果如下表所示：
表6实施例1～5和对比例的木塑复合材料的性能测试结果
Figure BDA0002299133830000111
注：
测试标准：GB/T 24508-2009。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超耐磨木塑共挤复合材料，由芯层和用于包覆芯层的超耐磨面层组成，其特征在于：所述芯层包含以下质量百分比的组分：
植物纤维：35％～70％；
PE塑料：20％～40％；
相容剂：0.5％～5％；
抗氧剂：0.1％～0.5％；
润滑剂：1％～4％；
滑石粉：5％～20％；
所述超耐磨面层包含以下质量百分比的组分：
PE塑料：10％～40％；
改性聚丙烯纤维：5％～15％；
乙烯-甲基丙烯酸共聚物：10％～40％；
界面改性剂：5％～15％；
耐磨剂：1％～10％；
光稳定剂：0.2％～1％；
抗氧剂：0.1％～0.5％；
其他助剂：1％～10％。
2.根据权利要求1所述的超耐磨木塑共挤复合材料，其特征在于：所述芯层包含以下质量百分比的组分：
植物纤维：45％～65％；
PE塑料：25％～35％；
相容剂：2％～5％；
抗氧剂：0.1％～0.5％；
润滑剂：1％～4％；
滑石粉：5％～15％；
所述超耐磨面层包含以下质量百分比的组分：
PE塑料：20％～35％；
改性聚丙烯纤维：5％～15％；
乙烯-甲基丙烯酸共聚物：25％～35％；
界面改性剂：5％～15％；
耐磨剂：3％～8％；
光稳定剂：0.3％～0.8％；
抗氧剂：0.3％～0.5％；
其他助剂：3％～10％。
3.根据权利要求1或2所述的超耐磨木塑共挤复合材料，其特征在于：所述芯层的厚度为5～150mm，超耐磨面层的厚度为0.5～2mm。
4.根据权利要求1或2所述的超耐磨木塑共挤复合材料，其特征在于：所述相容剂为乙烯-丙烯酸共聚物、马来酸酐接枝石蜡、马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的超耐磨木塑共挤复合材料，其特征在于：所述改性聚丙烯纤维的长径比≥100。
6.根据权利要求1或2所述的超耐磨木塑共挤复合材料，其特征在于：所述界面改性剂为乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的至少一种。
7.根据权利要求1或2所述的超耐磨木塑共挤复合材料，其特征在于：所述耐磨剂为丙烯酸改性有机硅弹性体、超高分子量聚乙烯、玻纤增强聚丙烯中的至少一种。
8.根据权利要求1或2所述的超耐磨木塑共挤复合材料，其特征在于：所述其他助剂包括润滑剂和表面改性剂。
9.根据权利要求1或2所述的超耐磨木塑共挤复合材料，其特征在于：所述超耐磨面层还包含1％～5％的二氧化硅。
10.权利要求1～9中任意一项所述的超耐磨木塑共挤复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)芯层颗粒料的制备：将植物纤维充分干燥，再将植物纤维、PE塑料、相容剂、抗氧剂、润滑剂和滑石粉加入高速混合机，进行高速共混，再将得到的共混料加入造粒生产线，进行熔融、混炼、切粒、风干和冷却，得到芯层颗粒料；
2)超耐磨面层颗粒料的制备：将二氧化硅干燥后用表面改性剂进行改性，再将改性的二氧化硅、PE塑料、改性聚丙烯纤维、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、界面改性剂、耐磨剂、光稳定剂、抗氧剂和润滑剂加入高速混合机，进行高速共混，使二氧化硅、耐磨剂、PE塑料和改性聚丙烯纤维通过双逾渗效应复合在一起，再将得到的共混料加入造粒生产线，进行熔融、混炼、造粒、冷却和风干，得到超耐磨面层颗粒料；
3)共挤成型：将芯层颗粒料加入锥形双螺杆挤出机，通过锥形双螺杆的输送、加热、剪切和熔炼挤出使芯层颗粒料进入共挤模具的内部通道形成芯层，同时将超耐磨面层颗粒料加入单螺杆挤出机，通过单螺杆的输送、加热、压缩、摩擦和熔炼挤出使超耐磨面层颗粒料进入共挤模具的外部通道将芯层全方位包覆，再成型、压花、冷却和切割，得到超耐磨木塑共挤复合材料。
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