一种木塑复合材料制备方法
阅读说明：本技术 一种木塑复合材料制备方法 (Preparation method of wood-plastic composite material ) 是由 宋艳江 许李燕 羊海棠 于 2021-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种木塑复合材料制备方法。目前市场上基本上没有工程塑料类木塑复合材料。本发明方法首先将待处理植物纤维粉溶剂抽提处理,脱水干燥后得到植物纤维粉干粉；然后将植物纤维粉干粉与增强填料和偶联剂置于高速混合机中,对干粉进行表面处理；再加入树脂基体ABS、增容剂和润滑剂,进行物料初步混合；将加入混炼机中进行熔融混炼,得到的木塑复合材料混炼料经过挤出、注射或模压成型,即得到木塑复合材料制品。本发明方法经溶剂洗涤去除易挥发和可溶性小分子的植物纤维粉的表面更利于改性,经偶联剂表面处理的植物纤维粉与树脂基体间界面黏结力更强,得到的复合材料力学性能更优,所制备木塑复合材料的耐热性能也有一定程度提高。(The invention discloses a preparation method of a wood-plastic composite material. At present, no engineering plastic wood-plastic composite material exists on the market basically. Firstly, extracting a plant fiber powder to be treated by using a solvent, and dehydrating and drying to obtain plant fiber powder dry powder; then placing the dry powder of the plant fiber powder, the reinforcing filler and the coupling agent into a high-speed mixer, and carrying out surface treatment on the dry powder; then adding resin matrix ABS, compatibilizer and lubricant to carry out primary mixing of materials; adding the mixture into a mixing roll for melting and mixing, and extruding, injecting or compression molding the obtained wood-plastic composite mixed material to obtain the wood-plastic composite product. The method removes the surfaces of the plant fiber powder with volatile and soluble micromolecules by washing with the solvent, is more convenient for modification, the interface bonding force between the plant fiber powder subjected to surface treatment by the coupling agent and the resin matrix is stronger, the mechanical property of the obtained composite material is better, and the heat resistance of the prepared wood-plastic composite material is also improved to a certain extent.)
技术领域
本发明属于新材料技术领域，涉及一种木塑复合材料制备方法，具体是一种溶剂洗涤处理植物纤维粉填充丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)基木塑复合材料的制备方法。
背景技术
木塑复合材料是一种以木粉、竹纤维、农作物秸秆等天然植物纤维填充热塑性塑料基体，经熔融混炼，挤出、注塑或热模压等工艺制备得到的新型复合材料。这种复合材料兼具有木材的实用性能和热塑性塑料的成型加工及回收性能，且其塑料基体可以为回收塑料，植物纤维则完全是农林废弃物，是真正的绿色环保材料。但是，常规的植物纤维组成复杂，除了含有纤维素、半纤维素和木质素等主要成分外，还含有多种不耐温、易挥发的小分子成分，如脂肪族化合物、生物碱、糖类物质等，在稍高的温度(>180℃)即会产生小分子的挥发、降解，颜色变深，释放出“焦味”，甚至释放出的一些酸类或者碱类物质还会催化聚合物的热降解。因此市场上成功开发的木塑复合材料基本为适宜较低成型加工温度的通用塑料基木塑复合材料，如：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)等木塑复合材料。受限于通用塑料强度低、刚性差、耐热性差的缺点，所制备木塑复合材料的性能存在明显的技术瓶颈，应用领域受到限制。
ABS是一种具有优良的抗冲击性、耐热性、尺寸稳定性、易加工等优点的工程塑料，被广泛应用于汽车行业、家用电器、办公室机器等诸多领域，综合性能明显优于通用塑料PP、PE、PVC等。但由于受限于这类工程塑料较高的成型加工温度(≥200℃)，市场上基本上没有工程塑料类木塑复合材料。
发明内容
本发明的目的就是提供一种木塑复合材料制备方法。
本发明方法具体如下：
步骤(1)植物纤维粉的洗涤处理：采用索氏抽提装置将待处理植物纤维粉溶剂抽提处理6小时以上，除去多糖类物质如淀粉和果胶质等成分，以及单宁、色素、生物碱等小分子物质；取出植物纤维粉，离心脱水后置于真空干燥箱中，95～105℃下干燥6～12小时，得到植物纤维粉干粉。
所述的待处理植物纤维粉为粒径小于等于20目的木粉、竹粉、秸秆粉中的一种或多种的混合物；所述的溶剂为水、无水乙醇、丙酮、水-乙醇共沸物、苯-乙醇混合液中的一种。
步骤(2)将20～40重量份的植物纤维粉干粉、2～20重量份的增强填料、0.1～1重量份的偶联剂置于高速混合机中高速搅拌5～10分钟，对植物纤维粉干粉进行表面处理。
所述的增强填料为碳酸钙、滑石粉、玻璃纤维中的一种或多种的混合物；所述的偶联剂为市售的钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂。
步骤(3)高速混合机中加入50～70重量份的树脂基体、1～5重量份的增容剂、0.2～1重量份的润滑剂，搅拌1～2分钟，进行物料的初步混合。
所述的树脂基体为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)；所述的增容剂为马来酸酐接枝ABS、马来酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS-g-MAH)、马来酸酐接枝氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS-g-MAH)中的一种；所述的润滑剂为市售的各类润滑剂，如硬脂酸或油酸酰胺。
步骤(4)将初步混合均匀的物料加入混炼机中，200℃～230℃下熔融混炼，得到木塑复合材料混炼料。
步骤(5)将木塑复合材料混炼料进行挤出、注射或模压成型，得到木塑复合材料制品。
本发明有益效果包括：
(1)经溶剂洗涤处理的植物纤维粉热分解温度明显提高，可适宜于更高的成型加工温度，可用于制备工程塑料(ABS)基木塑复合材料；
(2)经溶剂洗涤去除易挥发和可溶性小分子的植物纤维粉的表面更利于改性，经偶联剂表面处理的植物纤维粉与树脂基体间界面黏结力更强，制备的木塑复合材料力学性能更优；
(3)经溶剂洗涤处理的植物纤维粉，去除了高温时会促进树脂基体降解的小分子组分，使所制备木塑复合材料的耐热性能也有一定程度提高。
具体实施方式
以下结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。本实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
实施例1：
步骤(1)采用索氏抽提装置将粒径小于20目的木粉采用溶剂抽提处理6小时，溶剂为水，除去多糖类物质如淀粉和果胶质等成分，以及单宁、色素、生物碱等小分子物质。取出木粉，离心脱水后置于真空干燥箱中，95℃下干燥12小时，得到木粉的干粉；
步骤(2)将400g的木粉干粉、200g的玻璃纤维和2g市售的钛酸酯偶联剂置于高速混合机中高速搅拌8分钟，对干粉进行表面处理；
步骤(3)高速混合机中加入650g的ABS、20g的马来酸酐接枝ABS、4g市售的硬脂酸，搅拌1分钟，进行物料的初步混合；
步骤(4)将初步混合均匀的物料加入平行双螺杆挤出机，200℃下挤出得到木塑复合材料混炼料；
步骤(5)将木塑复合材料混炼料进行挤出成型，得到木塑复合材料制品。
本实施例所制备的ABS基木塑复合材料制品的简支梁无缺口冲击强度5.7kJ/m2，拉伸强度38.2MPa，弯曲强度70.6MPa，弹性模量3676.6MPa；分解5％的温度为286.2℃，分解终止温度为484.8℃。与没有抽提处理木粉填充复合材料相比，冲击强度、拉伸强度和弯曲强度分别提高了8％，5％和8％；同时其分解5％和分解结束温度也分别提高了8.1℃和11.4℃。这充分说明本发明所述的热水洗涤处理木粉的方法在提高ABS木塑复合材料耐热性的同时也提高了其力学性能。
实施例2：
步骤(1)采用索氏抽提装置将粒径15目的竹粉采用溶剂抽提处理7小时，溶剂为无水乙醇。取出竹粉，离心脱水后置于真空干燥箱中，105℃下干燥6小时，得到竹粉的干粉；
步骤(2)将200g的竹粉干粉、20g的碳酸钙、20g的滑石粉和1g市售的钛酸酯偶联剂置于高速混合机中高速搅拌5分钟，对干粉进行表面处理；
步骤(3)高速混合机中加入600g的ABS、10g的马来酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、2g市售的硬脂酸，搅拌1分30秒，进行物料的初步混合；
步骤(4)将初步混合均匀的物料加入转矩流变仪中，210℃下熔融混炼10分钟，得到木塑复合材料混炼料；
步骤(5)将木塑复合材料混炼料进行模压成型，得到木塑复合材料制品。
本实施例所制备的ABS基木塑复合材料制品的简支梁无缺口冲击强度4.4kJ/m2，拉伸强度31.5MPa，弯曲强度60.6MPa，弹性模量3602.6MPa；分解5％的温度为281.7℃，分解终止温度为484.6℃。与没有抽提处理木粉填充复合材料相比，分解5％和分解结束温度分别提高了3.7℃和11.2℃。这充分说明本发明所述的乙醇溶液洗涤处理竹粉的方法提高了ABS木塑复合材料的耐热性。
实施例3：
步骤(1)采用索氏抽提装置将粒径20目的秸秆粉采用溶剂抽提处理8小时，溶剂为丙酮。取出秸秆粉，离心脱水后置于真空干燥箱中，100℃下干燥9小时，得到秸秆粉的干粉；
步骤(2)将300g的秸秆粉干粉、50g的碳酸钙、50g的滑石粉、50g的玻璃纤维和10g市售的硅烷偶联剂置于高速混合机中高速搅拌7分钟，对干粉进行表面处理；
步骤(3)高速混合机中加入700g的ABS、50g的马来酸酐接枝氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、10g市售的硬脂酸，搅拌2分钟，进行物料的初步混合；
步骤(4)将初步混合均匀的物料加入转矩流变仪中，230℃下熔融混炼5分钟，得到木塑复合材料混炼料；
步骤(5)将木塑复合材料混炼料进行模压成型，得到木塑复合材料制品。
本实施例所制备的ABS基木塑复合材料制品的简支梁无缺口冲击强度4.2kJ/m2，拉伸强度32.3MPa，弯曲强度61.3MPa，弹性模量3876.6MPa。
实施例4：
步骤(1)采用索氏抽提装置将粒径小于20目的木粉和竹粉混合物，采用溶剂抽提处理9小时，溶剂为水-乙醇共沸物。取出木粉和竹粉混合物，离心脱水后置于真空干燥箱中，105℃下干燥8小时，得到木粉和竹粉的干粉混合物；
步骤(2)将250g的木粉和竹粉的干粉混合物、20g的碳酸钙和5g市售的钛酸酯偶联剂置于高速混合机中高速搅拌6分钟，对干粉进行表面处理；
步骤(3)高速混合机中加入500g的ABS、25g的马来酸酐接枝ABS、6g市售的油酸酰胺，搅拌1分40秒，进行物料的初步混合；
步骤(4)将初步混合均匀的物料加入密炼机中，210℃下熔融混炼10分钟，得到木塑复合材料混炼料；
步骤(5)将木塑复合材料混炼料进行注射成型，得到木塑复合材料制品。
本实施例所制备的ABS基木塑复合材料制品的简支梁无缺口冲击强度5.2kJ/m2，拉伸强度35.2MPa，弯曲强度68.6MPa，弹性模量3582.6MPa。
实施例5：
步骤(1)采用索氏抽提装置将粒径小于20目的木粉、竹粉和秸秆粉的混合物，采用溶剂抽提处理10小时，溶剂为苯-乙醇混合液。取出木粉、竹粉和秸秆粉的混合物，离心脱水后置于真空干燥箱中，102℃下干燥10小时，得到木粉、竹粉和秸秆粉的干粉混合物；
步骤(2)将350g的木粉、竹粉和秸秆粉的干粉混合物、80g的滑石粉和5g市售的硅烷偶联剂置于高速混合机中高速搅拌10分钟，对干粉进行表面处理；
步骤(3)高速混合机中加入550g的ABS、30g的马来酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、7g市售的油酸酰胺，搅拌1分20秒，进行物料的初步混合；
步骤(4)将初步混合均匀的物料加入平行双螺杆挤出机中，220℃下挤出得到木塑复合材料混炼料；
步骤(5)将木塑复合材料混炼料进行注射成型，得到木塑复合材料制品。
本实施例所制备的ABS基木塑复合材料制品的简支梁无缺口冲击强度4.8kJ/m2，拉伸强度34.8MPa，弯曲强度67.5MPa，弹性模量3721.3MPa。
实施例6：
步骤(1)采用索氏抽提装置将粒径20目的竹粉采用溶剂抽提处理8小时，溶剂为水。取出竹粉，离心脱水后置于真空干燥箱中，98℃下干燥8小时，得到竹粉的干粉。
步骤(2)将320g的竹粉干粉、120g的滑石粉和5g市售的硅烷偶联剂置于高速混合机中高速搅拌9分钟，对干粉进行表面处理。
步骤(3)高速混合机中加入700g的ABS、40g的马来酸酐接枝氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、8g市售的油酸酰胺，搅拌1分30秒，进行物料的初步混合；
步骤(4)将初步混合均匀的物料加入转矩流变仪中，220℃下熔融混炼8分钟，得到木塑复合材料混炼料；
步骤(5)将木塑复合材料混炼料进行模压成型，得到木塑复合材料制品。
本实施例所制备的ABS基木塑复合材料制品的简支梁无缺口冲击强度4.3kJ/m2，拉伸强度33.3MPa，弯曲强度62.3MPa，弹性模量3621.8MPa。