本发明涉及木塑复合材料制备技术领域，具体涉及一种木塑材料加工用界面相容剂的制备方法。
背景技术：
将植物秸秆应用于木塑复合材料，该材料的开发应用利于保护森林资源，减缓废弃木材和塑料对环境的污染；还有利于农业资源综合利用及对环境的保护，除此之外，植物秸秆的加入会提高复合材料的强度。然而植物秸秆结构使其表面有较强的亲水性，导致它易吸附环境中的水分和其它杂质，从而在木塑复合时形成纤维表面与塑料的弱边界层，降低复合材料的界面结合力。其次，大量的羟基在植物秸秆表面形成分子间氢键，使植物秸秆不易于在非极性聚合物基体中分散。在复合材料的制备过程中，植物秸秆容易相互聚集，形成团、束，引起物理学中的应力集中，造成复合材料力学性能的下降。因此，如何有效提高木塑复合材料中植物纤维组分与塑料的界面结合力成为木塑复合材料研究的重点问题，常见的解决方法有加入界面相容剂，从而提高两相的界面相容性，使木塑复合材料表现出更好的综合性能。
界面相容剂的连接性能决定木塑复合材料的性能，马丽春报道了用m-异丙烯基-α，α一二甲基苄基异氰酸酯熔融接枝聚丙烯作为木塑复合材料界面相容剂，当木粉/pp质量比7：3、界面相容剂加入量为10wt%时，木塑复合材料力学性能达到最佳（文献：马丽春，m-tmi接枝聚丙烯及其在木塑复合材料中的应用[硕士论文]．东北林业大学，201l.），但实验中接枝率不高，界面相容剂制备成本高；lee等用赖氨酸二异氰酸酯作为木塑复合材料的界面相容剂，竹粉和聚乳酸作原料制备木塑复合材料，当竹粉/聚乳酸质量比3:7、界面相容剂加入3wt%时，制备的木塑复合材料性能最佳。（文献：leesh,wangsq.biodegradablepolymers/bamboofiberbiocompositewithbio-basedcouplingagent.compositesparta–applsci2006;37(1):80–91.），但是制备成本高；catro等用马来酸酐作为相容剂来制备巨桉木和高密度聚乙烯木塑复合材料，当巨桉木/hdpe质量比为6:4、界面相容剂加入10wt%时，木塑复合材料性能达到最佳（文献：catroal，stefanibv，ribeirovf，eta1．influenceofcouplingagentincompatibilityofpost-consumerhdpeinthermoplasticcompositesreinforcedwitheucalyptusfiber[j]．matersres.，2014，17：203—209.），马来酸酐作为界面相容剂耐热性不理想，catro报道中没有把界面相容剂用到秸秆为填料的木塑复合材料中，本发明与他不同之处在于制备的界面相容剂加入了异氰酸酯基团，提高耐热性能。目前国家对森林保护力度加大，不允许大量砍伐树木，因此用木粉作为木塑复合材料的原料来源受到极大的限制，然而我国是农业大国每年都有大量的秸秆和林业废弃物，用秸秆或林业废弃物替代木粉和塑料粉制作木塑复合材料是一种现实的选择，也会推动可再生资源的有效利用。秸秆为填料的木塑材料研究有些报道，路俊斗等利用小麦秸秆粉为填料与pe制备木塑复合材料，用偶联剂kh570作为界面改性剂，当小麦秸秆粉与pe质量比11：9、加入3%的偶联剂时木塑复合材料力学性能达到最佳。（文献：路俊斗，刘超栋，石光，等．秸秆木塑复合材料的制备及性能研究[j]．广东化工，2015，42(13)：44—45)），但产品力学性能不理想。应用高分子界面相容剂应用到松子果壳粉或玉米秸秆粉与热塑性塑料粉制备木塑复合材料的报道还没有。本发明的界面相容剂具有制备简便、粘度低、耐热性能好，适合于秸秆与塑料为原料的木塑复合材料制备中。
技术实现要素：
为解决秸秆及农林废弃物为填料的木塑复合材料制备中存在的问题，本发明提供一种具有粘度较低、内聚强度较大、与木塑原料有良好的相容性的高分子界面相容剂，并用此相容剂制备出了复合国家标准要求的秸秆与聚丙烯木塑复合材料。
本发明的一种高分子界面相容剂的制备方法，其步骤为：
步骤1、将酸酐和二元醇加入带有搅拌、控温和回流装置的四口反应器中，加热升温并通n2保护，当温度升至80℃保温0.5h，然后加入脱水剂、催化剂，使温度以5℃/分钟升温到140℃～145℃，反应3.5～4h，再以10℃/分钟升温到190℃～200℃，当出水量达到理论值的98%以上时，每隔15min测一次酸值，当酸值小于3mgkoh/g时停止反应,得到聚酯多元醇；
所述的酸酐为马来酸酐，二元醇为乙二醇，马来酸酐和乙二醇摩尔比1:2～4，脱水剂为二甲苯，占乙二醇体积的10%～20%，催化剂对甲苯磺酸占马来酸酐质量的1.0%～3.0%；
步骤2、将步骤1所得聚酯多元醇加入到四口反应器中，加热至130℃～140℃，在真空度为0.06〜0.08mpa下脱水3〜4h，取样测水分小于0.1%时，温度降至70℃，加入扩链剂、抗氧剂后，搅拌混合均匀，然后加入二异氰酸酯，搅拌并抽真空脱泡至气泡抽完，加入催化剂，通氮气保护，每隔0.5h测定反应体系中游离—nco的含量，当含量达3.0%停止反应，得到界面相容剂；
所述的二异氰酸酯为mdi，占聚酯多元醇20〜30wt%，扩链剂为1,4-丁二醇，占聚酯多元醇质量的3.2〜4.5wt%，抗氧剂为硫代硫酸钠，为聚酯多元醇质量的3.2〜4.5wt%，催化剂为二丁基锡二月桂酸酯，为聚酯多元醇的0.1～0.2wt%。
本发明制备的高分子界面相容剂可以用于果壳粉或秸秆粉为填料的木塑材料。制法如下：
将干燥的松子果壳粉或秸秆粉，热塑性塑料粉和高分子界面相容剂（以下简称界面相容剂），加入到搅拌机中搅拌，搅拌机转速为1000r/min～1500r/min.同时加入增塑剂、引发剂，搅拌20～30min；将混合物铺装到标准模具中；将模具放到平板硫化机中，在140℃～160℃，10.0～12.0mpa下热压20～30min，冷却到室温脱模，即得木塑复合材料成品；
所述热塑性塑粉为pp粉,果壳粉为松子果壳粉，秸秆粉为玉米秸秆粉；
果壳粉或玉米秸秆粉与热塑性塑料粉的质量比为6:4～4:6，界面相容剂占果壳粉或秸秆粉与热塑性塑粉质量的3%～7%，增塑剂为硬脂酸锌，占果壳粉或秸秆粉与热塑性塑粉总质量的2%～3%，引发剂为过氧化二异丙苯，占果壳粉或秸秆粉与热塑性塑粉总质量的1%～2%。
有益效果：本发明制备的高分子界面相容剂，粘度低(25mpa•s)、耐热温度可达280℃。用其制备的木塑复合材料的拉伸强度、弯曲强度比不加界面相容剂时明显提高；不加界面相容剂木塑复合材料的拉伸强度19.40mpa，加入本发明制备的高分子界面相容剂后的木塑复合材料的拉伸强度可达25.44mpa，提高了31.13%，是标准值的127.20%。不加界面相容剂木塑复合材料的弯曲强度36.80mpa，加入本发明制备的高分子界面相容剂后的木塑复合材料的拉伸强度可达47.84mpa，提高了30.0%，是标准值的119.60%。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明。本发明实施例所述技术方案仅用于进一步说明技术方案，而不能作为对本发明的限制，在本发明的构思前提下，对本发明技术方案的简单改进都属于对本发明要求保护的范围。
实施例1一种高分子界面相容剂的制备方法，步骤1、将马来酸酐和乙二醇按摩尔比1:2加入250ml带有搅拌、控温和回流装置的四口反应器中，加热升温并通n2保护，当温度升至80℃保温0.5h，然后加入脱水剂、催化剂，使温度以每分钟5℃升温到140℃，反应4h，再以10℃/分钟升温到190℃，当出水量达到理论值的98%以上时，每隔15min测一次酸值，当酸值小于3mgkoh/g时停止反应,得到聚酯多元醇；脱水剂为二甲苯,为乙二醇体积的10%，催化剂对甲苯磺酸占马来酸酐质量的1%；
步骤2、将步骤1所得的聚酯多元醇50.0g加入250ml四口反应器中，加热升温至130℃，在真空度0.06mpa下,脱水4h，取样测水分小于0.1%时，温度降至70℃，加入1.6g扩链剂、1.6g抗氧剂，搅拌混合均匀，然后加入10.0gmdi，搅拌并抽真空脱泡至气泡抽完，加入0.05g催化剂，通氮气保护，每隔0.5h测定反应体系中游离—nco的含量，当含量达3.0%停止反应，得界面相容剂。所述的扩链剂为1,4-丁二醇，抗氧剂为硫代硫酸钠，催化剂为二丁基锡二月桂酸酯。
本发明制备的高分子界面相容剂用于松子果壳粉为填料的木塑材料。制法如下：称取36.0g干燥的松子果壳粉和24.0gpp粉，加入高速搅拌机中搅拌，搅拌速度为1000r/min.同时加入2.1g界面相容剂、1.4g增塑剂、0.7g引发剂并搅拌20min；混合物铺装到标准模具（200mm×180mm×4mm）中；模具放到平板硫化机中，在160℃，10mpa下压20min，冷却到室温脱模，即得木塑复合材料成品。
所述的果壳粉：pp质量比为3:2，加入界面相容剂的木塑复合材料的力学性能检测值如表1。按照gb/t1040-2006标准，万能电子力学试验机进行拉伸性能测试、按照按gb/t1040-2004标准，万能电子力学试验机进行拉伸测试进行弯曲性能测试。标准值分别是20mpa、40mpa.
实施例2一种高分子界面相容剂的制备方法，步骤1、将马来酸酐和乙二醇摩尔比1:3加入250ml带有搅拌、控温和回流装置的四口反应器中，加热升温并通n2保护，当温度升至80℃保温0.5h，然后加入脱水剂、催化剂，使温度以每分钟5℃升温到145℃，控制出水速度和氮气的速度，反应3.5h，再以10℃/分钟升温到200℃，当出水量达到理论值的98%以上时，每隔15min测一次酸值，当酸值小于3mgkoh/g时停止反应，得到聚酯多元醇；脱水剂为二甲苯,占乙二醇体积的15%，催化剂对甲苯磺酸,占马来酸酐质量的2%；
步骤2、将步骤1所得聚酯多元醇50g加入四口反应器中，加热升温至140℃，抽真空至0.08mpa,脱水3h，取样测水分小于0.1%时，温度降至70℃，加入2.0g扩链剂、2.0g抗氧剂，搅拌混合均匀，然后加入15gmdi，搅拌并抽真空脱泡至气泡抽完，加入0.1g催化剂，通氮气保护，每隔0.5h测定一下反应物中游离—nco的含量，当含量在3.3%左右时停止反应，反应时间3.5h，得界面相容剂。所述的扩链剂为1,4-丁二醇，抗氧剂为硫代硫酸钠，催化剂为二丁基锡二月桂酸酯。
本发明制备的高分子界面相容剂用于松子果壳粉为填料的木塑材料。制法如下：称取30.0g干燥的松子果壳粉和30.0gpp粉；在高速搅拌机中加入果壳粉、pp粉搅拌，搅拌速度为1250r/min.同时加入3.5g界面相容剂、1.75g增塑剂、1.05g引发剂并搅拌25min；混合物铺装到标准模具（200mm×180mm×4mm）中；模具放到平板150℃，11mpa下压25min，冷却到室温脱模，即得木塑复合材料成品。
实施例2的松子果壳粉：pp质量比为1:1，加入界面相容剂木塑复合材料的力学性能检测值如表2。按照gb/t1040-2006标准万能电子力学试验机进行拉伸性能测试、按照按gb/t1040-2004标准万能电子力学试验机进行拉伸测试进行弯曲性能测试。标准值分别是20mpa、40mpa.
实施例3一种高分子界面相容剂的制备方法，步骤1、将马来酸酐和乙二醇按摩尔比1:4加入250ml带有搅拌、控温和回流装置的四口反应器中，加热升温并通n2保护，当温度升至80℃保温0.5h，然后加入二甲苯作为脱水剂、对甲苯磺酸做催化剂，将温度以每分钟5℃升温到140℃，反应4h，再以10℃/分钟升温到190℃，当出水量达到理论值的98%以上时，每隔15min测一次酸值，当酸值小于3mgkoh/g时停止反应，得到液体的聚酯多元醇；脱水剂为二甲苯,占乙二醇体积20%，催化剂对甲苯磺酸占马来酸酐质量的3%；
步骤2、将步骤1所得聚酯多元醇50g加入四口反应器中，加热升温至130℃，抽真空至0.06mpa,脱水4h，取样测水分小于0.1%时，温度降至70℃，加入2.25g扩链剂、2.25g抗氧剂，搅拌混合均匀，然后加入12.5gmdi，搅拌并抽真空脱泡至气泡抽完，加入0.075g催化剂，通氮气保护，每隔0.5h测定一下反应物中游离—nco的含量，当含量达3.0%停止反应，得界面相容剂。所述的扩链剂为1,4-丁二醇，抗氧剂为硫代硫酸钠，催化剂为二丁基锡二月桂酸酯。
本发明制备的高分子界面相容剂用于松子果壳粉为填料的木塑材料。制法如下：称取24.0g干燥的果壳粉和36.0gpp粉；在高速搅拌机中加入果壳粉、pp粉搅拌，搅拌速度为1500r/min.同时加入4.9g界面相容剂、2.1g增塑剂、1.4g引发剂并搅拌25min；混合物铺装到标准模具（200mm×180mm×4mm）中；模具放到平板140℃，12mpa下压30min，冷却到室温脱模，即得木塑复合材料成品。
实施例3的果壳粉：pp质量比为4:6，加入界面相容剂木塑复合材料的力学性能检测值如表3。按照gb/t1040-2006标准万能电子力学试验机进行拉伸性能测试、按照按gb/t1040-2004标准万能电子力学试验机进行拉伸测试进行弯曲性能测试。标准值分别是20mpa、40mpa.
实施例4一种高分子界面相容剂的制备方法，步骤1、将马来酸酐和乙二醇摩尔比1:2加入250ml带有搅拌、控温和回流装置的四口反应器中，加热升温并通n2保护，当温度升至80℃保温0.5h，然后加入脱水剂、催化剂，使温度以每分钟5℃升温到140℃，反应4h，再以10℃/分钟升温到190℃，当出水量达到理论值的98%以上时，每隔15min测一次酸值，当酸值小于3mgkoh/g时停止反应,得到聚酯多元醇；脱水剂为二甲苯,占乙二醇体积10%，催化剂对甲苯磺酸占马来酸酐质量的1%；
骤2、将步骤1所得的聚酯多元醇50.0g加入250ml四口反应器中，加热升温至130℃，在真空度0.06mpa下,脱水4h，取样测水分小于0.1%时，温度降至70℃，加入1.6g扩链剂、1.6g抗氧剂，搅拌混合均匀，然后加入10.0gmdi，搅拌并抽真空脱泡至气泡抽完，加入0.05g催化剂，通氮气保护，每隔0.5h测定一下反应物中游离—nco的含量，当含量达3.0%停止反应，得界面相容剂。所述的扩链剂为1,4-丁二醇，抗氧剂为硫代硫酸钠，催化剂为二丁基锡二月桂酸酯。
本发明制备的高分子界面相容剂可以用于玉米秸秆粉为填料的木塑材料。制法如下：称取36.0g干燥的玉米秸秆粉和24.0gpp粉；在高速搅拌机中加入果壳粉、pp粉搅拌，搅拌速度为1000r/min.同时加入2.1g界面相容剂、1.4g增塑剂、0.7g引发剂并搅拌20min；混合物铺装到标准模具（200mm×180mm×4mm）中；模具放到平板硫化机在140℃，12mpa下压20min，冷却到室温脱模，即得木塑复合材料成品。
实施例4的玉米秸秆粉：pp质量比为6:4，加入界面相容剂木塑复合材料的力学性能检测值如表4。按照gb/t1040-2006标准万能电子力学试验机进行拉伸性能测试、按照按gb/t1040-2004标准万能电子力学试验机进行拉伸测试进行弯曲性能测试。标准值分别是20mpa、40mpa.
实施例5一种高分子界面相容剂的制备方法，步骤1、将马来酸酐和乙二醇摩尔比1:3加入250ml带有搅拌、控温和回流装置的四口反应器中，加热升温并通n2保护，当温度升至80℃保温0.5h，然后加入脱水剂、催化剂，使温度以每分钟5℃升温到145℃，控制出水速度和氮气的速度，反应3.5h，再以10℃/分钟升温到200℃，当出水量达到理论值的98%以上时，每隔15min测一次酸值，当酸值小于3mgkoh/g时停止反应，得到聚酯多元醇；脱水剂为二甲苯,占乙二醇体积15%，催化剂对甲苯磺酸占马来酸酐质量的2%；
步骤2、将步骤1所得聚酯多元醇50g加入四口反应器中，加热升温至140℃，抽真空至0.08mpa,脱水3h，取样测水分小于0.1%时，降温，当温度降至70℃，加入2.0g扩链剂、2.0g抗氧剂搅拌混合均匀，然后加入15gmdi，搅拌并抽真空脱泡至气泡抽完，加入0.1g催化剂，通氮气保护，每隔0.5h测定一下反应物中游离—nco的含量，当含量在3.0%时停止反应，反应时间3.5h，得界面相容剂。所述的扩链剂为1,4-丁二醇，抗氧剂为硫代硫酸钠，催化剂为二丁基锡二月桂酸酯。
本发明制备的高分子界面相容剂用于玉米秸秆粉为填料的木塑材料。制法如下：称取30.0g干燥的玉米秸秆粉和30.0gpp粉；在高速搅拌机中加入果壳粉、pp粉搅拌，搅拌速度为1250r/min.同时加入3.5g界面相容剂、1.75g增塑剂、1.05g引发剂并搅拌25min；混合物铺装到标准模具（200mm×180mm×4mm）中；模具放到平板150℃，11mpa下压25min，冷却到室温脱模，即得木塑复合材料成品。
实施例5的玉米秸秆粉：pp质量比为5:5，加入界面相容剂木塑复合材料的力学性能检测值如表5。按照gb/t1040-2006标准万能电子力学试验机进行拉伸性能测试、按照按gb/t1040-2004标准万能电子力学试验机进行拉伸测试进行弯曲性能测试。标准值分别是20mpa、40mpa.
实施例6一种高分子界面相容剂的制备方法，步骤1、将马来酸酐和乙二醇摩尔比1:4加入250ml带有搅拌、控温和回流装置的四口反应器中，加热升温并通n2保护，当温度升至80℃保温0.5h马来酸酐逐渐溶解，然后加入脱水剂、催化剂，将温度以每分钟5℃升温到140℃，控制出水速度和氮气的速度，反应4h，再以10℃/分钟升温到190℃，当出水量达到理论值的98%以上时，每隔15min测一次酸值，当酸值小于3mgkoh/g时停止反应，得到液体的聚酯多元醇；脱水剂为二甲苯,占乙二醇体积20%，催化剂对甲苯磺酸占马来酸酐质量的3%；
步骤2、将步骤1所得聚酯多元醇50g加入四口反应器中，加热升温至130℃，抽真空至0.06mpa,脱水4h，取样测水分小于0.1%时，降温，当温度降至70℃，加入2.25g扩链剂、2.25g抗氧剂，搅拌混合均匀，然后加入12.5gmdi，搅拌并抽真空脱泡至气泡抽完，加入0.075g催化剂，通氮气保护，每隔0.5h测定一下反应物中游离—nco的含量，当含量达3.0%停止反应，得界面相容剂。所述的扩链剂为1,4-丁二醇，抗氧剂为硫代硫酸钠，催化剂为二丁基锡二月桂酸酯。
本发明制备的高分子界面相容剂用于玉米秸秆粉为填料的木塑材料。制法如下：称取24.0g干燥的玉米秸秆粉和36.0gpp粉；在高速搅拌机中加入果壳粉、pp粉搅拌，搅拌速度为1500r/min同时加入4.9g界面相容剂、2.1g增塑剂、1.4g引发剂并搅拌30min；混合物铺装到标准模具（200mm×180mm×4mm）中；模具放到平板160℃，10mpa下压30min，冷却到室温脱模，即得木塑复合材料成品。
实施例6的玉米秸秆粉：pp质量比为4:6，加入界面相容剂木塑复合材料的力学性能检测值如表6。按照gb/t1040-2006标准万能电子力学试验机进行拉伸性能测试、按照按gb/t1040-2004标准万能电子力学试验机进行拉伸测试进行弯曲性能测试,标准值分别是20mpa、40mpa.