CN1227297C - 一种改性木塑复合材料其用途及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改性木塑复合材料其用途及其制造方法，其利用木粉及塑料或废旧塑料为主要原料，配以少量助剂，用专用接技剂对木粉及塑料表面进行接枝改性处理，有效增强木粉和塑料间的界面强度，采用连续挤出工艺，利用各种断面形状的模具，挤出生产各种高性能复合材料。其中木粉成分含量超过50%。该发明通过木粉与塑料表面的接枝处理，显著提高了复合材料的拉伸强度、抗弯强度及抗冲击强度，可以实现高性能产品如建筑工程材料的工业化生产。

Description

一种改性木塑复合材料其用途及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种改性木塑复合材料，更确切地说涉及一种隔音；隔热，密封性好，强度高，耐候性好的改性复合材料，本发明还涉及上述复合材料的用途及该材料的制造方法。

背景技术

为了充分利用资源作为保护环境、降低能耗的有效手段，以塑代木、以塑代钢的思路早在70年代就已经被提出来。然而30年后的今天，木塑产品的应用仍微乎其微，实际生活中很少见到。即使某些发达国家中，该材料在制作木塑门窗、铁路枕轨、建筑模板、轿车门护板、轿车内衬件及装饰装修等方面，也只是处于开始和起步阶段。木塑产品的应用，还有待于科研技术的进一步深入和完善，但是在二十一世纪里必将得到迅速发展，这已经成为环保、建筑、政府等部门及科学界的共识。

最近几年，木塑复合技术的研究已成为国内外同行业研究的热点。然而现有的木塑产品性能偏低，产品质量不稳定，所以在现有技术中，木塑复合材料中木粉的含量均在40％以下，因而木塑复合材料的性能不理想，材料的性能更象塑料而不象木材，如果木粉含量增加到50％以上，其加工性能、强度都会有所改善，但由于木粉和塑料间的相界面结合强度低，造成产品力学性能低，因而导致产品质量无法满足使用要求。而在木塑门窗型材、建筑模板及其它高档木塑产品方面，目前尚未能够提供合格的产品。

经对发明的技术检索，查到了国内外有关的公开发明专利。一项为“木塑组合物”(申请号为901026395)，其塑料限于再生塑料，其原料中植物纤维颗粒与塑料原料的处理及采用的设备工艺是常规的混合和压制，因此其产品未能实际应用。另一项为“木粉填充PVC制品’(申请号为001299352)，其中木粉含量小于40％。还有一项专利“木质塑料”(申请号941 13968.9)，是利用模压或注塑法生产，但没能解决木粉塑料间相界面结合强度低的问题，总之，产业上一直期待力学性能好，外观和加工性能更接近于木材的木塑产品的出现。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种高强度、耐腐蚀、耐候性好，外观和加工性能更接近于木材的木塑复合材料。

本发明是通过以下的组合物实现上述目的的，该组合物包括(重量百分比)：

木粉：55％——70％；

苯乙烯和丙烯酸甲酯混合单体：2.0～8％(重量比1∶2)

选自PVC、PP、PE中的任一种塑料：25～35％

二盐基亚磷酸铅：0.5～2.0％

二盐基硬酯酸铅：0.2～1.5％

硬酯酸铅：0.2～1.5％

硬酯酸钙；1.5～1.5％

ACR-201(或401)：1.0～3.0％

碳酸钙：1.0～10.0％

高分子蜡：0.1～2.0％

颜料：微量

为能更好的提高上述组合物的抗冲击强度和热稳定性及产品的光洁度上述组合物中可以加入三盐基硫酸铅：＞0～1.5％，CPE：＞0～4.0％，石蜡：＞0～1.0％，氧化聚乙烯蜡：＞0～1.0％。

上述组合物的制备是分两步骤进行的，具体方法如下：

将以木纤维为主要成分的废木材、树枝、竹子、稻壳、花生壳及植物桔杆等物质破碎至小于30mm后，再经磨粉机磨成细度30目～300目的木粉，经吹热风及110℃～150℃烘干，使水分≤2％，然后加入2.0-8.0％(重量比1∶2)接枝剂苯乙烯和丙烯酸甲酯，在高速混合机中混合至5～20分钟出料，成为改性木粉，其已接枝的木粉为木粉总量的40％。

该塑料组分可以用新型塑料树脂或废塑料颗粒，也可以新、旧塑料混用。塑料的种类可以为PVC、PP、PE等，废旧塑料经清洗、破碎、烘干处理将所用的塑粉制成粒度为2～12mm的粒料，使其水分含量≤2％。

将50-70％(重量百分比，以产品的总重量为基准下同)，改性木粉与塑料组分及其它助剂加入高速混合机，转速800-1200rpm，高速混合5～20分钟后，卸料至低速冷混机，冷混机筒壁内通入低于25℃的冷却水，待料温低于55℃出料，制成专用预混料.将预混料加入异向双螺杆排气技出机进行连续挤出，在挤出机中，物料温度可达170～198℃，压强可达20Mpa～37Mpa，在高温、高压及高剪切力作用下，所加的接枝剂在木粉表面及塑料高分子链上形成接枝链，接枝链之间形成物理及化学缠结，从而显著提高了木粉与塑料间的粘接力，在高温下经模具冷却定型，制得高强度及高抗冲击性的新型材料。

上述组合物中，除木粉及塑料外，苯乙烯和丙烯酸甲酯为热接枝单体，二盐基亚磷酸铅、三盐基硫酸铅、二盐基硬酯铅为热稳定剂，硬酯酸铅、硬酯酸钙和高分子蜡为润滑剂，CPE为抗冲击改性剂，ACR-201或401为加工助剂，碳酸钙为补强填料。

其中定型模具采取真空吸附式，冷却定型水温为10℃～20℃；挤出机机筒温度为130C～195℃，模头温度为160℃～200℃，排气真空负压为-0.05Mpa～-0.1Mpa。

也可以将上述预混料加入单螺杆挤出机先进行造粒，再加入排气挤出机挤出制品。其中单螺杆挤出机机简各段温度为120℃～180℃，模头温度为150℃～200℃。

按以上工艺生产的改性木塑材料，生产出各种产品，其性能完全达到木塑门窗，建筑模板及其它高档木塑产品的要求。本发明的木塑复合材料技术指标参见表1。

测试数据如下：

性能	数值	单位	测试标准
				吸水率	≤0.4％
抗弯模量	≥2.6	GPa	GB9341-88

抗弯强度	≥40	MPa	GB9341-88
				压缩模量	≥1.0	GPa	GB/T1041
压缩强度	≥25	Mpa	GB/T1041
				冲击强度	≥90	J/m	GB1843
维卡软化点	≥85	℃	GB/T1633

通过上表可以看出经改性的复合材料具有很高的强度和抗弯和抗冲击性能，此外本发明的材料的外观近似木材，而且可以用刨、锯，凿等加工木材的方式加工，从而使该复合材料具有隔热、隔音、耐候性好，不腐蚀，耐环境应力等优点，从根本上解决了已往木塑技术的产品力学强度低的缺点，其中抗冲击强度的显著提高有效解决了原来产制品的脆性问题，使木塑复合技术转化为实际的高性能商品。而且该木塑复合材料生产能耗低，生产过程产生的废料可全部回收再利用，无环境污染，是典型的绿色环保产品。利用该木塑复合材料可制成各种复杂形状、尺寸稳定异型工程材料，如门窗用型材、建筑模板、墙体隔板、整体楼梯等等；对于强度要求较低的制品如地板材料、办公家具、公园坐椅、围栏等，都可开发制作，其应用范围极其广阔。

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1：

将废树枝除去尘土，经磨粉机磨成细度为60目～100目的木粉，经110℃～150℃烘干，水分≤2％；再和4％的苯乙烯和丙烯酸甲酯(重量比1∶2)的混合物一起，在高速混合机中混合至8分钟出料，成为改性木粉。

取重量比为1∶1的PVC塑料与回收的PVC塑料，所述的回收PVC塑料经清洗、破碎、烘干处理后，制成水分含量≤2％、粒度小于12mm的粒料。

将原料重量配比为：(以产品总重量为基准)

木粉：59％。

苯乙烯和丙烯酸甲酯混合单体：4％(重量1∶2)

PVC塑料：26％

二盐基亚磷酸铅：1.0％

三盐基硫酸铅：0.5％

二盐基硬醋酸铅；0.1％

硬酯酸铅：0.3％

硬酯酸钙：0.6％

CPE：3.0％

ACR-201：2.0％

碳酸钙：3.0％

高分子蜡：0.2％

石蜡：0.3％

的原料加入高速混合机，转速800-1200rpm，高速混合10分钟；卸料至低速冷混机，冷混机简壁内通入20℃的冷却水，待料温低于55℃出料，制成专用预混料，将预混料加入异向双螺杆排气挤出机进行连续挤出，经板材模具冷却定型制得人造板材，其中采取真空吸附式定型模具，冷却定型水温为10℃～18℃；挤出机机筒温度为130℃～195℃，模头温度为I60℃～200℃，然气真空负压为-006MPa～-0.09Mpa。

测试数据如下：

性能	数值	单位	测试标准
				吸水率	≥0.4％
抗弯模量	3.0	GPa	GB9341-88
				抗弯强度	4.5	MPa	GB9341-88
压缩模量	1.6	GPa	GB/T1041
				压缩强度	30	Mpa	GB/T1041
冲击强度	102	J/m	GB1843
				维卡软化点	88	℃	GB/T1633

所得板材外观与木材相似且可用加工木材的方式进行加工。

实施例2：

将干毛竹清理干净，破碎至30mm以下粒度，经磨粉机磨成细度60目～100目的毛竹粉，经110℃～150℃烘干，使水份≤2％后加入的苯乙烯和丙烯酸甲酯混合物体，在高速混合机中混合15分钟出料，得到改性毛竹粉。

塑料组分采用PP塑料树脂。

将原料重量配比为：(以产品总重量为基准)

毛竹粉：66％；

苯乙烯和丙烯酸甲酯混合物(重量比为1∶2)：5％

无规PP新料：23％

硬酯酸钙：0.6％

碳酸钙：2.5％

石蜡：0.8％

将表面处理后原料与塑料组分及其它助剂加入高速混合机，转速800-1200rpm，高速混合18分钟，卸料至低速冷混机，冷混机筒壁内通入20℃的冷却水，待料温低于55℃出料，制成预混料，将预混料加入排气挤出机进行连续挤出，经模具冷却定型制得人造木材，可用于制作餐桌面板、浴室隔墙板，游泳池地板等等。采取真空吸附式定型模具，冷却定型水温为14℃～20℃；挤出机机筒温度为160℃～210℃，模头温度为190℃～230℃，排气真空负压为-0.04MPa～-0.1Mpa。

测试数据如下：

性能	数值	单位	测试标准
				吸水率	≥0.4％
抗弯模量	2.9	GPa	GB9341-88
				抗弯强度	4.6	MPa	GB9341-88
压缩模量	1.5	GPa	GB/T1041
				压缩强度	28	Mpa	GB/T1041
冲击强度	98	J/m	GB1843
				维卡软化点	85	℃	GB/T1633

所得板材外观极似木材，且可用加工木材的方法及对其加工。

Claims (4)

1.一种改性木塑复合材料，其特征为：该组合物包括：木粉：55％-70％；重量比1∶2的苯乙烯和丙烯酸甲酯混合单体：2.0-8％；选自聚氯乙烯PVC、聚丙烯PP、聚乙烯PE中的任一种的塑料：25-35％；二盐基亚磷酸铅：0.5-2.0％；二盐基硬脂酸铅：0.2-1.5％；硬脂酸铅：0.2-1.5％；硬脂酸钙：0.6-1.5％；丙烯酸酯类树脂ACR-201或401：1.0-3.0％；碳酸钙：1.0-10.0％；高分子蜡：0.1-2.0％；以上百分比均为重量百分比，以产品的总重量为基准。

2.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征为：除上述组份外还可以加入三盐基硫酸铅：＞0-1.5％，氯化聚乙烯CPE：＞0-4.0％，石蜡：＞0-1.0％，氧化聚乙烯蜡：＞0-1.0％，以上百分比均为重量百分比，以产品的总重量为基准。

3.一种权利要求1的改性木塑复合材料的制备方法，其特征为：所述的复合材料是分两步生产的，1)将细度30目-300目的木粉，经吹热风及110℃-150℃烘干，使水分≤2％，然后加入2.0-8.0％的接枝剂重量比1∶2的苯乙烯和丙烯酸甲酯，在高速混合机中混合5-20分钟出料，成为改性木粉；2)将50-70％的所述改性木粉与25-35％的水分≤2％且粒度为2-12mm的选取自聚氯乙烯PVC、聚丙烯PP、聚乙烯PE的塑料组分及权利要求1所述其它助剂加入高速混合机，以转速800-1200rpm，高速混合5-20分钟后，卸料至低速冷混机中，低速冷混机筒壁内通入低于25℃的冷却水，待料温低于55℃出料，制成预混料，将该预混料加入挤出设备连续挤出，在高温下经模具冷却定型，以上百分比均为重量百分比，以产品的总重量为基准。

4.根据权利要求3所述的改性复合材料的制备方法，其特征为：在挤出设备中，物料温度为170-198℃，压强为20Mpa-37Mpa。