一種用改性木粉和廢舊塑料制備木塑復(fù)合材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及木塑復(fù)合材料制備技術(shù)，具體涉及一種用改性木粉和廢舊塑料制備木 塑復(fù)合材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 中國是一個木材資源并不豐的國家，隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，木材產(chǎn)量根本滿 足不了經(jīng)濟發(fā)展的需求，且木材的大量砍伐對生態(tài)環(huán)境造成嚴重的破壞。為保護森林資 源，尋找新型材料來替代木材已成為研究的熱點。木塑復(fù)合材料是由塑料與木材、竹材、 秸桿等木質(zhì)纖維材料復(fù)合而形成的新型材料，具有塑料與木質(zhì)材料的雙重性能優(yōu)勢，既有 植物的來源廣、可被環(huán)境消納性和可再生性，又有塑料的質(zhì)輕、耐蟲蛀、易加工、力學(xué)性能良 好、熱伸縮性和吸水性比木材小等優(yōu)點，可在多種場合替代木材使用。利用木材加工剩余物 與廢棄塑料研制開發(fā)木塑復(fù)合材料，既能有效解決我國木材資源緊張的局面，提高木材綜 合利用率，又能減少塑料廢棄物對環(huán)境造成的污染。木塑復(fù)合材料在資源利用與環(huán)境保護 方面都具有突出的優(yōu)勢而得到迅速發(fā)展。
[0003] 在中國，回收的廢舊塑料主要是聚乙烯（PE)、聚丙烯（PP)和聚苯乙烯（PS)的混合 物。由于各種塑料組分之間的相容性差，而且共混物的極性低，與木質(zhì)纖維材料的界面相容 性低，制備出的木塑復(fù)合材料的力學(xué)性能差，尤其是沖擊性能低，不適合生產(chǎn)高性能要求的 木塑復(fù)合材料產(chǎn)品。因此，如何改善植物纖維與各種廢棄塑料間的界面粘合作用是利用廢 棄塑料制備木塑復(fù)合材料所必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明主要根據(jù)表面原位化學(xué)組合的原理采用經(jīng)過選擇的、具有活性基團的、滿 足最終改性要求的多種表面改性劑，用固相接枝法在農(nóng)林廢棄物粉末表面進行逐層化學(xué)反 應(yīng)，依次高密度地鍵接上多種表面改性劑，生成能夠滿足不同使用要求的界面強度和厚度 的界面層，使改性粉末與廢棄塑料間的界面粘合作用增強從而提高復(fù)合材料的機械力學(xué)性 能。
[0005] 為實現(xiàn)本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)： 將廢棄農(nóng)林廢棄物破碎后再用磨粉機磨成細度為20~300目的廢棄物粉末，在 110°C~150°C下烘干，使含水量< 2%，然后依次加入三種不同的表面改性劑，每種改性物 的添加量為2. 0~8. 0%，在高速混合機中逐一與廢棄物粉末進行混合，混合時間均為5~ 20min，經(jīng)三次混合后出料制成改性廢棄物粉末。
[0006] 將廢舊塑料清洗、破碎成粒度為2~12mm的粒料，烘干使其水分含量< 2%。
[0007] 按重量百分比將改性廢棄物粉末、廢舊塑料顆粒、潤滑劑、發(fā)泡劑及助發(fā)泡劑的混 合物加入高速混合機，在70°C~120°C的條件下高速混合5~30min后冷卻至溫度低于 55°C以下出料，制成專用預(yù)混料。將預(yù)混料用擠出機擠出成型即得到所需的木塑復(fù)合材料。 預(yù)混料的具體比例為： 改性廢棄物粉末 50~70% 廢舊塑料顆粒 20~45% 潤滑劑 1~6% 發(fā)泡劑 2~8% 助發(fā)泡劑 1~5% 所述的農(nóng)林廢棄物是指木材廢棄物、竹子廢棄物、農(nóng)作物秸桿廢棄物、果殼廢棄物、甘 蔗渣廢棄物。
[0008] 所述的廢舊塑料為PVC、PP、PE中的任意一種或其中幾種的任意比例混合物。
[0009] 所述的表面改性劑為馬來酸酐接枝物、鄰苯二甲酸酐、鈦酸酯、鋁酸酯、異氰酸酯、 三異丙基鋁、丁腈橡膠、氯丁橡膠或硅烷類偶聯(lián)劑中的六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷、 乙烯基三（甲氧基乙氧基）硅烷或氨丙基三乙氧基硅烷的一種。
[0010] 所述的潤滑劑為硬脂酸、硬脂酸金屬鹽中的硬脂酸鈉、硬脂酸鍶、硬脂酸鈣或硬脂 酸鋅的一種、石蠟、聚乙烯蠟或聚丙烯蠟等。
[0011] 所述的發(fā)泡劑為碳酸氫鈉、偶氮二甲酰胺或?qū)妆交酋０被逯械囊环N或其中幾 種的任意比例混合物。
[0012] 所述的助發(fā)泡劑為氧化鋅、醋酸鋅或碳酸鋅中的一種或其中幾種的任意比例混合 物。
[0013] 所述的擠出機可以為平行雙螺桿擠出機、單螺桿雙階擠出機組或錐形雙螺桿擠出 機。擠出成型采用常規(guī)方法，擠出機機筒溫度為130~195°C，模頭溫度為160~200°C，擠 出產(chǎn)物經(jīng)真空定型、冷卻、干燥、牽引、切割成所需產(chǎn)品。
[0014] 按以上工藝生產(chǎn)的木塑復(fù)合材料的技術(shù)指標如下表所示：
上表中數(shù)據(jù)說明本發(fā)明制得的復(fù)合材料具有很高的強度和抗彎、抗沖擊性能，從根本 上解決了用廢棄塑料制得的木塑復(fù)合材料力學(xué)強度低的缺點，其中抗沖擊強度的顯著提高 有效地解決了原來產(chǎn)品的脆性問題，使產(chǎn)品加工性能大大提高，產(chǎn)品可以用刨、鋸、鑿等加 工木材的方式進行加工，可以制成不同形狀、滿足不同需求的產(chǎn)品，如各種門窗、地板、辦公 家具、建筑模板、整體樓梯等，應(yīng)用范圍極其廣闊。
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)點是：（1)本發(fā)明應(yīng)用表面原位化學(xué)組合法在農(nóng)林廢棄物粉末表面進 行逐層化學(xué)反應(yīng)，依次高密度地鍵接上兩種以上表面改性物，生成能夠滿足不同使用要求 的界面強度和厚度的界面層以適應(yīng)各種聚合物填充改性體系，使合成的改性粉末與各種廢 棄塑料之間都具有很強的界面粘合力，復(fù)合材料中木粉的填充量達50%以上，且產(chǎn)品具有 良好力學(xué)性能和加工性能。（2)農(nóng)林廢棄物粉末表面改性劑選擇范圍廣，可以是無機物、小 分子有機物、低聚物和大分子高聚物，通過對其品種和結(jié)構(gòu)進行調(diào)控，可以得到不同性能的 產(chǎn)品。（3)本發(fā)明木塑復(fù)合材料的制備工藝簡單，對設(shè)備要求低，生產(chǎn)能耗低、產(chǎn)量高、成本 低，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。（4)本發(fā)明生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢料及被廢棄的產(chǎn)品均可回收直 接作為木塑復(fù)合材料的原料再利用，不需要專門技術(shù)進行處理，不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，是典 型的綠色環(huán)保產(chǎn)品。
【具體實施方式】
[0016] 實施例1 將廢棄樹枝除去塵土，破碎后再用磨粉機磨成細度為120目的木粉粉末，在110°C下烘 干，使含水量< 2%。取500克的已經(jīng)烘干的木粉粉末，依次加入異氰酸酯10克、馬來酸酐接 枝聚乙烯15克、丁腈橡膠10克，逐一在高速混合機中與木粉粉末混合5min后出料得到改 性木粉粉末備用。
[0017]將重量比為1 :1的PVC與PE的回收塑料清洗、破碎成粒度10mm的粒料，烘干使其 水分含量< 2%，取450克備用。
[0018]取上述備用的改性木粉500克與廢舊塑料顆粒450克及潤滑劑硬脂酸15克、發(fā)泡 劑碳酸氫鈉15克及助發(fā)泡劑氧化鋅20克的混合物加入高速混合機，在100°C下高速混合 lOmin后冷卻至55°C出料，制成專用預(yù)混料。將預(yù)混料用平行雙螺桿擠出機連續(xù)擠出經(jīng)模 具冷卻定型后制得所需的木塑復(fù)合材料。
[0019]所得的材料外觀與木材相似且可用加工木材的方式進行加工，測得的各項產(chǎn)品性 能指標都在表中所述的范圍之內(nèi)。
[0020] 實施例2 將廢棄毛竹清洗干凈，破碎后再用磨粉機磨成細度為100目的竹粉粉末，在130°c下烘 干，使含水量< 2%。取600克的已經(jīng)烘干的竹粉粉末，然后依次加入鈦酸酯偶聯(lián)劑12克、六 甲基二硅氮烷偶聯(lián)劑18克、乙烯-甲基丙烯酸共聚物30克，逐一在高速混合機