專利名稱：一種木塑材料及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種木塑材料的組分，進(jìn)一步涉及這種材料的制作工藝，具體是以礦化垃圾中廢舊塑料、廢化學(xué)纖維、廢木料為主要原料，生產(chǎn)木塑材料的方法。屬于固體廢物資源化領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
全球森林資源日趨枯竭，木材的供應(yīng)量減少，需求量卻在不斷增加，自七十年代以來，高分子材料科技工作者及工業(yè)界一直在作不懈的努力，進(jìn)行“以塑代木”的研究和開發(fā)工作。木塑復(fù)合材料引起了科技界和工業(yè)界的極大關(guān)注。木塑復(fù)合材料通過改性可以充分利用塑料和木材的各自優(yōu)點(diǎn)而消除它們的許多固有缺點(diǎn)——既克服了木材強(qiáng)度低和變異性等使用局限性，又克服了有機(jī)材料的低模量等缺點(diǎn)，具有比單一高分子聚合材料更好的力學(xué)性質(zhì)，可以充分發(fā)揮復(fù)合用不同材料的優(yōu)點(diǎn)，改進(jìn)材料的物理力學(xué)性能和加工性能。作為一種環(huán)境友好材料，木塑產(chǎn)品有著廣闊的市場前景。
目前木塑復(fù)合材料研究的重點(diǎn)之一就是回收廢舊塑料的應(yīng)用，特別是工業(yè)生產(chǎn)中所產(chǎn)生的塑料邊角廢料的應(yīng)用。將木粉與廢舊塑料共混制得木塑復(fù)合材料是一種有效的回收利用廢舊塑料的方法，同時(shí)也綜合利用了木質(zhì)纖維素固體廢棄物，提高了木材的利用率，節(jié)約了原木材，是一種真正意義上的環(huán)保材料。由回收廢舊塑料與木材復(fù)合而成的木塑材料同新樹脂所制得的木塑材料不僅可以消耗回收木材纖維和回收塑料，而且本身還可以加以回收利用，并具備和新原材料生產(chǎn)的復(fù)合材料相似的強(qiáng)度和物理性能。發(fā)達(dá)國家的許多學(xué)者在利用工業(yè)生產(chǎn)中所產(chǎn)生的塑料邊角料，來生產(chǎn)木塑材料這方面做了大量的研究工作，我國在使用回收材料生產(chǎn)木塑材料產(chǎn)品以及對木塑材料進(jìn)行回收方面的研究則還較少。利用廢舊回收塑料生產(chǎn)的木塑復(fù)合材料還面臨很多的問題，例如，利用熔融混合法生產(chǎn)的回收材料的沖擊性能有所下降，彎曲性能不好，需要進(jìn)一步改善；回收塑料的量不夠，難以滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求。
經(jīng)過對發(fā)明的技術(shù)的檢索，查到了國內(nèi)外有關(guān)的公開發(fā)明專利一項(xiàng)為“木粉混合材料及其制作方法”(申請?zhí)枮?2121222.8)，選用聚氯乙稀(PVC)，聚丙烯(PP)，聚乙烯(PE)等之一種的粉料，50～65％的木粉，8～12％的固化劑(標(biāo)號為425-525#的水泥)，制作方法包括選材、粉碎、配比、攪拌加熱、擠壓成型、冷卻固化、切割成品等工藝步驟。另一項(xiàng)為“一種改性木塑復(fù)合材料及其用途及其制造方法”(申請?zhí)枮?2104432.5)，利用木粉及塑料或廢舊塑料為主要原料，配以少量助劑，用專用接枝劑對木粉及塑料表面進(jìn)行接枝改性處理，采用連續(xù)擠出工藝生產(chǎn)改性木塑復(fù)合材料。還有一項(xiàng)為“一種木塑復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用”(申請?zhí)枮?2160123.2)，除了包含有回收塑料、木質(zhì)纖維以及相容劑等組分，還包含有粉煤灰和/或工業(yè)礦渣組成的增強(qiáng)填充劑，采用的制備工藝為熔融共混方法。這幾種發(fā)明中所采用的回收塑料，均是以工業(yè)生產(chǎn)中的邊角廢料為主。到目前為止還沒有將礦化垃圾中篩分的廢舊塑料、廢化學(xué)纖維、廢木料作為原料制成木塑材料的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種利用礦化垃圾中廢舊塑料、廢化學(xué)纖維、廢木料為主要原料的木塑材料的組成。這種木塑材料具有耐腐蝕、耐候性好、外觀和加工性能接近木材的特點(diǎn)。本發(fā)明另外一個(gè)目的是提供一種生產(chǎn)該木塑材料的方法。該方法工藝簡單、成本低廉。具體是以礦化垃圾中的廢塑料、廢化學(xué)纖維、廢木屑作為原料生產(chǎn)獲得該木塑材料的。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明經(jīng)過對我國大部分城市的生活垃圾處理方式仍以填埋為主的研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過填埋場填埋的生活垃圾在物理、化學(xué)和生物的作用下發(fā)生了改變，達(dá)到穩(wěn)定化，由原生垃圾慢慢地轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心嗤练曳細(xì)馕兜年惛５V化垃圾經(jīng)開采、篩分后，可以得到50％～60％的的有機(jī)細(xì)料，30％～35％的可回收利用的物品(化學(xué)纖維、塑料、玻璃、金屬等)；大約有20％～25％的粗料須回填到填埋場中去，騰出的75％～80％的填埋空間用于填埋新鮮生活垃圾，由此可以延長填埋場使用年限。礦化垃圾中的塑料主要為塑料袋、薄膜、泡沫塑料及蓋、盒等硬質(zhì)塑料，其中又以塑料袋、膜占了大多數(shù)。廢化學(xué)纖維的回收利用技術(shù)尚不成熟，成為目前廢棄物資源化的一個(gè)難點(diǎn)。
本發(fā)明的木塑材料的組分和含量(質(zhì)量百分比)是廢舊塑料∶木粉∶廢化學(xué)纖維∶硅烷偶聯(lián)劑(KH570)∶2-6二叔丁基對甲酚∶硬脂酸∶石蠟＝(25％～45％)∶(50％～55.5％)∶(4％～15％)∶(0.2％～1.0％)∶(0.5％～2.0％)∶(0.3％～0.5％)∶(0～1.0％)。
所述的廢舊塑料是從礦化垃圾中篩得的，按任意比例混合使用PP和PE混合物。
所述的廢化學(xué)纖維是人造棉、滌綸、腈綸、錦綸、氨綸、維綸、氯綸中的一種，或上述幾種的任意比例混合的混合物。
本發(fā)明采用如下工藝先分別將礦化垃圾中篩分得的廢舊塑料和化學(xué)纖維破碎至4～6mm，送入設(shè)有機(jī)械攪拌器的水槽，用機(jī)械攪拌器進(jìn)一步除去粘附在塑料和纖維表面的松散污垢，如砂子、泥土等，使之沉入槽底；然后將清洗后的粉狀廢舊塑料和化學(xué)纖維送進(jìn)離心機(jī)中甩干，脫水干燥；將廢舊塑料造粒，再將廢木料用木粉機(jī)制成粒度為20目的木粉，進(jìn)行干燥，使木粉含水率小于5％；再按質(zhì)量百分比分別量取如下組分，廢舊塑料∶木粉∶廢化學(xué)纖維∶硅烷偶聯(lián)劑∶2-6二叔丁基對甲酚∶硬脂酸∶石蠟＝(25％～45％)∶(50％～55.5％)∶(4％～15％)∶(0.2％～1.0％)∶(0.5％～2.0％)∶(0.3％～0.5％)∶(0～1.0％)；將纖維與塑料加入高速混合機(jī)，先以700rpm轉(zhuǎn)速進(jìn)行低速混合1分鐘，然后加入硅烷偶聯(lián)劑后以1400rpm轉(zhuǎn)速高速混合4～6分鐘；停機(jī)后將經(jīng)過干燥的木粉與2-6二叔丁基對甲酚、硬脂酸、石蠟和顏料加入，再以1400rpm轉(zhuǎn)速高速混合20～25分鐘；將經(jīng)過高速混合的均勻混合料用造粒機(jī)造粒，切下的粒子投入排氣式、反向式雙螺桿擠出機(jī)，利用加熱和螺桿剪切作用使塑料變成熔體，在壓力作用下通過模塑直接擠出成型，最后冷卻定型成型材或板材或其它設(shè)計(jì)要求的制品。
本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明利用的原料均為經(jīng)過填埋達(dá)到穩(wěn)定化的固體廢棄物，材質(zhì)混雜程度較高；尤其是廢纖維，目前還沒有成熟有效的資源化方法。對廢塑料和廢纖維的開發(fā)和利用有效防止了這些固體廢棄物可能產(chǎn)生的二次污染，有著良好的環(huán)境效益和社會(huì)效益。
2.由于化學(xué)纖維的長徑比較大，在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中，纖維長度是復(fù)合材料機(jī)械性能的決定因素之一，本發(fā)明在木塑材料中添加廢化學(xué)纖維，廢化學(xué)纖維的填充有效地提高了木塑材料的強(qiáng)度和韌性。因此，本發(fā)明的材料的強(qiáng)度有效地得到提高，能達(dá)到和接近行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。
3.本發(fā)明制作工藝較為簡單，在生產(chǎn)過程中較少產(chǎn)生廢水、廢氣。制成的產(chǎn)品外觀極似木材，可用加工木材的方法進(jìn)行加工。
4.本發(fā)明的木塑材料是可以在破碎之后進(jìn)行二次利用的材料。在產(chǎn)品加工過程中產(chǎn)生的部分木塑材料廢料，可以投入高速渦輪塑料研磨機(jī)中進(jìn)行研磨后，重新進(jìn)入雙螺桿擠出機(jī)，和其它組分一起再次擠出。制作過程中很少產(chǎn)生廢料。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖具體實(shí)施方式
實(shí)施例1請參閱附圖1。
將礦化垃圾中篩分的塑料(LDPE和PP質(zhì)量比為5∶2)和化學(xué)纖維(腈綸和滌綸質(zhì)量比為1∶1)，除去塵土，用塑料破碎機(jī)破碎至4～6mm，清洗后干燥至含水率小于5％。將礦化垃圾中的廢木塊破碎至6mm以下，用磨粉機(jī)磨至粒徑小于20目。
原料的重量配比為(以產(chǎn)品總質(zhì)量為基準(zhǔn))廢舊塑料25％；木粉55.5％；廢化學(xué)纖維15％；硅烷偶聯(lián)劑(KH570)1.5％；2-6二叔丁基對甲酚2.0％；硬脂酸0.5％；石蠟1.5％。
將化學(xué)纖維與塑料加入高速混合機(jī)，現(xiàn)以700rpm低速短暫混合1分鐘，然后加入0.5％硅烷偶聯(lián)劑以1400rpm轉(zhuǎn)速高速混合4～6分鐘；停機(jī)后加入干燥后的木粉與2-6二叔丁基對甲酚、硬脂酸、石蠟，再高速混合20～25分鐘。將經(jīng)過高速混合的均勻混合料用造粒機(jī)造粒，切下的粒子投入排氣式、反向式雙螺桿擠出機(jī)，螺桿轉(zhuǎn)速100rpm，反映擠出時(shí)間160s，擠出機(jī)各段溫度100℃～180℃，機(jī)頭溫度160～180℃。利用加熱和螺桿剪切作用使塑料變成熔體，在壓力作用下通過模塑直接擠出成型，最后冷卻定型制成板材。該板材性能測試如下表。
測試數(shù)據(jù)如下

實(shí)施例2將礦化垃圾中的塑料(LDPE材質(zhì))和化學(xué)纖維(腈綸)，除去塵土，用塑料破碎機(jī)破碎至4～6mm，清洗后干燥至含水率小于5％。將礦化垃圾中的廢木塊破碎至6mm以下，用磨粉機(jī)磨至粒徑小于20目。
原料的重量配比為(以產(chǎn)品總質(zhì)量為基準(zhǔn))廢舊塑料45％；木粉50％；廢化學(xué)纖維4.0％；硅烷偶聯(lián)劑(KH570)0.2％；2-6二叔丁基對甲酚0.5％；硬脂酸0.3％；石蠟0.0％。
將化學(xué)纖維與塑料加入高速混合機(jī)，現(xiàn)以700rpm低速短暫混合1分鐘，然后加入0.5％硅烷偶聯(lián)劑以1400rpm轉(zhuǎn)速高速混合4～6分鐘；停機(jī)后加入干燥后的木粉與2-6二叔丁基對甲酚、硬脂酸、石蠟，再高速混合20～25分鐘。將經(jīng)過高速混合的均勻混合料用造粒機(jī)造粒，切下的粒子投入排氣式、反向式雙螺桿擠出機(jī)，螺桿轉(zhuǎn)速100rpm，反映擠出時(shí)間160s，擠出機(jī)各段溫度100℃～180℃，機(jī)頭溫度160～180℃。利用加熱和螺桿剪切作用使塑料變成熔體，在壓力作用下通過模塑直接擠出成型，最后冷卻定型制成型材。
測試數(shù)據(jù)如下

權(quán)利要求
1.一種木塑材料，其特征在于該材料的組分和含量的質(zhì)量百分比是廢舊塑料∶木粉∶廢化學(xué)纖維∶硅烷偶聯(lián)劑∶2-6二叔丁基對甲酚∶硬脂酸∶石蠟＝(25％～45％)∶(50％～55.5％)∶(4％～15％)∶(0.2％～1.0％)∶(0.5％～2.0％)∶(0.3％～0.5％)∶(0～1.0％)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種木塑材料，其特征在于所述的廢舊塑料是從礦化垃圾中篩得的，按任意比例混合使用的PP和PE混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種木塑材料，其特征在于所述的廢化學(xué)纖維是人造棉、滌綸、腈綸、錦綸、氨綸、維綸、氯綸中的一種，或上述幾種的任意比例混合的混合物。
4.一種權(quán)力要求1的木塑材料的制作方法，其特征在于先分別將礦化垃圾中篩分得的廢舊塑料和化學(xué)纖維破碎至4～6mm，送入設(shè)有機(jī)械攪拌器的水槽，用機(jī)械攪拌器進(jìn)一步除去粘附在塑料表面的松散砂子、泥土，使之沉入槽底；然后將清洗后的粉狀廢舊塑料和化學(xué)纖維送進(jìn)離心機(jī)中甩干，脫水干燥；將廢舊塑料造粒，再將廢木料用木粉機(jī)制成粒度為20目的木粉，進(jìn)行干燥，使木粉含水率小于5％；再按質(zhì)量百分比分別量取如下組分，廢舊塑料∶木粉∶廢化學(xué)纖維∶硅烷偶聯(lián)劑∶2-6二叔丁基對甲酚∶硬脂酸∶石蠟＝(25％～45％)∶(50％～55.5％)∶(4％～15％)∶(0.2％～1.0％)∶(0.5％～2.0％)∶(0.3％～0.5％)∶(0～1.0％)；將纖維與塑料加入高速混合機(jī)，先以700rpm轉(zhuǎn)速進(jìn)行低速混合1分鐘，然后加入硅烷偶聯(lián)劑后以1400rpm轉(zhuǎn)速高速混合4～6分鐘；停機(jī)后將經(jīng)過干燥的木粉與2-6二叔丁基對甲酚、硬脂酸和石蠟加入，再以1400rpm轉(zhuǎn)速高速混合20～25分鐘；將經(jīng)過高速混合的均勻混合料用造粒機(jī)造粒，切下的粒子投入排氣式、反向式雙螺桿擠出機(jī)，利用加熱和螺桿剪切作用使塑料變成熔融體，在壓力作用下通過模塑直接擠出成型，最后冷卻定型成型材或板材或設(shè)計(jì)要求的制品。
全文摘要
一種木塑材料及其制作方法，涉及一種礦化垃圾中的廢塑料等制備的木塑材料的組成，進(jìn)一步涉及這種木塑材料的制造方法。該材料的組分和含量的質(zhì)量百分比是廢舊塑料∶木粉∶廢化學(xué)纖維∶硅烷偶聯(lián)劑∶2－6二叔丁基對甲酚∶硬脂酸∶石蠟＝(25％～45％)∶(50％～55.5％)∶(4％～15％)∶(0.2％～1.0％)∶(0.5％～2.0％)∶(0.3％～0.5％)∶(0～1.0％)。先將礦化垃圾中的廢舊塑料、廢化學(xué)纖維和木粉破碎、清洗、干燥，然后混合造粒、擠出成型。該材料具有耐腐蝕、耐候性好、外觀和加工性能接近木材的特點(diǎn)?？梢约庸こ砂宀?、型材和其它制品，可達(dá)到相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，用途廣泛，并且可以進(jìn)行二次利用。本發(fā)明工藝簡單易控制，對環(huán)境污染小，具有廣泛的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
文檔編號C08K5/00GK101033339SQ20071003957
公開日2007年9月12日 申請日期2007年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月18日
發(fā)明者趙由才, 倪靜, 馬建立, 牛東杰, 柴曉利 申請人:同濟(jì)大學(xué)