一种磁性木塑复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种磁性木塑混合材料及其制备方法，所述材料主要由以下质量百分比的原料组成：20-40%的塑料基体、20-40%的植物粉末、20-50%的铁氧体微纳米磁粉、3-6%的偶联剂、0.1-1%的增容剂、1-3%的润滑剂、2~4%的增韧剂、0.01~0.1%的过氧化物。所述方法主要包括磁性粉体活化、植物粉末干燥、混炼及成型步聚。该磁性木塑复合材料不仅兼具了塑料和木材料主要优点，而且赋予木塑复合材料磁性化功能，可满足市场对木塑材料的多功能化需求，能广泛应用到在教具、广告、玩具、电子包装、特种装修等领域，具有广阔的经济前景和社会效益。
【专利说明】一种磁性木塑复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于一种木塑复合材料领域，尤其是涉及一种磁性木塑复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展，现代社会对材料的要求越来越高，其不仅应有较好的物理力学性能及生态环保性，而且还应满足一些特殊的要求，即多功能性是其未来发展的方向。磁性复合材料，如磁性纳米微球、磁性木材和磁性塑料等是20世纪70年代后逐步产生、发展、壮大，而成为最富有生命力与宽广应用前景的新型复合磁性材料，不仅具有磁特性，而且还具有湿度控制、声音吸收和电磁波吸收等多种特殊功能，在磁疗、教仪、电磁屏蔽、电子包装、特种装修等领域具有广泛的应用前景。
[0003]木塑复合材料是以植物纤维为主要原料经适当活化处理使其与各种塑料粘胶剂按一定比例混合并添加相关助剂经高温、挤压、成型等工艺制成的一种新型复合材料，是一种高性能、高附加值的绿色环保复合材料。与木质材料相比，具有材质均一、不易受虫蛀、耐水性好、强重比高、尺寸稳定好等优点，易制成各种形状的模压制品；与高分子塑料相比，具有低毒、热稳定性好、成本低廉等优点。另外，木塑复合材料可采用各种废旧塑料、废木料及一年生再生农作植物料，可以有助于缓解塑料污染，降低废弃农作物焚烧对环境的破坏，是一种可循环使用的耐久材料。因此，新型木塑复合材料的开发必将对我国生态文明建设产生积极影响。
[0004]目前，木塑复合 材料一般用于建筑装饰、家具制造、园林景观、日用品等领域，但其功能及应用领域还有很大的潜力可挖。如新公开的专利申请CN 103205059A，公开了一种可屏蔽电磁的塑木复合材料，将起屏蔽电磁作用的石墨粉填充塑木混合料中，制备出具有屏蔽电磁功能的塑木复合材料；如果能对木塑复合材料进行磁性化处理，不仅可以使木塑复合材料具备木材料和塑料许多不及的理化性能及环保优势，而且可以赋予木塑复合材料磁性化功能，发挥出磁性木材和磁性塑料的双重优势，从而使木塑材料拓展到更为广阔的应用领域中。但目前还未见磁性木塑复合材料开发方面的公开报道，鉴如此，本发明就是制备出具有磁性功能的新型复合木塑材料。
【发明内容】
[0005]本发明针对木塑复合材料市场多功能化需求及现有相关磁性材料成本高、易变形、易开裂、尺寸稳定差等缺点，提供一种具有磁性功能的新型木塑复合材料的制备方法，不仅兼具了塑料和木材料主要优点，而且赋予木塑复合材料磁性化功能，可以应用到在教具、广告、玩具、电子包装、特种装修等领域。
[0006]为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案:
一种磁性木塑复合材料，其特征在于，其主要由以下质量百分比的原料组成，20-40%的塑料基体、20-40%的植物粉末、20-50%的铁氧体微纳米磁粉、3-6%的偶联剂、0.1-1%的增容剂、1-3%的润滑剂、2~4%的增韧剂、0.Ο1-Ο.1%的过氧化物等。
[0007]进一步地，所述磁性木塑复合材料根据需要还可以添加其他功能助剂，如抗氧剂、阻燃剂、颜料、发泡剂、防菌剂一种或几种的组合；
进一步地，所述的塑料基体为聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯中的一种或几种的组合。
[0008]进一步地，所述的铁氧体微纳米磁粉为四氧化三铁(Fe304)、钡铁氧体(Ba0*6Fe203>和锶铁氧体(Sr0*6Fe203)中的一种，粒径范围0.03~10.0微米。
[0009]进一步地，所述植物粉末为各类木粉、竹粉、农作物秸杆粉、糠粉、果壳粉，粉末颗粒度范围50~200目。
[0010]进一步地，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂或铝钛酸酯偶联剂中至少一种或几种的组合。
[0011]进一步地，所述润滑剂为硬脂酸及其盐类、聚乙烯蜡、石蜡、氧化聚乙烯蜡中的一种。
[0012]进一步地，所述过氧化物为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化氢或过氧化苯甲酸叔丁酯中至少一种。
[0013]进一步地，所述增容剂为顺丁烯二酸酐、异氰酸酯、邻苯二甲酸酐、聚亚甲基聚苯基异氰酸酯中至少一种。
[0014]进一步地，所述增韧剂为POE、TPO, EPDM、SBS、SEBS中至少一种。
[0015]本发明同时还公开了制备上述的磁性木塑复合材料的方法，包括以下步骤: 第一步:磁性粉体活化按一定比例将磁性微纳米粉末、聚乙二醇(分子量为
200-400)无水乙醇和去离子水移入容器中，并用超声波分散10 min，再加入偶联剂乙醇溶液，升温至6(T80°C，恒温搅拌约2小时后静置24h，滤去上层清液，置于鼓风干燥箱中在100°C下，干燥10h，活化处理的磁性粉体填料。
[0016]第二步:植物粉末干燥将将植物粉末置于鼓风干燥箱中在105°C下干燥10h，至水质量分数< 2%备用；
第三步:混炼处理将混炼机升温至相应塑料的加工温度，一般在15(T220°C范围内，然后加入塑料，塑化5-15分钟；再加入第一步中的活化磁性粉体、第二步中的干燥植物粉末、增韧剂、润滑剂、增容剂、过氧化物等助剂，混合10-20分钟；
第四步:成型处理可以通过平板硫化机热压处理成型，也可以通过双螺杆或单螺杆挤出机熔融挤出成型。(I)若通过平板硫化机热压处理成型，可直接将第三步中的高温混炼的物料转移到平板硫化机的模具中热压20-40分钟，最后冷却定型，得到产品；(2)若通过螺杆挤出机熔融挤出成型，将第三步中的混合物置入冷混机中进行冷却至3(T50°C后将混合物料加入到双螺杆或单螺杆挤出机中熔融挤出得到复合材料板材，再经真空定型台定型、冷却、牵引、切割工艺后得到产品。
[0017]本发明的磁性木塑复合材料利用偶联剂、分散剂及超声手段微纳米磁性粉体材料进行充分分散及表面修饰活化处理，防止磁性粉末的聚集。再将活化处理的磁性粉末、植物纤维粉、聚合物基体及助剂进行熔融复合制备出磁性木塑复合材料。不仅兼具了塑料和木材料主要优点，而且赋予木塑复合材料磁性化功能的同时，可克服磁性木材易变形、易开裂、不耐腐蚀、不易成型加工等缺点；也还能克服磁性塑料成本高、尺寸稳定差、环保性差等缺点。可满足市场对木塑材料的多功能化需求，特别能广泛应用到在教具、广告、玩具、电子包装、特种装修等领域。其制备工序简易合理、成本较低、易操作，适于工业化生产，具有广阔的经济前景和社会效益。
【具体实施方式】
[0018]下面结合实施范例对本发明进行具体的描述，需要指出的是，所列举的实施范例只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。该领域和熟练人员可以根据本发明的内容作出一些非本质的改进和调整，也属于本发明的保护范围内。
[0019]一种磁性木塑复合材料，其是由以下质量百分比的原料组成范围:20-40%的塑料基体、20-40%的植物粉末、20-50%的铁氧体磁粉、3-6%的偶联剂、0.1-1%的增容剂、1_3%的润滑剂、2~4%的增韧剂、0.01~0.1%的过氧化物等。另外，根据需要还可以添加其他功能助剂，如抗氧剂、阻燃剂、颜料、发泡剂、防菌剂一种或几种的组合。
[0020]实施例一一种磁性PP木塑复合材料的制备步骤
(1)原料制备将100份平均粒径为2μ m的锶铁氧体钡粉末、5份聚乙二醇300，250份无水乙醇和25份去离子水移入容器中，并用超声波分散10 min，再加入约30份的KH-550硅烷偶联剂乙醇溶液(偶联剂质量含量为20%，乙醇质量含量为72%，水质量含量8%)，升温至6(T80°C，恒温搅拌约2小时后静置24h，滤去上层清液，置于鼓风干燥箱中在100°C下，干燥10h，活化处理的磁性粉体填料。并将90份平均粒径为80目的松木粉末置于鼓风干燥箱中，在105°C下干燥10h，至水质量分数< 2%备用；
(2)混合处理将混炼机升温至190°C，然后加入80份聚丙稀塑料，塑化10分钟；再将上述全部活化处理的钡铁氧体粉末填料、干燥好的松木粉末、5份POE弹性体、3份硬脂酸、
2.5份顺丁烯二酸酐、2.5份过氧化二异丙苯加入混炼机中，混合18分钟。再将其混合物置入冷混机中进行冷却至40°C ；
(3)材料成型将上述混合处理的混合物料加入到单螺杆挤出机中，挤出机温度优选为19(T230°C，混合物料经熔融挤出得到复合材料，再经真空定型台定型、冷却、牵引、切割工艺后得到磁性木塑复合板材。
[0021]本实施例配方挤出的复合材料板材宽度150mm,厚度15mm,测试结果为:饱和磁化强度12.221 emu.g—1，剩余磁化强度为6.561 emu.g—1，拉伸强度30.52 MPa，静曲强度28.89MPa，弯曲弹性模量3516 MPa，邵氏硬度85。
[0022]实施例二一种磁性PE竹塑复合材料的制备步骤
(1)原料制备将100份平均粒径为Iμ m的锶铁氧体粉末、6份聚乙二醇300，250份无水乙醇和25份去离子水移入容器中，并用超声波分散10 min，再加入约30份的KH-570硅烷偶联剂乙 醇溶液(偶联剂质量含量为20%，乙醇质量含量为72%，水质量含量8%)，升温至75°C，恒温搅拌约2小时后静置24h，滤去上层清液，置于鼓风干燥箱中在100°C下，干燥10h，活化处理的磁性粉体填料。并将95份平均粒径为100目的竹粉末置于鼓风干燥箱中，在105°C下干燥10h，至水质量分数< 2%备用；
(2)混合处理将混炼机升温至180°C，然后加入90份高密度聚乙烯塑料，塑化10分钟；再将上述全部活化处理的锶铁氧体粉末填料、干燥好的竹粉、6份POE弹性体、3份硬脂酸、2.5份顺丁烯二酸酐、2.5份过氧化二异丙苯加入混炼机中，混合18分钟。再将其混合物置入冷混机中进行冷却至35 °C ；
(3)材料成型将上述混合处理的混合物料加入到单螺杆挤出机中，挤出机温度优选为17(T200°C，混合物料经熔融挤出得到复合材料，再经真空定型台定型、冷却、牵引、切割工艺后得到磁性PE竹塑复合板材。
[0023]本实施例配方挤出的复合材料板材宽度150mm,厚度15mm,测试结果为:饱和磁化强度10.451 emu.g—1，剩余磁化强度为5.821 emu.g—1，拉伸强度29.14MPa，静曲强度26.21MPa，弯曲弹性模量3816MPa，邵氏硬度82。
[0024]实施例三一种磁性PS植塑复合材料的制备步骤
(1)原料制备将100份平均粒径为0.5 μ m的四氧化三铁磁粉、5份聚乙二醇300，250份无水乙醇和25份去离子水移入容器中，并用超声波分散10 min，再加入约30份的TC-F钛酸酯偶联剂乙醇溶液(偶联剂质量含量为25%，乙醇质量含量为60%，水质量含量15%)，升温至78°C，恒温搅拌约2小时后静置24h，滤去上层清液，置于鼓风干燥箱中在100°C下，干燥10h，活化处理的四氧化三铁磁粉填料。并将85份平均粒径为100目的稻杆粉末置于鼓风干燥箱中，在105°C下干燥10h，至水质量分数< 2%备用；
(2)混合处理将混炼机升温至170°C，然后加入85份聚苯乙烯塑料，塑化10分钟；再将上述全部活化处理的 四氧化三铁磁粉填料、干燥好的稻杆粉末、5份POE弹性体、3份硬脂酸、2.5份顺丁烯二酸酐、2.5份过氧化二异丙苯加入混炼机中，混合18分钟。再将其混合物置入冷混机中进行冷却至35 °C ；
(3)材料成型将上述混合处理的混合物料加入到单螺杆挤出机中，挤出机温度优选为17(T200°C，混合物料经熔融挤出得到复合材料，再经真空定型台定型、冷却、牵引、切割工艺后得到磁性PS植塑复合板材。
[0025]本实施例配方挤出的复合材料板材宽度150 mm,厚度15 mm,测试结果为:饱和磁化强度14.282 emu.g_\剩余磁化强度为7.658 emu.g_S拉伸强度27.14 MPa，静曲强度25.88 MPa，弯曲弹性模量3524 MPa，邵氏硬度80。
[0026]实施例四一种磁性PVC木塑复合材料的制备步骤
(1)原料制备将100份平均粒径为LOym的四氧化三铁磁粉、6份聚乙二醇400，250份无水乙醇和25份去离子水移入容器中，并用超声波分散10 min,再加入约30份JTW-101钛酸酯偶联剂乙醇溶液(偶联剂质量含量为20%，乙醇质量含量为76%，水质量含量4%)，升温至70°C，恒温搅拌约2小时后静置24h，滤去上层清液，置于鼓风干燥箱中在100°C下，干燥10h，活化处理的磁性粉体填料。并将85份平均粒径为80目的杨木粉末置于鼓风干燥箱中，在105°C下干燥10h，至水质量分数< 2%备用；
(2)混合处理将混炼机升温至175°C，然后加入80份聚氯乙烯塑料，塑化10分钟；再将上述全部活化处理的四氧化三铁磁粉填料、干燥好的木粉、6份POE弹性体、3份硬脂酸、
2.5份顺丁烯二酸酐、2.5份过氧化二异丙苯加入混炼机中，混合20分钟。
[0027](3)材料成型将上述高温混炼处理的物料转移到平板硫化机的模具中，在模具内表面涂上脱模剂，在压力为10.0MPa下热压20分钟，热压温度为180°C，最后冷却定型，得到磁性PVC木塑复合板材；
本实施例配方挤出的复合材料板材宽度150mm,厚度15mm,测试结果为:饱和磁化强度13.232 emu.g'剩余磁化强度为5.142 emu.g'拉伸强度26.14MPa，静曲强度22.2IMPa,玩去弹性模量3116MPa，邵氏硬度为88。
【权利要求】
1.一种磁性木塑复合村料，其特征在于，其主要由以下质量百分比的原料组成:20-40%的塑料基体、20-40%的植物粉末、20-50%的铁氧体微纳米磁粉、3_6%的偶联剂、0.1-1%的增容剂、1-3%的润滑剂、2~4%的增韧剂、0.01-0.1%的过氧化物。
2.根据权利要求1所述的一种磁性木塑复合村料，其特征在于，还包括其他功能助剂，所述其他功能助剂为抗氧剂、阻燃剂、颜料、发泡剂、防菌剂至少一种或几种的组合。
3.根据权利要求1所述的一种磁性木塑复合村料，其特征在于，所述的塑料基体为聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯中的至少一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述的一种磁性木塑复合村料，其特征在于，所述的铁氧体微纳米磁粉为四氧化三铁、钡铁氧体和锶铁氧体中的至少一种，粒径范围0.03^10.0微米。
5.根据权利要求1所述的一种磁性木塑复合村料，其特征在于，所述植物粉末为各类木粉、竹粉、农作物秸杆粉、糠粉、果壳粉中的一种，粉末颗粒度范围50-200目。
6.根据权利要求1所述的一种磁性木塑复合村料，其特征在于，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂或铝钛酸酯偶联剂中的至少一种或几种的组合。
7.根据权利要求1所述的一种磁性木塑复合村料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸及其盐类、聚乙烯蜡、石蜡、氧化聚乙烯蜡中的至少一种，所述增容剂为顺丁烯二酸酐、异氰酸酯、邻苯二甲酸酐、聚亚甲基聚苯基异氰酸酯中至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种磁性木塑复合村料，其特征在于，所述过氧化物为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化氢或过氧化苯甲酸叔丁酯中的至少一种，所述增韧剂为 POE、TPO、EPDM、SBS、SEBS 中至少一种。
9.根据权利要求1至8中任一权利要求所述的磁性木塑复合材料的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤: 第一步:磁性粉体活化按一定比例将磁性微纳米粉末、分子量为200-400的聚乙二醇、无水乙醇和去离子水移入容器中，并用超声波分散10 min，再加入偶联剂乙醇溶液，升温至60-80°C，恒温搅拌约2小时后静置24h，滤去上层清液，置于鼓风干燥箱中在100°C下，干燥10h，活化处理的磁性粉体填料； 第二步:植物粉末干燥将将植物粉末置于鼓风干燥箱中在105°C下干燥10h，至水质量分数< 2%备用； 第三步:混炼处理将混炼机升温至相应塑料的加工温度，一般在150-220°C范围内，然后加入塑料，塑化5-15分钟；再加入第一步中的活化磁性粉体、第二步中的干燥植物粉末、增韧剂、润滑剂、增容剂、过氧化物等助剂，混合10-20分钟； 第四步:成型处理通过平板硫化机热压处理成型或螺杆挤出机熔融挤出成型。
10.根据权利要求9所述的磁性木塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述第四步成型处理中使用螺杆挤出机熔融挤出成型前，还包括冷却处理步骤:将第三步中的混合物置入冷混机中进行冷却至30-50°C。
【文档编号】C08L97/02GK103937279SQ201410201666
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】杨涛, 李国朝, 黄卫, 乔波 申请人:九江学院