专利名称：一种氧化钛纤维与木质素改性的耐老化木塑复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于聚合物加工技术领域，涉及一种木塑复合材料，特别涉及一种氧化钛纤维与木质素改性的耐老化木塑复合材料及其制备方法。
背景技术：
我国是一个木材资源贫乏的国家，森林覆盖率仅为12. 7%，人均森林蓄积量10立方米，每年需要进口大量的木材。随着环保政策的推进，我国木材资源已从天然林为主转向人工林为主，原始大径木材资源锐减。因此，木质重组产品就成为当前木材资源的重要补充，成为我国木材资源利用的重要发展方向。然而，目前市场上广泛使用的纤维板、高密度板、木工板、刨花板等木质重组产品存在四大缺陷一是未经处理的木纤维与塑料的相容性差，塑料与植物纤维结合不紧，导致材料品质下降；二是木质效果不理想；三是大量使用酚醛树脂作为粘合剂，导致产品大量释放甲醛，危害人体健康；四是仍大量消耗木材资源，制约了产品的发展空间。因此，作为木质重组领域的一个重要组成部分，植物纤维与塑料这一高分子材料进行复合，生产高分子复合木塑材料具有特殊的重要意义。木塑复合材料具有材料均质、尺寸较木材稳定、不易产生裂纹、翘曲变形、且无木材节疤、斜纹等缺陷；具有热塑性塑料的加工性，挤出、模压、注塑等工艺均可用来成型，且设备磨损小；制品可压制成企口形、立体图案和其它要求的开头，无需进行复杂的二次加工通过加入着色剂、涂漆、覆膜或复合表层等工艺可制成各种色彩绚丽的制品；重量轻， 生产能耗小；加工方便，可以进行锯、刨和粘接或用钉子、螺栓连接固定；不需利用有毒的化学物质进行处理，不含甲醛；有木材的外观，比塑料制品高的硬度。废弃后不仅可重复使用和回收再利用，而且能够生物降解，有利于环保等诸多优点。但木塑复合材料也存在一些明显不足，如长期使用，特别是露天使用，容易发生开裂、褪色等老化现象，从而缩短了其使用寿命、限定了其使用范围。所以，对传统木塑复合材料进行改性，改善其耐老化性就十分必要。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种氧化钛纤维与木质素改性的耐老化木塑复合材料。本发明的另一目的是提供一种上述木塑复合材料的制备方法。本发明的目的可以通过以下措施达到一种氧化钛纤维与木质素改性的耐老化木塑复合材料，该复合材料由如下重量份的原料混合挤出制成氧化钛纤维0. 5 15份、木质素1 10份、热塑性塑料20 50份、 木质纤维原料40 60份、相容剂0. 5 10份、润滑剂1 10份、填充材料5 15份。本发明中的上述各原料的用量可按上述要求进行控制，一种优选方案是各原料的重量份之和满足100份。一种氧化钛纤维与木质素改性的耐老化木塑复合材料的制备方法，将上述各原料混合均勻后，在双螺杆机中进行挤出造粒，再将所得粒料送入双螺杆成品挤出机中，经模具挤出定型即得。本发明对具体的氧化钛纤维并未更多要求，但为了最大程度上发挥氧化钛纤维的性能，优选采用如下性能的氧化钛纤维直径为5nm 5 μ m,长径比为10 100，晶体结构为锐钛矿型、金红石型中的一种或其混合物，进一步优选金红石型氧化钛。氧化钛纤维的重量份用量优选1 10份。本发明对更细致的木质素分类并无具体要求，各种木质素均可应用于本发明中。 一种优选方案中木质素选用碱法木质素、酸法木质素、溶剂法木质素和酶法木质素中的一种或一种以上的混合物。木质素的重量份用量优选2 10份。本发明对热塑性塑料的种类并无要求，本领域中各种可应用于木塑复合材料的热塑性塑料均可在本发明中应用。一种优选的技术方案中，热塑性塑料采用聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯中的一种。热塑性塑料的重量份用量优选20 30份。本发明对木质纤维原料的种类和外形并无具体要求，本领域中常用的木质纤维原料皆可，其外形一般采用本领域通用的各种粒径的粉状材料。在一种优选方案中，木质纤维原料采用木粉、竹粉、农作物秸秆粉、果壳粉中的一种或一种以上的混合物，其中农作物秸秆粉中为玉米秸秆粉、黄豆秸秆粉、高粱或水稻秸秆粉中的一种。木质纤维原料的重量份用量优选45 60份。本发明可选用本领域常用的相容剂，具体的相容剂可选择马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚苯乙烯、马来酸酐-苯乙烯嵌段共聚物、环氧化乙烯共聚物、环氧化苯乙烯共聚物、苯乙烯丙烯酸酯共聚物、聚乙烯丙烯酸接枝物、丙烯酰胺接枝聚乙烯、醇酸树脂、酚醛树脂、钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、异氰酸酯或硼酸酯偶联剂中的一种或一种以上的混合物。 相容剂的重量份用量优选1 8份。本发明可选用本领域常用的润滑剂，优选采用的润滑剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二乙酯、己二酸二辛脂、顺丁烯二酸二乙酯、乙酰柠檬酸三丁酯、乙撑双硬脂酰胺、 硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸钡、硬脂酸钙或硬脂酸锌中的一种或一种以上的混合物。润滑剂的重量份用量优选2 8份。本发明对填充材料并无具体要求，可选用本领域常用的填充材料，具体的填充材料可以为碳酸钙、滑石粉、玻璃微珠、硅灰石、粘土、氧化铝、氧化锌、炭黑、铁红、云母、长石或高岭土中的一种或一种以上的混合物。填充材料的重量份用量优选6 14份。各原料在混合时采用搅拌机混合均勻，高速搅拌机转速为3000 9000转/分钟。在挤出造粒时，双螺杆造粒机的机身温度为140°C -190 模头温度为 1600C -210°C，螺杆转速为 20r/min-40r/min，加料机转速为 30r/min_50r/min。在挤出成型时，双螺杆成型机的机身温度为145 °C -190 模头温度为 1500C _205°C，螺杆转速为 40r/min-60r/min，加料机转速为 30r/min_50r/min。本发明的有益效果本发明解决了木塑复合材料的耐老化性能差的问题，同时提高了木塑复合材料的力学性能。二氧化钛对紫外光具有较强的吸收作用，将其与其它材料混合制成复合材料，二氧化钛就能减少紫外光对其周围材料的伤害；木质素分子结构中含有大量的酚羟基，这些酚羟基能够捕获体系中产生的自由基，降低自由基对材料分子链的破坏作用。实验发现， 如果分别单独将二氧化钛或木质素加入与其它材料混合制成复合材料时，对木塑复合材料的强度和抗老化性能提升并不大，但是将二者以特定配比加入其它材料混合制成复合材料时，可以同时提高材料的耐老化性能和力学性能，且提高的幅度较单一添加高15%以上，这可能是二氧化钛和木质素之间或两者共同与其他材料之间产生协同作用的结果。本发明可有效克服普通木塑复合材料强度低、抗老化性能差的缺点，可广泛用于室外园林地板、围栏、家庭装饰、建筑材料、物流消耗用材等。
具体实施例方式实施例1原料组分按重量记为氧化钛纤维(直径为lOnm，长度为1 μ m,金红石型)2份、碱法木质素5份、聚乙烯观份、木粉50份、马来酸酐接枝聚乙烯3份、硬脂酸锌2份、聚乙烯蜡1. 5份、碳酸钙7份、铁红0. 5份。先将上述原料在搅拌机上混合均勻，搅拌机转速为3000转/分钟，然后将混合物料在双螺杆机中进行挤出造粒，双螺杆造粒机的机身温度为140°C -190°C，模头温度为 180°C，螺杆转速为20r/min，加料机转速为30r/min，再将所得粒料送入双螺杆成品挤出机中，经模具挤出定型，得到木塑复合材料制品，双螺杆成型机的机身温度为145°C -190 模头温度为175°C，螺杆转速为40r/min，加料机转速为30r/min。实施例2原料组分按重量记为氧化钛纤维(直径为1 μ m,长度为10 μ m,锐钛矿型)5份、 酸法木质素10份、聚氯乙烯25份、木粉40份、酚醛树脂3份、邻苯二甲酸二丁酯4. 5份、硅灰石12份、炭黑0.5份。先将上述原料在搅拌机上混合均勻，搅拌机转速为9000转/分钟，然后将混合物料在双螺杆机中进行挤出造粒，双螺杆造粒机的机身温度为140°C -190°C，模头温度为 1900C，螺杆转速为30r/min，加料机转速为40r/min，再将所得粒料送入双螺杆成品挤出机中，经模具挤出定型，得到木塑复合材料制品，双螺杆成型机的机身温度为145°C -190 模头温度为185°C，螺杆转速为50r/min，加料机转速为40r/min。实施例3原料组分按重量记为氧化钛纤维(直径为5 μ m，长度为50 μ m，锐钛矿型)15份、 溶剂法木质素1份、聚苯乙烯20份、木粉45份、马来酸酐接枝聚苯乙烯0. 5份、乙撑双硬脂酰胺10份、滑石粉8. 5份。先将上述原料在搅拌机上混合均勻，搅拌机转速为5000转/分钟，然后将混合物料在双螺杆机中进行挤出造粒，双螺杆造粒机的机身温度为140°C -190°C，模头温度为 200°C，螺杆转速为40r/min，加料机转速为50r/min，再将所得粒料送入双螺杆成品挤出机中，经模具挤出定型，得到木塑复合材料制品，双螺杆成型机的机身温度为145°C -190 模头温度为195°C，螺杆转速为60r/min，加料机转速为50r/min。实施例4
原料原料组分按重量记为氧化钛纤维(直径为50nm，长度为500nm，金红石型)0. 5 份、酶法木质素2份、聚丙烯20份、木粉60份、马来酸酐接枝聚丙烯4份、硬脂酸3. 5份、粘土 10 份。先将上述原料在搅拌机上混合均勻，搅拌机转速为6000转/分钟，然后将混合物料在双螺杆机中进行挤出造粒，双螺杆造粒机的机身温度为140°C -190°C，模头温度为 210°C，螺杆转速为30r/min，加料机转速为40r/min，再将所得粒料送入双螺杆成品挤出机中，经模具挤出定型，得到木塑复合材料制品，双螺杆成型机的机身温度为145°C -190 模头温度为205°C，螺杆转速为50r/min，加料机转速为40r/min。对比例1原料组分按重量记为氧化钛纤维(直径为lOnm，长度为1 μ m,金红石型)7份、聚乙烯观份、木粉50份、马来酸酐接枝聚乙烯3份、硬脂酸锌2份、聚乙烯蜡1. 5份、碳酸钙 7份、铁红0.5份。先将上述原料在搅拌机上混合均勻，搅拌机转速为3000转/分钟，然后将混合物料在双螺杆机中进行挤出造粒，双螺杆造粒机的机身温度为140°C -190°C，模头温度为 180°C，螺杆转速为20r/min，加料机转速为30r/min，再将所得粒料送入双螺杆成品挤出机中，经模具挤出定型，得到木塑复合材料制品，双螺杆成型机的机身温度为145°C -190 模头温度为175°C，螺杆转速为40r/min，加料机转速为30r/min。对比例2原料组分按重量记为碱法木质素7份、聚乙烯28份、木粉50份、马来酸酐接枝聚乙烯3份、硬脂酸锌2份、聚乙烯蜡1. 5份、碳酸钙7份、铁红0. 5份。先将上述原料在搅拌机上混合均勻，搅拌机转速为3000转/分钟，然后将混合物料在双螺杆机中进行挤出造粒，双螺杆造粒机的机身温度为140°C -190°C，模头温度为 180°C，螺杆转速为20r/min，加料机转速为30r/min，再将所得粒料送入双螺杆成品挤出机中，经模具挤出定型，得到木塑复合材料制品，双螺杆成型机的机身温度为145°C -190 模头温度为175°C，螺杆转速为40r/min，加料机转速为30r/min。本发明实施例以及对比例的木塑复合材料的质量性能制备参数，检测结果见表1。从表1中可以看出，本发明获得的木塑复合材料(实施例1 4)在90°C下热氧化老化3500小时以及紫外光老化2500小时，静曲强度保持率都大于88 ；静曲模量保持率大于89，无粉化、开裂现象。通过比较实施例1、对比例1以及对比例2可以看出，仅仅添加木质素或者氧化钛晶须获得的木塑复合材料在热氧老化或者紫外光老化率较同时添加了木质素以及氧化钛晶须的木塑复合材料下降约15%。通过比较实施例1、对比例1以及对比例2可以看出，仅仅添加木质素或者氧化钛晶须获得的木塑复合材料弯曲强度较同时添加了木质素以及氧化钛晶须的木塑复合材料下降约30%。从表1中还可以看出，在普通环境下，本发明获得的木塑复合材料(实施例1 4) 的弯曲强度达到19 ^Mpa ；吸水率以及含水率低，分别为2. 3 2. 8(wt% )以及1. 1 1.7(wt% )；氧指数约为30，具有良好的阻燃效果；垂直燃烧为FV-O级，水平燃烧为1级；尺寸稳定率为士 2%。表1木塑复合材料的性能指标检测结果
权利要求
1.一种氧化钛纤维与木质素改性的耐老化木塑复合材料，其特征在于该复合材料由如下重量份的原料混合挤出制成氧化钛纤维0. 5 15份、木质素1 10份、热塑性塑料 20 50份、木质纤维原料40 60份、相容剂0. 5 10份、润滑剂1 10份、填充材料5 15份。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述各原料的重量份之和为100份。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述氧化钛纤维的直径为5nm 5μπι，长径比为10 100 ；氧化钛纤维晶体结构为锐钛矿型、金红石型中的一种或其混合物，优选金红石型氧化钛。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述热塑性塑料选自聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述木质纤维原料为木粉、竹粉、农作物秸秆粉、果壳粉中的一种或一种以上的混合物，其中农作物秸秆粉选自玉米秸秆粉、 黄豆秸秆粉、高粱秸秆粉或水稻秸秆粉中的一种或几种；所述相容剂为马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚苯乙烯、马来酸酐-苯乙烯嵌段共聚物、环氧化乙烯共聚物、环氧化苯乙烯共聚物、苯乙烯丙烯酸酯共聚物、聚乙烯丙烯酸接枝物、丙烯酰胺接枝聚乙烯、醇酸树脂、酚醛树月旨、钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、异氰酸酯或硼酸酯偶联剂中的一种或一种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述润滑剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二乙酯、己二酸二辛脂、顺丁烯二酸二乙酯、乙酰柠檬酸三丁酯、乙撑双硬脂酰胺、 硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸钡、硬脂酸钙或硬脂酸锌中的一种或一种以上的混合物；所述填充材料为碳酸钙、滑石粉、玻璃微珠、硅灰石、粘土、氧化铝、氧化锌、炭黑、铁红、云母、长石或高岭土中的一种或一种以上的混合物。
7.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述各原料的混合挤出方法为将各原料混合均勻后，在双螺杆机中进行挤出造粒，再将所得粒料送入双螺杆成品挤出机中，经模具挤出定型。
8.根据权利要求7所述的复合材料，其特征在于在挤出造粒时，双螺杆造粒机的螺杆温度为120°C _180°C，机身温度为140°C _190°C，模头温度为160°C _210°C，螺杆转速为 20r/min-40r/min,加料机转速为 30r/min_50r/min。
9.根据权利要求7所述的复合材料，其特征在于在挤出成型时，双螺杆成型机的螺杆温度为120°C 180°C，机身温度为145°C 190°C，模头温度为150°C 205°C，螺杆转速为 40r/min 60r/min，加料机转速为 30r/min 50r/min。
10.一种氧化钛纤维与木质素改性的耐老化木塑复合材料的制备方法，其特征在于该复合材料的原料重量份组成为氧化钛纤维0. 5 15份、木质素1 10份、热塑性塑料 20 50份、木质纤维原料40 60份、相容剂0. 5 10份、润滑剂1 10份、填充材料 5 15份；将各原料混合均勻后，在双螺杆机中进行挤出造粒，再将所得粒料送入双螺杆成品挤出机中，经模具挤出定型。
全文摘要
本发明公开了一种氧化钛纤维与木质素改性的耐老化木塑复合材料及其制备，该复合材料由如下重量份的原料混合挤出制成氧化钛纤维0.5～15份、木质素1～10份、热塑性塑料20～50份、木质纤维原料40～60份、相容剂0.5～10份、润滑剂1～10份、填充材料5～15份。本发明有效克服普通木塑复合材料强度低、抗老化性能差的缺点，可广泛用于室外园林地板、围栏、家庭装饰、建筑材料、物流消耗用材等。
文档编号C08K7/08GK102417738SQ20111037619
公开日2012年4月18日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者史以俊, 姚文俊, 王昌松, 穆立文 申请人:常熟钰泰隆摩擦新材料科技有限公司