專利名稱：：一種低吸水率的聚烯烴木塑復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種低吸水率的聚烯烴木塑復(fù)合材料，具體為一種以農(nóng)林廢棄物和廢舊塑料為主要原料制備的一種低吸水率的聚烯烴木塑復(fù)合材料。(二)
背景技術(shù)：
：木塑復(fù)合材料(Wood-PlasticComposites,簡稱WPC)是以植物纖維粉和塑料為主要原料,再加入少量偶聯(lián)劑和其它添加劑，采用高溫擠出(或注塑、壓制等)成型法制備的一種外觀和性能類似于天然木材的新型復(fù)合材料，其產(chǎn)品主要用作天然木材的替代品。制備木塑復(fù)合材料所用的植物纖維粉主要為農(nóng)林廢棄物，如木粉、竹粉、糠粉、農(nóng)作物秸稈粉等；所用的塑料主要為廢舊熱塑性塑料，如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等。開發(fā)木塑復(fù)合材料有利于農(nóng)林廢棄物和廢舊塑料的綜合利用和治理環(huán)境污染，有利于緩解木材日趨緊張的壓力和減少森林欲伐，這對于當(dāng)前的環(huán)境保護(hù)和建設(shè)節(jié)約型社會具有重要的意義。因此，近年來，木塑復(fù)合材料的產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用開發(fā)得到了廣泛重視和快速發(fā)展。木塑復(fù)合材料的一個非常重要應(yīng)用是作為木材的替代品廣泛用作戶外建材和戶外裝飾材，如戶外地板、柵欄、露臺、涼亭、棧橋、水上通道、露天座椅、高速公路隔音墻、海邊地板、花箱、園林景觀等。這些木塑復(fù)合材料的吸水率必須非常低，如果吸水率偏高，就會在戶外環(huán)境中產(chǎn)生一系列問題如吸7K后耐真菌腐朽性能降低，材料中的木粉易發(fā)霉、腐爛，耐凍融穩(wěn)定性變差，吸水后機(jī)械強(qiáng)度顯著下降，等等。一些早期的研究認(rèn)為，由于木塑復(fù)合材料中的植物纖維被塑料包覆,木塑復(fù)合材料的吸水率相當(dāng)?shù)?如<1%)，因此，早期人們曾宣稱木塑復(fù)合材料不吸水、不發(fā)霉、不腐爛，結(jié)果對如何降低木塑復(fù)合材料的吸水率沒有引起足夠的重視。但是，近年來木塑復(fù)合材料經(jīng)過了大量的實(shí)際應(yīng)用后，人們發(fā)現(xiàn)一般的木塑復(fù)合材料在戶外使用中會有較明顯的發(fā)霉、腐爛、吸水后強(qiáng)度降低，甚至吸水變形開裂等。這是因?yàn)樵缙趫蟮赖哪舅軓?fù)合材料吸水率數(shù)據(jù)是在吸水時間較短的時間(如24h)下測定的，此時木塑復(fù)合材并+吸水并沒有達(dá)到飽和。近來的研究(包括本發(fā)明者對國內(nèi)外各種木塑復(fù)合材料吸水率的研究)表明，木塑復(fù)合材料的吸水速率遠(yuǎn)低于木材，特別是其吸收的水份向材料內(nèi)部遷移的速率非常慢，但其飽和吸水率實(shí)際上并不低，植物纖維粉含量較高時尤其如此。如果將木塑復(fù)合材料薄片表面打磨后長時間地浸入水中(如二個月以上)，一般木塑復(fù)合材料的總吸水率可達(dá)10°/。左右，結(jié)果造成木塑復(fù)合材料的表面易發(fā)霉、腐爛、凍熔破壞，至使強(qiáng)度降低、使用壽命縮短等等。因此，降低現(xiàn)有木塑復(fù)合材料的吸水率是一個非常重要的技術(shù)問題，應(yīng)該引起足夠的重視。目前生產(chǎn)上降低木塑復(fù)合材料吸水率的一般方法主要有兩種一種方法是降低植物纖維粉的含量，另一種方法是添加偶聯(lián)劑(或相容劑)。但是，降低植物纖維含量會增加成本，并使木塑復(fù)合材料的外觀木質(zhì)感變差；而添加偶聯(lián)劑不僅會增加成本，而且降低吸水率相當(dāng)有限。結(jié)果使得現(xiàn)有的木塑復(fù)合材料的植物纖維粉含量不高(<60°/。)，且木塑產(chǎn)品的實(shí)際飽和吸水率偏高(24h吸水率不高，但吸水時間較長后，吸水率就較大了)，這可能是當(dāng)前木塑復(fù)合材料在戶外使用較長時間后易發(fā)霉、腐爛的重要原因。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是采用新的方法來顯著降低現(xiàn)有木塑復(fù)合材料產(chǎn)品的吸水率，提供一種低吸水率的聚烯烴木塑復(fù)合材料，特別是提供一種物纖維含量較高、同時吸水率很低的聚烯烴木塑復(fù)合材料，使其在戶外的使用性能更好、壽命更長。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種低吸水率的聚烯烴木塑復(fù)合材料，以改性植物纖維和改性塑料為主要原料制備得到；所述改性植物纖維制備方法包括100質(zhì)量份的干燥植物纖維粉與110質(zhì)量份的干性油在混合機(jī)中升溫至9010(TC充分混合后，靜置冷卻至干性油固化，得到所述改性植物纖維；所述干性油為亞麻油、梓油、桐油、蘇籽油或巴西果油中的一種或兩種以上的混合；所述改性塑料由如下方法制備得到取100質(zhì)量份熱塑性塑料，將1~5質(zhì)量^f分的復(fù)合改性單體和0.1-0.5質(zhì)量份的引發(fā)劑加入至熱塑性塑料中，混勻，將混合料加入擠出機(jī)于170190。C下擠出造粒，得到改性塑料；所述復(fù)合改性單體為馬來酸酐或馬來酸酐與下列之一或其中兩種以上的混合苯乙烯、丙烯酸、曱基丙烯酸、甲基丙烯酸曱酯、丙烯晴；所述引發(fā)劑為下列之一或其中兩種以上的混合過氧化異丙苯(DCP)、過氧化苯曱酰(BPO)、二叔丁基過氧化氫(DTBP)、叔丁基過氧化氫(TBHP)。干性油，是指涂布成膜后在空氣中于室溫下就能干燥成固體膜的油脂，其碘價〉170。本發(fā)明關(guān)鍵在于對制備木塑復(fù)合材料的主要原料——植物纖維粉和塑料進(jìn)行了改性處理，利用干性油對植物纖維粉進(jìn)行處理，制得改性植物纖維可降低吸水率，并且使木塑復(fù)合材料具有防霉、防腐性能；對塑料進(jìn)行接枝改性,其作用是降低吸水率,且顯著提高木塑復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度。木塑復(fù)合材料中植物纖維粉和塑料的用量，以及添加劑的種類和用量，均參照本領(lǐng)域常規(guī)木塑復(fù)合材料組成。優(yōu)選的，所述聚烯烴木塑復(fù)合材料由質(zhì)量配比如下的原料制備得到改性植物纖維50804分改性塑料155(H分潤滑劑1~5份光穩(wěn)定劑0.11.0份抗氧劑0.11.(H分；所述潤滑劑為常規(guī)用于木塑復(fù)合材料的潤滑劑，可為下列之一或其中兩種以上的混合硬脂酸、硬脂酸曱酯、硬脂酸丁酯、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、月桂酸鉛、液體石蠟、固體石蠟、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟；所述光穩(wěn)定劑為常規(guī)用于木塑復(fù)合材料的光穩(wěn)定劑，可為下列之一或其中兩種以上的混合光穩(wěn)定劑UV-531、光穩(wěn)定劑UV-1084、光穩(wěn)定劑UV-774;所述抗氧劑為常規(guī)用于木塑復(fù)合材料的抗氧劑劑，可為下列之一或其中兩種以上的混合抗氧劑BHT、抗氧劑1010、抗氧劑DLTP、抗氧劑330、抗氧劑SP、抗氧劑1084。本發(fā)明不采用加入偶聯(lián)劑或降低植物纖維粉含量的方法來降低吸水率，而是釆用以下方法來降低木塑復(fù)合材料的吸水率1、將植物纖維粉充分干燥后，加入高速混合機(jī)，在攪拌下加入少量干性油，使干性油被植物纖維粉吸收，并在植物纖維的內(nèi)部和表面固化，制得改性植物纖維粉；2、采用平行雙螺桿擠出機(jī)擠出熔融法，將原料中的塑料(廢舊PE或廢舊PP)全部或大部分用馬來酸酐(或與其它單體復(fù)配)進(jìn)行接枝改性，制得改性塑料；3、改性植物纖維粉與改性塑料混合，然后采用常規(guī)生產(chǎn)技術(shù)(擠出、注塑、壓制等方法)制得一種低吸水率的聚烯烴木塑復(fù)合材料。本發(fā)明中，木塑復(fù)合材料制備工藝過程如下按配方量將改性植物纖維粉、改性塑料、穩(wěn)定劑、潤滑劑等加入高速混合機(jī)混合均勻，將混合料加入同向平行雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行塑化造粒得木塑粒，將木塑粒加入錐形雙螺桿擠出機(jī)擠出成型，制得木塑復(fù)合材料。所述植物纖維粉為常規(guī)用于制備木塑復(fù)合材料的植物纖維粉,可為下列之一或其中兩種以上的混合木粉、竹粉、糠粉、秸稈粉，制備木塑復(fù)合材料時，通常需要研磨成30-100目的粉末。所述熱塑性塑料為常規(guī)用于制備木塑復(fù)合材料的熱塑性塑料，可以用新料，也可以用回收的廢舊塑料，為了降低成本和有利于廢舊塑料的回收利用，優(yōu)選廢舊塑料?？蔀橄铝兄换蚱渲袃煞N以上的混合聚乙烯、聚丙烯、ABS、聚苯乙烯。優(yōu)選的，制備所述改性植物纖維的原料質(zhì)量組成如下植物纖維粉100份干性油28份。優(yōu)選的，制備所述改性植物纖維的原料質(zhì)量組成如下熱塑性塑料100份馬來酸酐2-3^f分苯乙烯01.5<分過氧化異丙苯0.2~0.34分。更為優(yōu)選的，所述聚烯烴木塑復(fù)合材料由質(zhì)量配比如下的原料制備得到改性植物纖維55~75份改性塑料25~40份潤滑劑2.53.(H分光穩(wěn)定劑0.2~0.5份抗氧劑0.20.5份；所述改性植物纖維由如下方法制備得到取100質(zhì)量份的干燥植物纖維粉置于混合機(jī)中，攪拌下加入2~8質(zhì)量份的干性油，充分?jǐn)嚢枭郎刂?0~100°C，出料，靜置冷卻至干性油固化，得到所述改性植物纖維；所述改性塑料由如下方法制備得到取100質(zhì)量份熱塑性塑料，將23質(zhì)量份的馬來酸肝、01.5質(zhì)量份的苯乙烯和0.2~0.3質(zhì)量份的過氧化異丙苯加入至熱塑性塑料中，混勻，將混合料加入擠出機(jī)于17019(TC下擠出造粒，得到改性塑料；所述熱塑性塑料為聚乙烯或聚丙烯。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在1、通過將植物纖維和塑料改性，可以制得比常規(guī)木塑復(fù)合材料吸水率低得多的木塑復(fù)合材料，從而可在一定程度上防止木塑復(fù)合材料發(fā)霉、腐爛、吸水變形，提高其抗凍熔性能等；2、干性油具有良好的防腐、防霉性能，被植物纖維吸收后，可使木塑復(fù)合材料的防腐、防霉性能得到明顯改善；3、通過將植物纖維和塑料改性，制得的木塑復(fù)合材料力學(xué)強(qiáng)度顯著高于一般木塑復(fù)合材料，具有吸水率低、植物纖維粉含量高、外觀仿真木效果好、強(qiáng)度高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述,但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此實(shí)施例1:1、改性植物纖維的制備植物纖維改性質(zhì)量配方如下干燥植物纖維粉100份(杉木粉，80目)亞麻油44分改性植物纖維的制備過程如下用氣流旋流式干燥機(jī)或其它干燥設(shè)備將植物纖維粉干燥至水份含量低于2%,制得干植物纖維粉；按配方稱取植物纖維粉加入高速混合機(jī)，在高速攪拌時慢慢加入計量的干性油，充分?jǐn)噭虿⒅饾u升溫至100°C，出料，靜置至千性油固化，制得改性植物纖維粉。2、改性塑4牛的制備塑料改性質(zhì)量配方如下:回收廢舊PE100份馬來酸酐34分苯乙烯1.5份DCP引發(fā)劑0.3<分改性塑料的制備過程如下將PE加入拌料機(jī)攪拌，在攪拌時慢慢加入馬來酸酐、DCP和苯乙烯攪勻得到混合料。將混合料加入同向平行雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行反應(yīng)性擠出，接枝反應(yīng)溫度為175~185°C,制得接枝改性PE(即改性塑泮十)。3、木塑復(fù)合材料的制備取前述步驟制得的改性植物纖維粉和改性塑料，制備木塑復(fù)合材料。木塑復(fù)合材料制備質(zhì)量配方如下改性植物纖維粉65份改性塑料35份硬脂酸曱酯2.5份光穩(wěn)定劑UV-5310.45份抗氧劑10840.45J分木塑復(fù)合材料的制備過程如下按配方量將改性植物纖維粉、改性塑料、潤滑劑、穩(wěn)定劑加入高速混合機(jī)混合均勻(800~1000r/min，510min)，制得混合料；將混合料加入同向平行雙螺桿擠出機(jī)(17019(TC)進(jìn)行塑化造粒，制得木塑粒料；將木塑粒料加入錐形雙螺桿擠出機(jī)擠出(150~170°C)，制得本發(fā)明的木塑復(fù)合材料。還可用打磨機(jī)對制得的木塑復(fù)合材料進(jìn)行表面打磨處理，制成具有木質(zhì)感的木塑復(fù)合材料成品。將本發(fā)明制得的、表面打磨過的木塑復(fù)合材料成品和市場釆購的一般PE木塑復(fù)合材料在同等的條件下測定其吸水率、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和無缺口簡支梁沖擊強(qiáng)度，測定結(jié)果見表l。表l:木塑復(fù)合材料性能測定結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表1中吸水率的測定方法為將本發(fā)明和市售常規(guī)木塑復(fù)合材料表面進(jìn)行打磨，切割成100xl0x5mm的條形樣條。將樣條在鼓風(fēng)干燥箱中110。C下干燥48h后稱重(Wl)，再將干樣條浸入常溫水中兩個月后取出，用干濾紙吸去樣條表面水后稱重(W2),以吸水前后的重量差計算吸水率。吸水率計算公式如下吸水率=^2><100%『1表l中的其它項目按相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)測定。由表1可見，浸水兩個月后，本發(fā)明的木塑復(fù)合材料吸水率顯著低于常規(guī)木塑復(fù)合材料；浸水前本發(fā)明木塑復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度均顯著高于常規(guī)木塑復(fù)合材料，浸水2個月后，本發(fā)明木塑復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度P條低量均明顯小于常規(guī)木塑復(fù)合材料。由此可見，本發(fā)明制得的木塑復(fù)合材料不僅吸水率低，而且其它性能優(yōu)良。實(shí)施例2~5:實(shí)施例2~5的制備過程與實(shí)施例1相同，所不同的是配方。實(shí)施例25的配方見表2至表4。表2:改性植物纖維粉的制備配方<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表3:改性塑料的制備配方<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表4:木塑復(fù)合材料的制備配方<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>經(jīng)檢測，按照上述配方制得的木塑復(fù)合材料，均具有較低的吸水率(浸水2個月吸收率均低于3%)，并且具有較好的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。權(quán)利要求1.一種低吸水率的聚烯烴木塑復(fù)合材料，以改性植物纖維和改性塑料為主要原料制備得到；所述改性植物纖維制備方法包括100質(zhì)量份的干燥植物纖維粉與1～10質(zhì)量份的干性油在混合機(jī)中升溫至90～100℃充分混合后，靜置冷卻至干性油固化，得到所述改性植物纖維；所述干性油為亞麻油、梓油、桐油、蘇籽油或巴西果油中的一種或兩種以上的混合；所述改性塑料由如下方法制備得到取100質(zhì)量份熱塑性塑料，將1～5質(zhì)量份的復(fù)合改性單體和0.1～0.5質(zhì)量份的引發(fā)劑加入至熱塑性塑料中，混勻，將混合料加入擠出機(jī)于170～190℃下擠出造粒，得到改性塑料；所述復(fù)合改性單體為馬來酸酐或馬來酸酐與下列之一或其中兩種以上的混合苯乙烯、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯晴；所述引發(fā)劑為下列之一或其中兩種以上的混合過氧化異丙苯、過氧化苯甲酰、二叔丁基過氧化氫、叔丁基過氧化氫。2.如權(quán)利要求1所述的聚烯烴木塑復(fù)合材料，其特征在于所述聚烯烴木塑復(fù)合材料由質(zhì)量配比如下的原料制備得到改性植物纖維50-80份改性塑料155(H分潤滑劑1~5份光穩(wěn)定劑0.1-1.0份抗氧劑0.11.(H分；所述潤滑劑為下列之一或其中兩種以上的混合硬脂酸、硬脂酸曱酯、硬脂酸丁酯、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、月桂酸鉛、液體石蠟、固體石蠟、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟；所述光穩(wěn)定劑為下列之一或其中兩種以上的混合光穩(wěn)定劑UV-531、光穩(wěn)定劑UV-1084、光穩(wěn)定劑UV-774;所述抗氧劑為下列之一或其中兩種以上的混合抗氧劑BHT、抗氧劑1010、抗氧劑DLTP、抗氧劑330、抗氧劑SP、抗氧劑1084。3.如權(quán)利要求1所述的聚烯烴木塑復(fù)合材料，其特征在于所述植物纖維粉為下列之一或其中兩種以上的混合木粉、竹粉、糠粉、秸稈粉。4.如權(quán)利要求1所述的聚烯烴木塑復(fù)合材料，其特征在于所述熱塑性塑料為下列之一或其中兩種以上的混合聚乙烯、聚丙烯、ABS、聚苯乙烯。5.如權(quán)利要求1所述的聚烯烴木塑復(fù)合材料，其特征在于制備所述改性植物纖維的原料質(zhì)量組成如下植物纖維粉100份干性油2~8份。6.如權(quán)利要求1所述的聚烯烴木塑復(fù)合材料，其特征在于制備所述改性植物纖維的原料質(zhì)量組成如下熱塑性塑料100份馬來酸酐2~3份苯乙烯01.5份過氧化異丙苯0.20.3^f分。7.如權(quán)利要求5所述的聚烯烴木塑復(fù)合材料，其特征在于所述熱塑性塑料為聚乙烯、聚丙烯、或聚乙烯與聚丙烯質(zhì)量比3:l的混合物。8.如權(quán)利要求1所述的聚烯烴木塑復(fù)合材料，其特征在于所述聚烯烴木塑復(fù)合材料由質(zhì)量配比如下的原料制備得到改性植物纖維55~75份改性塑料25-40份潤滑劑2.53.(H分光穩(wěn)定劑0.20.5份抗氧劑0.2-0.5份；所述改性植物纖維由如下方法制備得到取100質(zhì)量份的干燥植物纖維粉置于混合機(jī)中，攪拌下加入2~8質(zhì)量份的干性油，充分?jǐn)嚢枭郎刂?0~100°C,出料，靜置冷卻至干性油固化，得到所述改性植物纖維；所述改性塑料由如下方法制備得到取100質(zhì)量份熱塑性塑料，將23質(zhì)量份的馬來酸酐、0~1.5質(zhì)量份的苯乙烯和0.20.3質(zhì)量份的過氧化異丙苯加入至熱塑性塑料中，混勻，將混合料加入擠出機(jī)于170-190。C下擠出造粒，得到改性塑料；所述熱塑性塑料為聚乙烯或聚丙烯。全文摘要本發(fā)明提供了一種低吸水率的聚烯烴木塑復(fù)合材料，以改性植物纖維和改性塑料為主要原料制備得到；本發(fā)明通過將植物纖維和塑料改性，可以制得比常規(guī)木塑復(fù)合材料吸水率低得多的木塑復(fù)合材料，從而有助于防止木塑復(fù)合材料發(fā)霉、腐爛、吸水變形，提高其抗凍熔性能等；干性油具有良好的防腐、防霉性能，被植物纖維吸收后，可使木塑復(fù)合材料的防腐、防霉性能得到明顯改善；本發(fā)明通過將植物纖維和塑料改性，制得的木塑復(fù)合材料力學(xué)強(qiáng)度顯著高于一般木塑復(fù)合材料，具有吸水率低、植物纖維粉含量高、外觀仿真木效果好、強(qiáng)度高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。文檔編號C08L23/00GK101585970SQ200910098569公開日2009年11月25日申請日期2009年5月13日優(yōu)先權(quán)日2009年5月13日發(fā)明者群呂,李姍姍申請人:杭州師范大學(xué);呂群