一种木塑复合材料的制备方法及制得的木塑复合材料的制作方法

专利名称：一种木塑复合材料的制备方法及制得的木塑复合材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种聚合物基木塑复合材料的制备方法及该方法制备的木塑复合材料，尤 其是特别涉及一种利用农作物秸秆与高分子乳液制备木塑复合材料的方法及所制得的高性 能木塑复合材料。
背景技术：
在科技与经济快速发展的今天，环境与能源是全球面临的重要课题。可持续发展巳经 成为全人类关注的首要问题，也成为科技研究的热点。人类的各种生产活动释放了大量二 氧化碳，使得空气中氧气含量降低、二氧化碳含量升高，从而改变了地球的大气结构，严 重破坏了生态平衡。近些年各地的极端气候、当前全球性粮食危机等都是由于二氧化碳过 度排放所导致的温室效应引起的。当前科学家们正致力于降低大气中二氧化碳含量以及替 代能源的开发。
众所周知，植物如草木等可以吸收二氧化碳，并通过光合作用转化多糖。这是一种最 为有效、最科学、最环保的降低大气二氧化碳的方法。另一方面，木材一直是人类钟爱的 天然高分子材料，它在一些领域如家具、家庭装饰等方面具有不可取代的优势。树木生长
周期长， 一棵树木能够利用至少需要生长20-30年时间。目前由于人们过度砍伐使全球的 森林遭到严重的破坏，自然生态的失衡引起了众多的环境问题。
草类及秸秆等生长周期短、可再生能力强，每年在为人们提供大量粮食的同时，也为 人们固定二氧化碳，并提供大量的天然高分子-----纤维素。据不完全统计中国水稻、小麦等 农作物所产秸秆等天然植物纤维累计超过1亿吨。这些纤维用于饲料和燃料等应用领域只 占不到20%，大部分都被丢弃浪费或燃烧，对环境造成严重污染。因此充分利用这些常年 生长的天然纤维资源，对于保护森林资源、解决环境问题具有重要的意义。
目前常用的高分子材料分为天然高分子与合成高分子两大类。合成高分子如聚乙烯、聚 丙烯等，通过石油加工制成各种化工原料后制成，尽管它们具有较多优异的物理机械性能， 然而合成高分子材料面临很多问题，如不易降解性会造成重大环境问题。
聚合物基木塑复合材料(wood plastic composites,简称WPC)是指经过预处理的植物纤 维或粉末(如木、竹、花生壳、椰子壳、亚麻、秸秆等)为主要组分(含量通常达到60%以 上)，与高分子树脂基体复合而成的一种新型材料。该材料具有植物纤维和高分子材料两者的诸多优点，能替代木材，可有效地缓解我国森林资源贫乏、木材供应紧缺的矛盾。其应 用范围非常广泛，主要应用在建材、汽车工业、货物的包装运输、仓贮业、装饰材料及日
常生活用具等方面。由于植物纤维的可再生性、可被环境吸纳性，所以WPC是一种极具发
展前途的绿色环保材料，其生产技术也被认为是一项有生命力的创新技术，具有广阔的市 场前景和良好的经济效益和社会效益。
WPC用途广泛，价格便宜，但是现有的木塑复合材料及制备方法存在缺陷，主要原因
是由于含有大量的亲水性基团——羟基，植物纤维具有很强的极性，而常见树脂基体通 常为非极性、不亲水的，故植物纤维和树脂基体间的相容性很差，界面粘结强度低，影响 了WPC的机械性能；同时由于轻基间可形成氢键，植物纤维之间有很强的相互作用，使其 在树脂基体中的分散极差，难以达到均匀分散。
为解决植物纤维素与树脂相容性差的问题，通常使用偶联剂来改善树脂与纤维素的界 面结合能力。尽管如此，现有方法制备的塑复合材料难以具备各方面优异的性能，如木塑 复合材料中植物纤维的含量低，最高不超过60%，合成树脂用量多，所制得的产品更接近 于合成高分子材料。而且常见的偶联剂价格昂贵，加工过程复杂，这不仅提高了木塑材料 的生产成本，也在很大程度上限制了木塑复合材料的推广和应用。

发明内容
本发明的目的在于提供一种木塑复合材料的制备方法，该方法能够解决木塑复合材料 制备中树脂与植物纤维相容性差的问题，克服现有制备方法所存在的树脂与植物纤维界面 粘结强度低、分散均匀性差的缺点，以由此带来的生产成本高及加工过程复杂等问题，本 发明的方法不需要偶联剂能有效解决树脂与纤维相容问题，改善木塑复合材料的综合性能， 工艺简单、成本低廉，而且本发明方法可以大幅度提高植物纤维的利用效率，是一种更为 环保的绿色生产方法。
本发明的目的还在于提供一种由上述方法所制备的木塑复合材料，比之现有的同类产 品在各方面性能上更为优异，该木塑复合材料具有良好的木质感，耐湿、着色性良好，隔 热绝缘防腐，机械性能优异，质轻、抗酸碱、不腐烂、抗虫蛀，各项性能指标可与硬木产 品相媲美。
本发明所采用的技术方案如下-
一种木塑复合材料的制备方法，其特征在于将高分子乳液与植物纤维均匀混合，经干 燥脱水后成型而制得。本发明方法以高分子乳液与植物纤维混合，植物纤维和高分子基体间的相容性好，分 散均匀，界面粘结强度极高，经脱水后再采用现有的方法成型，即可制得高性能的木塑复 合材料。
具体地说，本发明为一种木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤3)制备高分子乳 液；b)将高分子乳液与植物纤维均匀混合；C)将均匀混合的高分子乳液与植物纤维经干 燥脱水后制成木塑复合粉料；d)木塑复合粉料成型。
所述的高分子乳液按现有技术中已知的方法进行制备，采用含有双键的单体在水溶性 引发剂、水、水溶性乳化剂存在下采用乳液聚合方法聚合而成。为制备所述的高分子乳液， 在水中加入单体、水溶性乳化剂和水溶性引发剂,经除氧后，在0-120。C条件下反应1-24 小时。制得粒子尺寸在20纳米一50微米的高分子乳液，其中高分子化合物的分子量在 20,000—1 ，000,000之间。
更详细地，所述的单体可以为苯乙烯类、丁二烯类、卤化乙烯类和丙烯酸酯类中的一
种，或多种单体的混合物。苯乙烯类单体包括苯乙烯、甲基苯乙烯或二乙烯基苯等；丁二 烯类单体包括丁二烯、氯丁二烯或异戊二烯等；卤化乙烯类单体包括氯乙烯、偏氯乙烯、 偏氟乙烯、四氟乙烯或六氟丙烯等；丙烯酸酯类单体包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙 酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、 丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、乙烯基吡啶、丙烯氰、丙烯酸縮水甘油酯、甲 基丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟 丙酯、乙二醇二丙烯酸酯、三乙二醇双丙烯酯、季戊四醇三烯丙酯、对苯二甲酸二烯丙酯 或双甲基双丙烯酰胺等。优选的单体为苯乙烯、氯乙烯、偏氯乙烯、甲基丙烯酸甲酯或甲
基苯乙稀o
所述的水溶性引发剂为氧化剂，或氧化剂与还原剂构成的水溶性的氧化还原体系。常见 的氧化剂为过氧化氢、过硫酸盐(如过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸钙等)、氢过氧化物(如叔 丁基过氧化氢、异丙苯过氧化氢、二异丙苯过氧化氢、对甲基丙苯过氧化氢等)；还原剂
为Fe2+、 Cu+、 NaHS03、 Na2S203、硫醇、胺、草酸或葡萄糖等。优选的氧化剂为过硫酸 钾或过硫酸钠，优选的还原剂为二价铁盐或亚硫酸钠等。
所述的水溶性乳化剂为聚氧乙烯醚类乳化剂、聚合羧酸盐类乳化剂、磺酸盐乳化剂、 硫酸盐类乳化剂、磷酸盐类乳化剂、脂肪羧酸盐类乳化剂、铵盐类乳化剂、反应型乳 化剂或氨基酸型乳化剂等。聚氧乙烯醚类乳化剂如壬基酚聚氧乙烯醚，辛基酚聚氧乙 烯醚，双、三丁基酚聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚聚氧丙烯醚、苯乙基酚聚氧丙烯聚氧乙烯醚，烷基酚聚氧乙烯醚甲醛缩合物硫酸盐、垸基聚氧乙烯醚丁二酸酯磺酸盐、 烷基酚聚氧乙烯醚甲醛縮合物丁二酸酯磺酸钠等；聚合羧酸盐如聚丙烯酸、聚丙烯酸 钠、聚丙烯酰胺等；磺酸盐乳化剂如烷基萘磺酸甲醛缩合物、二烷基苯磺酸钠、烷基 芳基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠(钙)、丁基萘磺酸钠、二丁基萘磺酸钠、二异丙基 萘磺酸钠、单、双甲基萘磺酸钠、石油磺酸钠、垸烯基磺酸钠(垸基平均分子量50-500)、
羟基烷基磺酸钠、二异辛基丁二酸酯磺酸盐、二丁基丁二酸磺酸钠、二己基丁二酸磺
酸钠、二戊基丁二酸磺酸钠等；硫酸盐类乳化剂如硫酸化蓖麻油，脂肪醇硫酸盐，改 性月桂醇基硫酸钠、月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠，烷基酚聚氧乙烯醚硫酸盐，芳垸基酚 聚氧乙烯醚硫酸盐等；磷酸盐类乳化剂如烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯、苯乙基酚聚氧乙 烯醚磷酸酯、脂肪酸聚氧乙烯酯磷酸盐、垸基磷酸盐、芳基磷酸盐、烷基胺聚氧乙烯 醚磷酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯等；脂肪羧酸盐如松酯酸皂等；胺盐类乳化剂如季 胺盐类、伯胺盐、仲胺盐、酯结构胺盐等；反应型乳化剂如垸基丙烯酸-2-乙磺酸盐、2-丙 烯酰胺-2， 2-二甲基乙磺酸钠、对苯乙烯磺酸盐、丙烯酰胺硬脂酸盐、烯丙基琥珀酸烷基酯 磺酸盐、十八烷基二甲基苯基氯化铵、聚氧化乙烯丙烯酸酯类、甲基丙烯酸-2-磺酸基丙酯 基三甲基氯化铵等。优选的乳化剂为十二烷基苯磺酸钠，丁基萘磺酸钠，垸基丙烯酸-2-
乙磺酸盐，对苯乙烯磺酸盐等。 所述的植物纤维是指玉米、小麦、大豆、高粱、棉花、油菜等一种或者多种植物秸秆经
粉碎后所制得的植物纤维颗粒。植物纤维颗粒的尺寸在1微米一2000微米间；优选尺寸为 20微米-500微米。植物秸秆在粉碎前可先用水清洗，经粉碎处理后，还可以经脱蜡、除半 纤维素、臭氧处理和碱处理等步骤，这样处理的植物纤维颗粒用于制备木塑复合材料可以 得到更优异的性能。植物秸秆粉碎处理后，优选进行碱处理或臭氧处理。
高分子乳液与植物纤维素颗粒可以方便地混合均匀，如采用简单的机械搅拌方式实现高 分子乳液与秸秆粉末的均匀混合。混合过程在0-70°C温度和常压下进行。
将制备的高分子乳液与植物纤维颗粒混合后，经过干燥脱水后制备成木塑复合粉料； 木塑复合粉料还可以进一步进行研磨。干燥脱水是指将均匀混合的高分子乳液和植物纤维 混合物中的水分，采用自然晾晒、加热或其他方式将混合物中水分除去。在木塑复合粉料 中，以干基重量计，植物纤维的含量占木塑复合材料的50%-95%，高分子乳液(干基)的 含量占木塑复合材料的5-50%;优选的高分子乳液(干基)含量为10%-40%。
为制备各种高性能木塑材料，在制备的木塑粉料中，可以根据不同的加工要求和使用 环境，加入诸如稳定剂、防腐剂、颜料、填充剂或抗菌剂等助剂，制备成各种改性的木塑粉料。
所述的木塑复合粉料经成型即可制备木塑复合材料。成型可以釆甩压制方法制成板材， 也可以挤出、注射、模压方法等制备成板材、异型材等特定形状的材料。制备木塑复合材 料的成型设备及成型方法，可以采用挤出机挤出方法、注射机成型方法、模压成型方法及
压延成型方法中的一种，或采用前述多种方法的组合。比如将木塑粉料，在温度50—300 。C， 压力为1—10MPa条件下压制成板材。
本发明还涉及一种根据上述方法制备的木塑复合材料，其特征在于将高分子乳液与植 物纤维均匀混合，经干燥脱水后成型而制得。
所述的高分子乳液是通过含有双键的单体在水溶性引发剂、水、乳化剂存在下采用乳 液聚合方法制备；所述的植物纤维是指玉米、小麦、高粱、水稻、棉秆、大豆、油菜等植 物的秸秆中一种或者多种，经粉碎而制得的直径为1微米 2000微米的纤维颗粒。
所述的木塑复合材料中，以干基重量计，植物纤维的含量占木塑复合材料的50%-95%, 高分子乳液(以干基计)占木塑复合材料的5-50%。在所述的木塑复合材料中，还可以添 加稳定剂、防腐剂、颜料、填充剂或抗菌剂等高分子助剂，高分子助剂的添加量以重量计 占木塑复合材料的1-5% (w/w)。
所述含有双键的单体为苯乙烯类、丁二烯类、卤化乙烯类和丙烯酸酯类的一种或多种。 所述的水溶性引发剂为过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸钙、叔丁基过氧化氢、异 丙苯过氧化氢、二异丙苯过氧化氢、对甲基丙苯过氧化氢过氧化剂中的一种，或由上述引 发剂中的任一种与还原剂Fe2、 Cu+、 NaHS03、 Na2S203、硫醇、胺、草酸或葡萄糖中的 一种或多种混合形成的水溶性的氧化还原体系。所述的乳化剂为聚氧乙烯醚类乳化剂、磺 酸盐类乳化剂、硫酸盐类乳化剂、磷酸盐类乳化剂、聚合羧酸盐类乳化剂、铵盐类乳 化剂、反应型乳化剂或氨基酸型乳化剂中的一种或多种。
本发明由高分子乳液与植物纤维混合制备木塑复合材料的方法，克服了现有的木塑复合 材料制备方法中树脂与纤维素相容性差的缺点。该方法在制备木塑复合粉料过程中不需要 使用任何有机溶剂和偶联剂，也不必采用高速混合机、塑炼机和挤出机进行混合。因此该 方法简单、有效，由此方法制备的木塑复合材料具有良好的木质感，耐湿、着色性良好， 隔热绝缘防腐，机械性能优异，质轻、抗酸碱、不腐烂、抗虫蛀，且能百分之百回收再生 利用，各项性能指标可与硬木产品相媲美。所使用的原料和生产过程没有使用甲醛等有机 溶剂，是真正意义上的绿色产品。本发明方法的产品可普遍应用于室内门板、室内外地板、 栏杆扶手、外挂墙板、围墙围栏、市政园林设施、汽车内饰件、家具、工业托盘等产品。总之，本发明与现有的技术相比具有以下几个方面的优点
(1) 本发明提供的由农作物秸秆与高分子乳液制备高性能木塑复合材料的方法具有 生产工艺简单，生产过程环保等优点。
(2) 本发明提供由农作物秸秆制备高性能木塑复合材料的方法由于制备过程中不使 用任何有机溶剂，因此产品绝对绿色无污染。
(3) 本发明提供由农作物秸秆制备高性能木塑复合材料的方法与其他制备木塑复合 材料的方法比，不需要使用偶联剂就简单有效地解决了纤维素与树脂间的界面结合问题。
(4) 本发明提供由农作物秸秆制备高性能木塑复合材料的方法，在制备木塑粉过程
中不需要使用螺杆挤出机等设备，只是通过简单的混合就可以制备均匀混合的木塑粉料。 因此该方法生产过程经济、节能、环保。
(5) 由本发明制备的木塑复合材料具有塑料的易加工、易塑造成型性和木材的可锯 可刨性能，以及良好的绝热等特点。
(6) 本发明制备的木塑复合材料可以通过有机溶剂浸泡实现秸秆粉末与树脂的分 离。因此对于废旧的木塑复合材料，树脂可以回收后重新利用；不仅提高了材料的利用率，
还可以减少环境污染，因此该木塑复合材料是一种真正意义的环保产品。
下面结合具体实施方式
对本发明进行详细描述。本发明的范围并不以具体实施方式
为 限，而是由权利要求的范围加以限定。
具体实施例方式
实施例1小麦秸秆模压成型 本实施例利用小麦秸秆制备木塑复合材料，包括以下步骤-
a)苯乙烯乳液制备
准确称取0.6g K2S20a和0.4g Na2S208.5H20，分别放入两个50ml的烧杯中，各加入 10ml去离子水溶解。
在装有温度计、磁子、Nb管、球形冷凝管的250ml三颈瓶中加入70ml去离子水，开 始搅拌并通N2以除去所含的空气，约10 min后加入0.8g乳化剂十二垸基磺酸钠并开始加 热，待乳化剂完全溶解后，加入15ml苯乙烯，搅拌加热。用移液管准确量取K2S208和 Na2S208.5H20各1ml，反应引发后升温至7(TC，反应1h后停止反应，得乳液，体积约85ml。
将乳液倒入150ml烧杯中，加2gAICb迅速搅拌使乳液凝聚。用布氏漏斗吸滤，吸 滤后的聚合物用热水(8CTC左右)洗涤至用1呢AgN03溶液检查无Cr为止。将过滤后的聚合物用25ml乙醇浸渍1h，再抽滤并用10ml新鲜乙醇洗涤产品(乙醇液需回收)，最后把产物 抽干，放于50 6(TC烘箱中干燥，称重、计算转化率并测定相对分子质量，经测定分子量 在10万左右。
b) 将高分子乳液与植物纤维均匀混合
小麦秸秆用粉碎机粉碎，过筛60目，蒸馏水洗涤数次后置于5crc烘箱中烘干。恒重 后称取3.0g,并移取3.49ml苯乙烯乳液，两者混合加入10ml蒸馏水并用搅拌棒搅拌使其 混合均匀，以干基计，小麦秸秆与苯乙烯高分子聚合物的重量比约为5: 1。
c) 将均匀混合的高分子乳液与植物纤维置于表面皿中，放入5(TC烘箱中24h烘干。
d) 模压成型
将模具固定，加入混合烘干好的小麦秸秆和苯乙烯乳液，使其充满模腔，固定封闭， 加压5KP，将模具置于马弗炉中12Crc下加热30min,取出后立即加压5KP，待冷却后取 出成型木塑板材。
经测定材料长40mm、宽10mm、厚6.5mm。其弯曲强度为200.52kg/cm2(19.65MP)。
实施例2小麦秸秆挤出成型
本实施例利用小麦秸秆制备木塑复合材料，包括以下步骤
a) 甲基丙烯酸甲酯乳液制备
引发剂的配制称取K2S2O8 0.30 0.35g，放于干净的50ml烧杯中，用移液管准确 加入去离子水(或蒸馏水)，使引发剂的浓度达到10mgK2S20a/1mlH20，使之溶解备用。
在装有温度计、搅拌器、水冷凝管的250ml三颈瓶中加入50ml去离子水(或蒸馏水)、 0.30g油酸钠乳化剂及1mM0。/。NaOH(用移液管移取)。开始搅拌并水浴加热，当乳化剂溶 解后，瓶内温度达7(TC左右时，用移液管准确加入10mlK2S2O8溶液及10ml甲基丙烯酸 甲酯单体，迅速升温至78 8(TC，并维持此温度1.5h,而后停止反应。
将乳液倒入500ml烧杯中，搅拌下加入5gNaCI,继续搅拌至乳液凝聚。用热水反复洗 涤，抽滤，直至用1冗AgN03溶液检查无Cr为止，将滤干的产物放于50 6(TC烘箱中干 燥，称重、计算转化率并测定相对分子质量，经测定分子量在10万左右。
b) 将高分子乳液与植物纤维均匀混合
小麦秸秆用粉碎机粉碎，过筛60目，蒸馏水洗涤数次后置于5(TC烘箱中烘干。恒重 后称取3.0g，并移取甲基丙烯酸甲酯乳液，两者混合加入10ml蒸馏水并用搅拌棒搅拌使其 混合均匀，其中以干基计，小麦秸秆与高分子聚合物的重量比约为5: 1。c) 将均匀混合的高分子乳液与植物纤维置于表面皿中，放入5(TC烘箱中24h烘干。
d) 挤出成型
将混合烘干好的小麦秸秆和甲基丙烯酸甲酯乳液，置于单螺杆挤出机中挤出成型，木 塑在被挤出机头口模后立即进行定型和冷却，并连续均匀用挤出机铺机的牵引装置来牵引 制件，且速率与挤出速率相适应，即得木塑材料。
经测定木塑成型弯曲强度为200.32kg/cm2' (19.63MP)。
实施例3碱处理小麦秸秆模压成型 按实施例1的方法制备木塑复合材料，不同之处在于将小麦秸秆用碱进行处理。 小麦秸秆碱处理
小麦秸秆经蒸馏水洗涤置于5(TC烘箱中烘干，将烘干好的秸秆经粉碎机粉碎，过筛60 目。称取6.0g秸秆置于索式提取器中提取6h，置于5(TC烘箱中烘干，加入蒸馏水在75°C 下加热浸泡2h，洗涤完置于5CTC烘箱中24h烘干，用10%KOH溶液于23"下浸泡10h (s/l=1:20g/ml)，以除去秸秆中的纤维素、果胶、木素等小分子杂质，抽滤用蒸馏水洗涤 数次至溶液呈现中性，所得物质将其放于表面皿中，置于5CrC烘箱中24h烘干，恒重称量 得到2.68g，产率44.7%。重复处理秸秆以备后用。
经碱处理的小麦秸秆恒重后称取3.0g，并移取3.49ml苯乙烯乳液，两者混合加入10ml 蒸馏水并用搅拌棒搅拌使其混合均匀，以干基计，小麦秸秆与高分子聚合物的重量比约为5: 1，并置于表面皿中，放入5(TC烘箱中24h烘干。
将模具固定，加入混合烘干好的小麦和苯乙烯乳液，使其充满模腔，固定封闭，加压 5KP，将模具置于马弗炉中12(TC下加热30min，取出后立即加压5KP，待冷却后取出成 型木塑板材。
经测定木塑成型长40mm;宽10mm;厚6.5mm。其弯曲强度为411.24kg/cm2' (40.32MP)。
实施例4碱处理小麦秸秆挤出成型 同实施例3，不同之处在于成型方法采用挤出成型的方法。
高分子乳液的制备及小麦秸秆碱处理同实施例3。经碱处理的小麦秸秆恒重后称取 3.0g，并移取3.49ml苯乙烯乳液，两者混合加入10ml蒸馏水并用搅拌棒搅拌使其混合均匀，以干基计，小麦秸秆与高分子聚合物的重量比约为5: 1，并置于表面皿中，放入5(TC 烘箱中24h烘干。
将混合烘干好的小麦和苯乙烯乳液，置于单螺杆挤出机中挤出成型，木塑在被挤出机头 口模后立即进行定型和冷却，并连续均匀用挤出机铺机的牵引装置来牵引制件，且速率与 挤出速率相适应，即得木塑板材。
经测定木塑成型弯曲强度为400.85kg/cm2' (39.28MP)。
实施例5臭氧处理小麦秸秆模压成型 按实施例1的方法制备木塑复合材料，不同之处在于将小麦秸秆用臭氧进行处理。 小麦秸秆臭氧处理-
小麦秸秆经蒸馏水洗涤完置于5crc烘箱中烘干，将烘干好的秸秆经粉碎机粉碎，过筛 60目。称取10g秸秆置于杜瓦瓶中并加入10ml蒸馏水，在氧气钢瓶输出压力为0.15MP， 臭氧发生器面板上压力表值为0.05MP，直流电流为190mA条件下，置于臭氧发生器中， 臭氧和氧气的混合气体经过转子流量计调节气速为0.8L/min后，通过反应器底部的多孔砂 芯分布板进人反应器，向上流动和溶液接触进行反应，通气5分钟后停止。尾气中的多余 臭氧通过外接吸收瓶吸收后排空。所得物置于5crc烘箱中烘干，恒重以待后用。
经臭氧处理的小麦秸秆恒重后移取17.45ml苯乙烯乳液，两者混合加入20ml蒸馏水并 用搅拌棒搅拌使其混合均匀，以干基计，小麦秸秆与高分子聚合物的重量比为约5: 1，并 置于表面皿中，放入5CTC烘箱中24h烘干。
将模具固定，加入混合烘干好的小麦和苯乙烯乳液，使其充满模腔，固定封闭，加压5KP， 将模具置于马弗炉中12(TC下加热30min，取出后立即加压5KP，待冷却后取出成型木塑 板材。
经测定木塑成型长40mm;宽10mm;厚6.5mm。其弯曲强度为360.25kg/cm2' (35.33MP)。
实施例6臭氧处理小麦秸秆挤出成型 同实施例5，不同之处在于成型方法采用挤出成型的方法。
高分子乳液的制备及小麦秸秆臭氧处理同实施例5。经臭氧处理的小麦秸秆恒重后移取 17.45ml苯乙烯乳液，两者混合加入20ml蒸馏水并用搅拌棒搅拌使其混合均匀，以干基计，小麦秸秆与高分子聚合物的重量比约为5: 1，并置于表面皿中，放入5CrC烘箱中24h烘干。
将混合烘干好的小麦和苯乙烯乳液，置于单螺杆挤出机中挤出成型，木塑在被挤出机 头口模后立即进行定型和冷却，并连续均匀用挤出机铺机的牵引装置来牵引制件，且速率 与挤出速率相适应，即得木塑复合材料。
经测定木塑成型弯曲强度为320.83kg/cm2' (31.44MP)。
实施例7玉米秸秆模压成型 实施例7利用玉米秸秆制备木塑复合材料，包括以下步骤
a) 苯乙烯乳液制备
将2.4g羧甲基纤维素钠(CMC)溶解在45.6g水中，待CMC溶解均匀后加入0.6g 垸基酚聚氧乙烯醚(OP-10)。将溶解好的乳化剂CMC水溶液过滤加入到250ml三颈瓶 中，开始搅拌并加热。当温度升到65'C后，将0.1g过硫酸铵溶解到2g水中，取溶解的过 硫酸铵溶解总量的40%加入反应瓶中，再取苯乙烯单体总量的15%加入反应瓶中，在66°。 时开始保温共沸回流。待回流减小时，开始逐步加入单体，保持温度再83 9CTC间，并适 当补充引发剂，大约在4 6h加完单体。再加入剩余的10%引发剂，保温30min。
冷却置于室温将三颈瓶中的乳液倾入一清洁的烧杯中，并以蒸馏水洗去瓶中所剩的乳 液， 一起加入到烧杯中，加入80mM07。的食盐水，并用玻璃棒搅拌。使乳液开始损坏，聚 合体即析出，布氏漏斗中过滤，用热水洗涤2 3次，再过滤洗干，放于表面皿中，并在
5crc烘箱中烘干。
b) 将高分子乳液与植物纤维均匀混合
玉米秸秆用粉碎机粉碎，过筛80目，蒸馏水洗涤数次后置于5crc烘箱中烘干。恒重
后称取3.0g，并移取3.49ml苯乙烯乳液，两者混合加入10ml蒸馏水并用搅拌棒搅拌使其 混合均匀，以干基计，玉米秸秆与高分子聚合物的重量比约为5: 1。
c) 将均匀混合的高分子乳液与植物纤维置于表面皿中，放入5(TC烘箱中24h烘干。
d) 模压成型
将模具固定，加入混合烘干好的玉米秸秆和苯乙烯乳液，使其充满模腔，固定封闭， 加压8KP，将模具置于马弗炉中100。C下加热45min，取出后立即加压8KP，待冷却后取 出成型木塑材料。经测定木塑成型长40mm;宽10mm;厚6.5mm。其弯曲强度为200.52kg/cm2' (19.65MP)。
实施例8玉米秸秆挤出成型 同实施例7，不同之处在于成型方法采用挤出成型的方法。
高分子乳液的制备、玉米秸秆处理及高分子乳液与玉米秸杆的混合、干燥脱水同实施 例7。将混合烘干好的玉米秸秆和苯乙烯乳液，置于单螺杆挤出机中挤出成型，木塑粉料 在被挤出机头口模后立即进行定型和冷却，并连续均匀用挤出机铺机的牵引装置来牵引制 件，且速率与挤出速率相适应，即得木塑复合材料。
经测定木塑成型弯曲强度为198.47kg/cm2， (19.45MP)。
实施例9碱处理玉米秸秆模压成型 按实施例7的方法制备木塑复合材料，不同之处在于将玉米秸秆用碱进行处理。 玉米秸秆碱处理
玉米秸秆经粉碎机粉碎后，蒸馏水洗漆置于5(TC烘箱中烘干，过筛80目。称取9.8g 烘干秸秆置于索式提取器中提取6h，加入蒸馏水在75X:下加热浸泡2h，洗涤完置于50°C 烘箱中24h烘干，用107。KOH溶液于23"下浸泡10h (s/l=1:20g/ml)，抽滤用蒸馏水洗 涤KOH溶液数次至溶液呈现中性，将所得物置于5(TC烘箱中烘干，恒重称量得到3.2g， 产率32.65%。重复处理玉米秸秆以待后用。
经碱处理的玉米秸秆恒重后称取3.0g，并移取3.49ml苯乙烯乳液，两者混合加入10ml 蒸馏水并用搅拌棒搅拌使其混合均匀，以干基计，玉米秸秆与高分子聚合物的重量比约为5: 1，并置于表面皿中，放入5CrC烘箱中24h烘干。
将模具固定，加入混合烘干好的玉米秸秆和苯乙烯乳液，使其充满模腔，固定封闭， 加压8KP，将模具置于马弗炉中10(TC下加热45min，取出后立即加压8KP，待冷却后取 出成型木塑材料。
经测定木塑成型长40mm;宽10mm;厚6.5mm。其弯曲强度为390.62kg/cm2' (38.28MP)。
实施例10碱处理玉米秸秆挤出成型 同实施例9，不同之处在于成型方法采用挤出成型的方法。高分子乳液的制备及玉米秸秆碱处理同实施例9。经碱处理的玉米秸秆恒重后称取 3.0g，并移取3.49ml苯乙烯乳液，两者混合加入10ml蒸馏水并用搅拌棒搅拌使其混合均 匀，以干基计，玉米秸秆与高分子聚合物的重量比约为5: 1，并置于表面皿中，放入50 'C烘箱中24h烘干。
将混合烘干好的玉米秸秆和苯乙烯乳液，置于单螺杆挤出机中挤出成型，木塑在被挤出 机头口模后立即进行定型和冷却，并连续均匀用挤出机铺机的牵引装置来牵引制件，且速 率与挤出速率相适应，即得木塑材料。
经测定木塑成型弯曲强度为396.14kg/cm2， (38.82MP)。
实施例11臭氧处理玉米秸秆模压成型 按实施例7的方法制备木塑复合材料，不同之处在于将玉米秸秆用臭氧进行处理。 玉米秸秆臭氧处理
玉米秸秆经蒸馏水洗涤完置于5(TC烘箱中烘干，将烘干好的秸秆经粉碎机粉碎，过筛 80目。称取15g秸秆置于杜瓦瓶中并加入20ml蒸馏水，在氧气钢瓶输出压力为0.15MP， 臭氧发生器面板上压力表值为0.05MP，直流电流为190mA条件下，置于臭氧发生器中， 臭氧和氧气的混合气体经过转子流量计调节气速为1.0Umin后，通过反应器底部的多孔砂 芯分布板进人反应器，向上流动和溶液接触进行反应，通气15分钟后停止。尾气中的多余 臭氧通过外接吸收瓶吸收后排空。所得置于50'C烘箱中烘干，恒重以待后用。
经臭氧处理的玉米秸秆恒重后移取17.45ml苯乙烯乳液，两者混合加入20ml蒸馏水并 用搅拌棒搅拌使其混合均匀，以干基计，玉米秸秆与高分子聚合物的重量比为约5: 1，并 置于表面皿中，放入5(TC烘箱中24h烘干。
将模具固定，加入混合烘干好的玉米秸秆和苯乙烯乳液，使其充满模腔，固定封闭， 加压8KP，将模具置于马弗炉中10(TC下加热45min，取出后立即加压8KP，待冷却后取 出成型木塑材料。
经测定木塑成型长40mm;宽10mm;厚6.5mm。其弯曲强度为330.56kg/cm2° (32.39MP)。
实施例12臭氧处理玉米秸秆挤出成型 同实施例"，不同之处在于成型方法采用挤出成型的方法。高分子乳液的制备及玉米秸秆臭氧处理同实施例11。经臭氧处理的玉米秸秆恒重后移
取17.45ml苯乙烯乳液，两者混合加入20ml蒸馏水并用搅拌棒搅拌使其混合均匀，以干基 计，玉米秸秆与高分子聚合物的重量比约为5: 1,并置于表面皿中，放入5(TC烘箱中24h烘干。
将混合烘干好的玉米秸秆和苯乙烯乳液，置于单螺杆挤出机中挤出成型，木塑在被挤 出机头口模后立即进行定型和冷却，并连续均匀用挤出机铺机的牵引装置来牵引制件，且 速率与挤出速率相适应，即得木塑材料。
经测定木塑成型弯曲强度为350.23kg/cm2' (34.23MP)。
权利要求
1、一种木塑复合材料的制备方法，其特征在于将高分子乳液与植物纤维均匀混合，经干燥脱水后成型而制得。
2、 根据权利要求1所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤a)制备高分子乳液；b)将高分子乳液与植物纤维均匀混合；C)将均匀混合的高分子乳液与植物 纤维经干燥脱水后制成木塑复合粉料；d)木塑复合粉料成型。
3、 根据权利要求1或2所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于所述的高分子乳液采 用含有双键的单体在水溶性引发剂、水、水溶性乳化剂存在下，采用乳液聚合方法聚合而 成。
4、 根据权利要求3所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于所述的含有双键的单体选自苯乙烯、氯乙烯、偏氯乙烯、甲基丙烯酸甲酯或甲基苯乙烯中的一种或多种；所述的水 溶性引发剂为过硫酸钾或过硫酸钠,或它们与二价铁盐或亚硫酸钠的混合物；所述的水溶性 乳化剂为十二垸基苯磺酸钠、丁基萘磺酸钠、烷基丙烯酸-2-乙磺酸盐或对苯乙烯磺酸盐。
5、 根据权利要求3所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于聚合反应在0-120。C条件 下反应1-24小时；制得粒子尺寸在20纳米一50微米的高分子乳液，其中高分子化合物的 分子量在20,000—1 ，000,000之间。
6、 根据权利要求1或2所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于所述的植物纤维是指 一种或者多种植物秸秆经粉碎后所制得的植物纤维颗粒，颗粒直径为1微米一2000微米。
7、 根据权利要求6所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于植物秸秆粉碎处理后，进 行碱处理或臭氧处理。
8、 根据权利要求1或2所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于所述的木塑复合材料 中，以干基重量计，植物纤维的含量占木塑复合材料的50%-95%，高分子乳液的含量占木 塑复合材料的5-50%。
9、 一种木塑复合材料，其特征在于将高分子乳液与植物纤维均匀混合，经干燥脱水后成型 而制得。
10、 根据权利要求9所述的木塑复合材料，其特征在于所述的高分子乳液是通过含有双键 的单体在水溶性引发剂、水、乳化剂存在下采用乳液聚合方法制备；所述的植物纤维是指 一种或者多种植物秸秆经粉碎而制得的直径为1微米 2000微米的纤维颗粒。
11、根据权利要求9所述的木塑复合材料，其特征在于所述的木塑复合材料中，以干基重 量计，植物纤维的含量占木塑复合材料的50%-95%，高分子乳液占木塑复合材料的5-50%。
12、根据权利要求9所述的木塑复合材料，其特征在于所述的木塑复合材料中，还添加稳 定剂、防腐剂、颜料、填充剂或抗菌剂中的一种或多种高分子助剂，高分子助剂的添加量 以重量计占木塑复合材料的1-5%。
全文摘要
一种木塑复合材料及其制备方法，其特征在于将高分子乳液与植物纤维均匀混合，经干燥脱水后成型而制得；其中高分子乳液由含有双键的单体在水溶性引发剂、水、水溶性乳化剂存在下，采用乳液聚合方法聚合而成；植物纤维是指一种或者多种植物秸秆经粉碎后所制得的植物纤维颗粒，颗粒直径为1微米-2000微米；植物纤维的含量占木塑复合材料的50％-95％，高分子乳液的含量占木塑复合材料的5-50％。本发明所制备的复合木塑复合材料具有良好的木质感，耐湿、着色性良好，隔热绝缘防腐，机械性能优异，质轻、抗酸碱、不腐烂、抗虫蛀，且能百分之百回收再生利用，各项性能指标可与硬木产品相媲美。
文档编号C08L25/00GK101319058SQ20081002263
公开日2008年12月10日 申请日期2008年7月18日 优先权日2008年7月18日
发明者付国东, 芳 姚, 陈文静 申请人:东南大学