一种抗胀阻湿、强度高、耐老化的木塑复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种抗胀阻湿、强度高、耐老化的木塑复合材料及其制备方法。所述木塑复合材料由下述重量份的原料组成：二次回收树脂15~20份、氯化聚乙烯8~10份、植物纤维50~60份、无机粉体5~15份、干燥剂1~5份、助剂1~5份。所述制备方法包括塑炼、挤出及冷却工序：首先将按配方比例称取的所有原料加入密炼机内，于100~240℃下塑炼12~20min；接着将预塑化好的物料经双腕式或双锥式喂料机送至单螺杆或双螺杆挤出机，于130~190℃直接挤出成型或将预塑化好的物料送至造粒机，制得粒料后再送至挤出机进行成型；最后将已成型的型坯冷却至定型即可。所述制备方法能够有效抑制塑炼过程中原料的分解和炭化，降低原料吸湿性，减少设备腐蚀，提高木塑复合材料的尺寸稳定性、耐老化性和强度。
【专利说明】一种抗胀阻湿、强度高、耐老化的木塑复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于木质基复合材料【技术领域】，具体涉及一种抗胀阻湿、强度高、耐老化的 木塑复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 木塑复合材(简称WPC)是以植物纤维为主要原料，与塑料复合而成的一种新型材 料。是国内外近年来蓬勃兴起的一类新型复合材料，主要以废旧塑料和树枝、树杈、稻壳、农 作物秸杆等植物纤维为原材料，制成的产品广泛用于包装、园林、运输、建筑、家装、车船内 饰等场所。其融合了 "木"与"塑"的双重优点，具有环保、防水、耐腐、防虫、阻燃、可循环利 用等多项优势，是一种极具发展前途的"低碳、绿色、可循环"材料。
[0003] WPC-般是由三种成分构成：植物纤维、加工助剂和树脂。植物纤维由木质素、纤 维素和半纤维素构成，属于天然高分子，流动性差。由于含有一定数量的游离羟基，木塑复 合材料具有一定的吸湿性，吸湿后木塑复合材料的力学强度急剧下降，抗冻性能变差，防霉 抗菌性能恶化，甚至会发生吸水翘曲、开裂等问题。另一方面，由于含有一定量的水分并呈 弱酸性，木塑复合材料受热后易分解，放出大量的酸性气体，对设备螺杆造成化学腐蚀，如 果温度过高还将碳化变焦。此外，由于WPC本身传热系数低，成型后难以冷却，型坯从挤出 机出来后，时间过长易变形。上述各因素都是造成木塑复合材料生产效率低，成品率低，产 品质量不稳定，生产成本高，难以大规模推广应用的瓶颈问题。
[0004]
【发明内容】
本发明的第一目的在于提供一种抗胀阻湿、强度高、耐老化的木塑复合材料；本发明的 第二目的在于提供所述木塑复合材料的制备方法。
[0005] 本发明的第一目的是这样实现的，所述抗胀阻湿、强度高、耐老化的木塑复合材料 由下述重量份的原料组成： 二次回收树脂15?20份、氯化聚乙烯8?10份、植物纤维5(Γ60份、无机粉体5?15份、干 燥剂Γ5份、助剂Γ5份。
[0006] 本发明的第二目的是这样实现的，所述木塑复合材料的制备方法，包括塑炼、挤出 及冷却工序,具体包括： Α、塑炼：将按配方比例称取的所有原料加入密炼机内，于10(T24(TC下高速搅拌共混 12~20min，得到预塑化好的物料； B、 挤出：将预塑化好的物料经双腕式或双锥式喂料机送至单螺杆或双螺杆挤出机，于 13(T190°C直接挤出成型或将预塑化好的物料送至造粒机造粒，再将制得的粒料送至挤出 机进行成型； C、 冷却：将已成型的型坯冷却至定型即可。
[0007] 相较于现有技术，本发明具有以下有益效果： 1、改变了木塑复合材料的原料构成与配比，所加入的硅灰石粉能够有效提高型坯的导 热系数，有利于型坯快速降温，有效解决了冷却时间过长导致的坯体变形，尺寸稳定性差、 力学性能不佳的技术问题。
[0008] 2、原料配方中优选氧化钙或氧化镁为干燥剂，能够明显降低植物纤维的吸湿性， 减少其水分含量，有效缓解了塑炼过程中由于水热作用造成的植物纤维化学组分降解和小 分子酸性物质的形成，既提高了型坯的尺寸稳定性又降低了对设备的腐蚀。
[0009] 3、原料配方中的氯化聚乙烯与二次回收树脂和植物纤维等组分都具有良好的相 容性,混炼均匀,质量稳定,而且能有效改善木塑复合材料的低温抗冲击性,耐候性,耐蚀性 及阻燃性。
[0010] 4、根据优化后的原料配方特点，本发明所采用的塑炼工艺不会使植物纤维在高速 搅拌过程中产生分解、炭化现象，能够有效避免型坯产生微小的裂纹和变形，进一步保证了 型坯的力学强度。
[0011] 5、本发明所采用的制备方法采用一次加料工艺，所有原料均在密炼机中混合，预 塑化好的物料经喂料机直接送至挤出机成型，工艺流程更短，投资更省，生产效率更高，还 有利于降低能耗和粉尘污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1为本发明的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0013] 下面对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明 教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
[0014] 本发明所述的抗胀阻湿、强度高、耐老化的木塑复合材料，由下述重量份的原料组 成： 二次回收树脂15?20份、氯化聚乙烯8?10份、植物纤维5(Γ60份、无机粉体5?15份、干 燥剂Γ5份、助剂Γ5份。
[0015] 所述的二次回收树脂为经过分拣、清洗、干燥至含水率2~5%的PVC树脂、PE树脂 或PP树脂中的任一种或几种。
[0016] 所述的二次回收树脂可以是粒料、片料或粉料中的任一种。
[0017] 所述的二次回收树脂优选为粉料。
[0018] 所述的氯化聚乙烯氯含量彡30%，125°C下门尼粘度ML 1+4彡120,拉伸强度 彡 6MPa。
[0019] 所述的植物纤维为粒径18(Γ250 μ m，含水率< 10%的木材纤维(木粉)、竹材纤维 (竹粉)、农作物秸杆纤维(农作物秸杆粉）或果壳纤维(果壳粉）中的任一种或几种。
[0020] 所述的无机粉体为粒径5~45 μ m，含水率< 1%的重钙粉、轻钙粉、滑石粉、硅灰石 粉、白云石粉或重晶石粉中的任一种或几种。
[0021] 所述的无机粉体优选18~23 μ m的硅灰石粉。
[0022] 所述的干燥剂为粒径5~45 μ m的氧化钙、氧化镁或硅粉中的任一种或几种。
[0023] 所述的干燥剂优选氧化钙或氧化镁。
[0024] 所述的助剂为润滑剂、偶联剂、稳定剂、着色剂、阻燃剂、抗菌剂或发泡剂中的任一 种或几种。
[0025] 所述的润滑剂为56号石蜡、PP蜡或硬脂酸盐中的任一种或几种。
[0026] 所述的偶联剂为硅烷、钛酸酯、磷酸酯、铝酸酯、硼酸酯、双金属偶联剂(铝-锆酸 酯、铝钛复合偶联剂等）中的任一种或几种。
[0027] 所述的稳定剂为有机锡稳定剂、稀土稳定剂、铅盐复合稳定剂或钙锌复合稳定剂 中的任一种或几种。
[0028] 所述的着色剂为有机颜料(单偶氮、双偶氮、钛青等)、无机颜料(红、黄、黑等）中的 任一种或几种。
[0029] 所述的阻燃剂为无机阻燃剂(氢氧化镁、氢氧化铝等)、卤系阻燃剂、硅系阻燃剂、 磷系阻燃剂中的任一种或几种。
[0030] 所述的抗菌剂为无机抗菌剂(银沸石等)、有机抗菌剂(季胺盐等)、天然抗菌剂(壳 聚糖、辣根等）中的任一种或几种。
[0031] 所述的发泡剂为物理发泡剂(氮气、二氧化碳等)、化学发泡剂（：偶氮二甲酰胺等） 中的任一种或几种。
[0032] 本发明所述木塑复合材料的制备方法，包括塑炼、挤出及冷却工序，具体包括： 所述的塑炼是指将按配方比例称取的所有原料加入密炼机内，于l〇(T24(TC下高速搅 拌共混12~20min，得到预塑化好的物料； 所述的挤出是指将预塑化好的物料经双腕式或双锥式喂料机送至单螺杆或双螺杆挤 出机，于13(Tl90°C直接挤出成型或将预塑化好的物料送至造粒机造粒，再将制得的粒料送 至挤出机进行成型； 所述的冷却是指将已成型的型坯冷却至定型即可。
[0033] 本发明所述的制备方法还可以包括切割工序，将已定型的型坯根据需要的尺寸进 行切割即可。
[0034] 塑炼工序所述的密炼机为加压直立式密炼机，双棱转子的转速为2(T40r/min。
[0035] 塑炼工序所述的高速搅拌共混过程，可以通过冷却水的作用精确控制塑炼温度， 避免原料过热分解炭化，通过不间断的起盖，可以将塑炼过程中产生的水分和酸性气体排 出，有利于降低原料的分解和对设备的腐蚀。
[0036] 挤出工序所述的双腕式或双锥式喂料机的双腕或双锥转子的转速为5~20r/min。
[0037] 挤出工序所述的单螺杆挤出机的长径比为20 :1，主机转速为2(T50r/min ;所述的 双螺杆挤出机为平行双螺杆挤出机或锥形双螺杆挤出机中的任一种。
[0038] 挤出工序所述的双螺杆挤出机优选锥形双螺杆挤出机。
[0039] 冷却工序采用的是循环水冷却法。
[0040] 实施例1 --木塑复合材料的制备 (1)原料组成： 经过分拣、清洗、干燥至含水率2~5%的PE树脂粉料15份 氯化聚乙烯10份 粒径18(Γ250 μ m，含水率< 10%的木粉50份 粒径18?23 μ m，含水率< 1%的硅灰石粉5?15份 粒径5?45 μ m的氧化I丐5份 铝酸酯偶联剂（UP802) 2份 56号石錯3份 (2)制备方法： 将按配方比例称取的所有原料加入11 〇型的密炼机内，密炼机的工作温度控制在 15(T200°C，双棱转子的转速为2(T40r/min，通过密炼机本身的压力和强剪切力自动升温， 高速搅拌共混12min，得到预塑化好的混合均匀的物料。
[0041] 将预塑化好的物料经自动上料机送入加料斗，再经IlKW型的双锥式喂料机直接 送至180型的单螺杆挤出机挤出，经片型口模成型，挤出机机筒工作温度为15(Tl80°C， 机头温度为15(Tl60°C，主机转速控制在额定转速的6(Γ70%，工作电流控制在额定电流的 60?80%，喂料机双锥转子的转速为5?20r/min。
[0042] 最后将已成型的型坯采用循环水冷却至定型，再根据尺寸需要切割，即得所述的 木塑复合材料。
[0043] 实施例2 --木塑复合材料的制备 (1) 原料组成： 经过分拣、清洗、干燥至含水率2~5%的PP树脂粉料20份 氯化聚乙烯9份 粒径18(Γ250 μ m，含水率< 10%的竹粉60份 粒径18?23 μ m，含水率< 1%的硅灰石粉5份 粒径5?45 μ m的氧化I丐1份 硅烷偶联剂（KH570) 2份 PP蜡3份 (2) 制备方法： 将按配方比例称取的所有原料加入11 〇型的密炼机内，密炼机的工作温度控制在 10(Tl7(TC，双棱转子的转速为2(T40r/min，通过密炼机本身的压力和强剪切力自动升温， 高速搅拌共混20min，得到预塑化好的混合均匀的物料。
[0044] 将预塑化好的物料经自动上料机送入加料斗，再经IlKW型的双腕式喂料机直接 送至GTS75-H型的平行双螺杆挤出机挤出，经风冷模面热切得粒料。挤出机机筒工作温度 为14(Tl70°C，机头温度为16(Tl80°C，主机转速控制在额定转速的6(Γ70%，工作电流控制 在额定电流的6(Γ80%，喂料机双腕转子的转速为5~20r/min。
[0045] 最后将已成型的粒料送入SWMSZ-3 P型锥形双螺杆挤出机挤出，冷却至定型，再根 据尺寸需要切割，即得所述的木塑复合材料。
[0046] 实施例3 --木塑复合材料的制备 (1)原料组成： 经过分拣、清洗、干燥至含水率2~5%的PVC树脂粉料20份 氯化聚乙烯8份 粒径18(Γ250 μ m，含水率< 10%的秸杆粉55份 粒径18?23 μ m，含水率< 1%的硅灰石粉10份 粒径5?45 μ m的氧化镁2份 钛酸酯偶联剂（JTW-105) 2份 钙锌复合稳定剂3份 (2)制备方法： 将按配方比例称取的所有原料加入11 〇型的密炼机内，密炼机的工作温度控制在 17(T240°C，双棱转子的转速为2(T40r/min，通过密炼机本身的压力和强剪切力自动升温， 高速搅拌共混15min，得到预塑化好的混合均匀的物料。
[0047] 将预塑化好的物料经自动上料机送入加料斗，再经IlKW型的双锥式喂料机直接 送至SWMSZ-3 P型的锥形双螺杆挤出机挤出成型，冷却至定型，切片即得所述的木塑复合材 料。挤出机机筒工作温度为15(Tl90°C，机头温度为13(Tl45°C，主机转速控制在额定转速 的6(Γ70%，工作电流控制在额定电流的6(Γ80%，喂料机双锥转子的转速为5~20r/min。
[0048] 实施例4 --木塑复合材料的性能检测 实验方法：拉伸强度、断裂伸长率、低温抗冲击强度、吸水率、老化性能(保留率）分别按 照 GB/T1040. 1、GB/T1040. 1、GB/T1043. 1、GB/T1034、GB/T14522 标准进行检测。
[0049] 实验结果：实施例1、2、3中所制备的木塑复合材料的性能检测结果如表1所示。 由实验结果可知，采用本发明所述方法制备的木塑复合材料具有优良的力学强度、出众的 尺寸稳定性和较好的抗老化性能，具有较高的推广应用价值。
[0050] 表1木塑复合材料的性能检测结果
【权利要求】
1. 一种抗胀阻湿、强度高、耐老化的木塑复合材料，其特征在于所述木塑复合材料由下 述重量份的原料组成： 二次回收树脂15?20份、氯化聚乙烯8?10份、植物纤维5(T60份、无机粉体5?15份、干 燥剂1~5份、助剂1~5份。
2. 根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于所述的二次回收树脂为经过分 拣、清洗、干燥至含水率2~5%的PVC树脂、PE树脂或PP树脂中的任一种或几种。
3. 根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于所述的氯化聚乙烯氯含量> 30%， 125°C下门尼粘度ML 1+4彡120,拉伸强度彡6MPa。
4. 根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于所述的植物纤维为粒径 180~250 ii m，含水率< 10%的木材纤维、竹材纤维、农作物秸杆纤维或果壳纤维中的任一种 或几种。
5. 根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于所述的无机粉体为粒径5~45 y m， 含水率< 1%的重钙粉、轻钙粉、滑石粉、硅灰石粉、白云石粉或重晶石粉中的任一种或几 种。
6. 根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于所述的干燥剂为粒径5~45 y m的 氧化钙、氧化镁或硅粉中的任一种或几种。
7. -种权利要求1所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于包括塑炼、挤出及冷 却工序，具体包括： A、 塑炼：将按配方比例称取的所有原料加入密炼机内，于10(T24(TC下高速搅拌共混 12~20min，得到预塑化好的物料； B、 挤出：将预塑化好的物料经双腕式或双锥式喂料机送至单螺杆或双螺杆挤出机，于 13(T19(TC直接挤出成型或将预塑化好的物料送至造粒机造粒，再将制得的粒料送至挤出 机进行成型； C、 冷却：将已成型的型坯冷却至定型即可。
8. 根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于工序A所述的密炼机为加压直立式密 炼机，双棱转子的转速为2(T40r/min。
9. 根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于工序B所述的双腕式或双锥式喂料机 的双腕或双锥转子的转速为5~20r/min。
10. 根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于工序B所述的单螺杆挤出机的长径比 为20 :1，主机转速为2(T50r/min ;所述的双螺杆挤出机为平行双螺杆挤出机或锥形双螺杆 挤出机中的任一种。
【文档编号】C08K3/30GK104403342SQ201410794002
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月21日 优先权日:2014年12月21日
【发明者】刘瑞铭, 赵华玲 申请人:昆明钢铁控股有限公司