一種改性木塑復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于木塑材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種改性木塑復(fù)合材料及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國是咖啡種植規(guī)模較大國家之一，尤其是我國云南滇西南地區(qū)，其氣候條件非 常適合咖啡種植，國際知名公司企業(yè)紛紛在云南普洱地區(qū)大力開展咖啡種植業(yè)，每年產(chǎn)生 數(shù)以萬噸的咖啡殼難以利用，嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境，如何處理咖啡殼已經(jīng)成為多年來的課題。
[0003] 木塑復(fù)合材料(WPC)是由熱塑料塑料，如聚乙稀、聚丙稀、聚氯乙稀和聚苯乙稀以 及它們的回收再生料，與木纖維或植物纖維復(fù)合制備而成，該材料兼具木材和塑料的雙重 特性，熱伸縮性、吸水性均比木材小，尺寸穩(wěn)定性好，耐磨性和抗沖擊性能高，產(chǎn)品可以再回 收利用。但是由于熱塑料塑料與高極性的木質(zhì)材料相容性差，界面相互作用力弱，在溫度和 濕度變化的條件下，塑料/木材界面容易發(fā)生破壞，因此，以熱塑料塑料為基材的木塑復(fù)合 材料制品在內(nèi)應(yīng)力或外載荷作用下易出現(xiàn)蠕變變形，從而使制品扭曲、品質(zhì)降低甚至制品 部件破壞，使材料的應(yīng)用范圍受到限制。
[0004] 公告號(hào)為CN1227297C的發(fā)明專利公開了一種木塑復(fù)合材料其用途及其制造方法， 其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(duì)木粉及塑料表 面進(jìn)行接枝改性處理，有效增強(qiáng)木粉和塑料間的界面強(qiáng)度，采用連續(xù)擠出工藝，利用各種斷 面形狀的模具，擠出生產(chǎn)各種高性能復(fù)合材料。
[0005] 授權(quán)公告號(hào)為CN1482166的中國發(fā)明專利公開了一種木塑復(fù)合材料，該木塑復(fù)合 材料是指由熱塑料樹脂、木粉、助劑相容劑、改性劑等原料按重量比混合而成，將該木塑復(fù) 合材料經(jīng)擠出機(jī)造粒后再經(jīng)擠出機(jī)擠出成型或直接經(jīng)擠出機(jī)熔融塑化擠出并通過一個(gè)片 狀機(jī)頭口模擠出到壓延機(jī)上，壓成板、片材型材，在材料上下面各熱覆合一層介質(zhì)膜或織 物，或雙面各再熱覆合一層鋁箱(帶)層，經(jīng)冷卻裁邊切斷成成品。
[0006] 申請(qǐng)?zhí)枮镃N201210311274.3的中國專利申請(qǐng)，公開了咖啡渣纖維木塑復(fù)合材料及 其制備方法。該復(fù)合材料各成份重量按以下配比：咖啡渣纖維50~70%;高密度聚乙烯17~ 30%;其他助劑添加劑。本發(fā)明采用高新技術(shù)，收集使用后丟棄的PE飲品瓶、洗浴瓶與從咖 啡渣中特別制備的纖維，通過高速和低速混料機(jī)、造粒機(jī)和擠出成型機(jī)加工生產(chǎn)各種型材。 該方法制得的木塑材料需要將咖啡渣纖維與酚醛樹脂反應(yīng)進(jìn)行改性，經(jīng)過改性后的咖啡渣 纖維才能用來制備木塑復(fù)合材料，制備繁瑣，而且由于咖啡渣內(nèi)纖維素含量較低，木質(zhì)素含 量高導(dǎo)致制備的木塑混合材料的脆性大。
[0007] 上述方法生產(chǎn)木塑復(fù)合材料，雖有各自的優(yōu)點(diǎn)，但都存在都未解決木塑復(fù)合材料 脆性大、密度均勻性差異大、易開裂等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種改性木塑復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明 利用聚乙烯醇和咖啡殼纖維改善了木塑復(fù)合材料脆性大易開裂的問題，同時(shí)通過擠出設(shè)備 二次擠壓，取代傳統(tǒng)木塑復(fù)合材料生產(chǎn)需要造粒設(shè)備問題，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了生 產(chǎn)能耗。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種改性木塑復(fù)合材料，所述改性木塑復(fù)合材料主要由 以下質(zhì)量百分比的原料制成:5-10%的聚乙烯醇、60-70%的咖啡殼、15-20%的聚乙烯(PE) 塑料和2.5-10%的助劑。
[0010] 所述助劑包括以下質(zhì)量百分比的組分：1-2%的相容劑、1-2%的潤滑劑和0.5-1 % 的交聯(lián)劑。
[0011] 所述相容劑為馬來酸酐接枝聚乙烯;馬來酸酐接枝聚乙烯在界面改性過程中充當(dāng) PE塑料和咖啡殼纖維之間的橋梁，馬來酸酐接枝聚乙烯的酸酐與咖啡殼纖維的羥基發(fā)生酯 化反應(yīng)，增強(qiáng)了兩相間的界面黏合力，提高PE塑料與咖啡殼纖維的相容性，改善力學(xué)性能。
[0012] 所述潤滑劑為聚乙烯蠟、硬脂酸或硬脂酸鋅;所述潤滑劑可以減少化合物與加工 機(jī)械的摩擦力，使加工設(shè)備發(fā)揮出最佳的操作特性，并且能改善熔體的流動(dòng)性以及提高擠 出產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，提高產(chǎn)量。
[0013] 所述交聯(lián)劑(偶聯(lián)劑)為硅烷偶聯(lián)劑、異氰酸鹽、過氧化二異丙苯(DCP)、鋁酸酯、酞 酸酯類或乙烯-丙烯酸酯;所述偶聯(lián)劑可以使塑料與纖維表面間產(chǎn)生很強(qiáng)的界面結(jié)合，提高 它們的相容性及分散性。
[0014] 為了保證木塑復(fù)合材料有均勻穩(wěn)定的顔色，提高木塑復(fù)合材料的抗老化性能和耐 光性能，所述助劑還包括〇. 5-1 %著色劑、1-2 %的抗氧劑和1-2 %的紫外線穩(wěn)定劑。
[0015] 所述著色劑為雙偶氮顏料;所述紫外線穩(wěn)定劑為受阻胺類光穩(wěn)定劑;所述抗氧劑 為四[β(3,5_二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯；
[0016] 所述聚乙烯醇的聚合度為17~99;所述聚乙烯醇有助于聚乙烯塑料與咖啡殼纖維 之間形成較強(qiáng)的界面黏合力，增加二者的相容性。
[0017] 所述聚乙烯(PE)塑料為高密度聚乙烯塑料，來源于廢棄的聚乙烯塑料瓶蓋或聚乙 烯塑料瓶。
[0018] 所述咖啡殼內(nèi)中性纖維含量高達(dá)88%，其中纖維素占1/2，半纖維素占1/4，木質(zhì)素 占1/5(黃循清，"咖啡副產(chǎn)品的化學(xué)成分與綜合利用"），由于咖啡殼含有大量的中性纖維， 不需改性處理，能夠直接用來生產(chǎn)木塑復(fù)合材料;且咖啡殼內(nèi)纖維素和半纖維素含量較高， 半纖維素吸附到纖維素上，增加了纖維的韌性和彈性，進(jìn)而增強(qiáng)木塑復(fù)合材料的韌性。
[0019] 本發(fā)明利用聚乙烯醇和咖啡殼纖維解決木塑復(fù)合材料脆性大易開裂的問題的原 理如下：
[0020] 一方面聚乙烯醇增加了咖啡殼纖維與PE塑料的相容性，且聚乙烯醇在高溫條件下 作用在咖啡殼的纖維素表面形成聚乙烯醇/咖啡殼纖維，聚乙烯醇/咖啡殼纖維與PE塑料在 擠出機(jī)中混合，通過自由基反應(yīng)、縮合反應(yīng)、氫鍵等作用，PE塑料和聚乙烯醇/咖啡殼纖維之 間更容易形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，纖維素、半纖維素含量越多，這種交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)越多，越能提高復(fù)合材 料的韌性和強(qiáng)度；
[0021] 另一方面咖啡殼內(nèi)纖維素和半纖維素含量高，木質(zhì)素含量低，造成咖啡殼纖維較 軟，且韌性好。與木材相比，咖啡殼不易粉碎，經(jīng)過40~60目篩后仍保留有部分細(xì)長纖維，細(xì) 長纖維的拉伸力大于短纖維，咖啡殼的細(xì)長纖維摻雜到PE塑料中，能有效地增加纖維與PE 塑料的拉伸力，繼而提尚木塑材料的初性；
[0022] 綜合以上兩方面的作用，本發(fā)明制得的木塑復(fù)合材料尺寸穩(wěn)定性好，能夠有效解 決木塑復(fù)合材料脆性大易開裂問題。
[0023] 本發(fā)明還提供所述改性木塑復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0024]步驟（1)原料制備:將廢棄的聚乙烯塑料水洗、破碎和干燥得到聚乙烯塑料顆粒； 將咖啡殼干燥、超微粉碎過篩得到咖啡殼粉；
[0025] 步驟(2)原料混合:將步驟（1)得到的咖啡殼粉、聚乙烯塑料顆粒、聚乙烯醇及助劑 在攪拌機(jī)中混合均勻，得到混合料；
[0026]步驟(3) -次擠出：將步驟(2)得到的混合料在擠出機(jī)中直接擠出成柱狀擠出料； [0027]步驟(4)破碎:將柱狀擠出料在破碎機(jī)中破碎，得到均勻的顆粒狀木塑復(fù)合材料；
[0028] 步驟(5)二次擠壓成型:將顆粒狀木塑復(fù)合材料擠壓成型，得到各種規(guī)格的改性木 塑復(fù)合材料。
[0029] 本發(fā)明通過擠出機(jī)兩次擠出制成改性木塑復(fù)合材料，代替了傳統(tǒng)木塑復(fù)合材料生 產(chǎn)使用造粒機(jī)造粒的步驟，從而大大提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)節(jié)省了能耗；另外，采用兩次擠 出工藝能夠最大限度地保證咖啡殼纖維在木塑復(fù)合材料中伸展開，充分與PE塑料結(jié)合在一 起，繼而增強(qiáng)了木塑復(fù)合材料的柔韌性。
[0030] 所述咖啡殼粉碎后通過40-60目篩，得到咖