本发明涉及木塑材料或塑木材料加工技术领域，具体涉及改性木粉、木塑复合材料及其制法和应用。
背景技术：
随着经济发展与能源供求、生态环境之间的矛盾不断激化，人们正致力于寻求社会经济可持续发展与环境保护、资源开发的平衡点。这一矛盾在材料开发和利用领域尤其突出。在这种情况下，木塑复合材料应运而生。木塑复合材料定义是：“一种主要由木材或纤维素为基础材料与塑料(也可以是多种塑料)制成的复合材料”。由于其兼具木材和塑料的优点，使得木塑复合材料及其制品具有一系列独特的优良性质，既有木材美观的质感和可以二次加工，又有塑料的耐久性和可重复加工性能。木塑复合材料广泛利用农林废弃物(如废弃木材、农作物秸秆等)有利于保护森林资源，还可以将产生环境污染的废旧塑料充分利用起来，很好地解决了使用塑料产品废弃后所带来的一系列社会和生态问题。由于木粉表面有大量的羟基等吸水性基团导致其具有很强的极性和吸水性，而作为基体材料的高分子树脂(主要是pe、pvc、pp等)往往是弱极性和疏水性材料。二者之间的亲水性与极性上的差异使得二者在材料制备过程中界面结合力较弱，进一步导致了制备材料性能上的缺陷。因此，减弱木粉表面的极性和亲水性，强化木粉高分子树脂界面与木粉的结合能力，进而提高木塑复合材料的性能，将是木塑材料的主要研究方向。
提高木塑复合材料界面相容性的改性途径主要是马来酸酐接枝处理木粉或加入偶联剂。申请号为cn2014105198979的专利为解决现有木塑复合材料在制备过程中亲水的木质纤维和疏水的热塑性塑料基体的界面相容性、粘合性差、性能单向增长的现象等问题，提供一种高强度玻璃纤维木塑型材料，原料配比包括废旧塑料、木屑、木糠粉、无碱和/或中碱玻璃纤维，马来酸酐接枝聚乙烯，偶联剂等，其中，偶联剂选自硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂或钛酸酯偶联剂的一种以上；偶联剂提高了玻璃纤维与基体间的浸润性和界面层分子间的相互作用，使得界面粘结强度提高。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题是：上述发明虽然能从一定程度上解决木质纤维和塑料界面相容性差的问题，但存在副反应多、接枝率低、增容效果不明显等缺陷，导致木塑材料的力学性能提升不明显，且耐水性还有待进一步提高。
本发明的目的是：提供一种改性木粉、以及由此改性木粉制备而成的木塑复合材料及其制法和应用，还提供一种工艺简单、成本低的木塑改进工艺，将在木塑复合材料发展中具有重要意义。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于木塑复合材料的改进方法，通过木粉的改性处理以提高木粉与高分子树脂之间的界面结合能力，得到了一种高模量、高强度、高纤维量、高耐水性的新型木塑复合材料。
具体来说，针对现有技术的不足，本发明提供了如下技术方案：
一种改性木粉，其特征在于，采用含有下述组分的原料制成：
碱性木粉20-60重量份和环氧丙烷5-10重量份；
其中，所述碱性木粉由木粉浸入氢氧化钠溶液中反应后得到。
优选的，上述改性木粉中，所述碱性木粉与环氧丙烷的质量比为(4-12)：1，优选的，所述碱性木粉与环氧丙烷的质量比为(4-8)：1。
优选的，上述改性木粉中，所述木粉的质量占氢氧化钠溶液的50-70％。优选的，所述氢氧化钠溶液的浓度为10-20wt％。
优选的，上述改性木粉中，所述改性木粉由所述原料在反应釜中反应得到；其中，所述反应釜中溶液置于氮气气氛，ph值为11-13，反应温度为40-70℃，真空度为-0.5-0.1mpa。
优选的，上述改性木粉中，所述木粉选自木屑、竹屑、稻壳、秸秆、豆皮、剑麻纤维、荻草、油菜杆、亚麻屑、花生壳或甘蔗渣的一种或两种以上。
本发明还提供一种木塑复合材料，其特征在于，采用含有下述组分的原料制成：
上述改性木粉20-60重量份和高密度聚乙烯40-80重量份。
优选的，上述木塑复合材料中，所述改性木粉为30-60重量份，高密度聚乙烯为40-70重量份。
优选的，上述木塑复合材料中，所述木塑复合材料采用含有下述组分的原料制成：
上述的改性木粉30-50重量份和高密度聚乙烯50-70重量份，优选的，改性木粉为30-45重量份，高密度聚乙烯为55-70重量份。
优选的，上述木塑复合材料中，所述原料还包括抗氧剂0.1-2重量份和抗紫外剂0.1-2重量份。
本发明还提供上述改性木粉的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)将木粉浸入氢氧化钠溶液中反应得到碱性木粉；
(2)将包含碱性木粉和环氧丙烷的原料置于反应釜中，反应得到所述改性木粉。
优选的，上述制备方法中，所述制备方法包括下述步骤：
(1)将木粉浸入浓度为10-20wt％的氢氧化钠溶液中，形成混合溶液，所述木粉质量占混合溶液的50-70％，得到碱性木粉；
(2)将碱性木粉加入反应釜中，调节ph值为11-13，调节温度为40-70℃，通氮气排除反应釜中的空气，减压至真空度为-0.5-0.1mpa，加入环氧丙烷，反应后得到改性木粉。
优选的，上述制备方法中，所述步骤(2)中，调节温度为55-65℃。
本发明还提供上述木塑复合材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)将原料混合后得到混合料，控制混合温度为55-90℃；
(2)将混合料加入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到所述木塑复合材料。
优选的，上述木塑复合材料的制备方法中，步骤(2)中所述双螺杆挤出机的挤出温度为：一区110-140℃，二区140-170℃，三区165-180℃，四区温度170-190℃，五区温度为165-190℃，六区温度为150-180℃，机头温度为155-180℃。
本发明还提供上述改性木粉或上述木塑复合材料在建材、包装、园林或运输领域中的应用。
本发明的有益效果是：本发明的改性方法有效减少了木粉中的羟基，降低了木粉的亲水性与极性，增强了木粉与高分子树脂的相容性，且制备工艺简单，成本低。本发明的改进工艺有显著改善了木粉与高分子树脂的结合能力，提高了机械强度，特别是抗冲击性能，同时还降低了材料的吸水性，提高了材料的寿命。该增强了材料的流动性能，减少了材料在成型加工阶段的能耗。
具体实施方式
鉴于目前木塑材料木塑材料的制备方法存在副产品多，接枝率低，增容效果不明显等缺陷，本发明提供一种改性木粉、复合木塑材料及其制法和应用。
一种优选的实施方式中，本发明制备新型木塑复合材料过程如下：
将木粉500g放入800ml质量分数15％的naoh溶液中，调节反应溶液的ph值至12；待浸泡90min后，开始搅拌，加热升温40～70℃,通氮气排除反应釜中空气,然后减压至真空度为-0.1mpa,加入计量的环氧丙烷；工艺反应过后用冰醋酸调节ph值至中性，过滤，下层用再用80℃的蒸馏水洗涤过滤，重复洗涤；将所得产物放入干燥箱中,50℃干燥至质量恒定,得到改性处理后的木粉；
依次加入改性处理后的木粉中、高密度聚乙烯、抗紫外线剂和抗氧化剂，搅拌均匀后的混合料；
将上述混合料加入双螺杆挤出机中，挤出造粒，既得所制备木塑复合材料粒料；
改性木粉30～80份，高密度聚乙烯20～70份，抗紫外线剂0.1～2份，抗氧化剂0.1～2份；
所述抗紫外线剂为uv-9、抗紫外线剂uv-360、抗紫外线剂uv-3808、抗紫外线剂uv-3853中的一种或两种以上。
所述抗氧化剂为抗氧剂dltp、抗氧剂1035、抗氧剂1076、抗氧剂mb中的一种或两种以上。
各原料混合过程中混合温度均控制在为60～90℃。
造粒过程中双螺杆挤出机的挤出温度设置为：1区温度为110～140℃、2区温度为140～170℃、3区温度为165～180℃、4区温度为170～190℃、5区温度为165～190℃、6区温度为150～180℃、机头温度为155～180℃；双螺杆的转速为20～100r/min。
本发明中，所述高密度聚乙烯的密度为0.940-0.976g/cm3。
下面通过具体实施例来进一步说明本发明所述纳米复合发泡剂及其制备方法和应用。
在下面的实施例中，所用试剂和设备信息如下：
木粉：厂家：常州粉末有限公司生产，型号：mf101，20～40目；
高密度聚乙烯：厂家：中国石化扬子石油化工有限公司，型号：5000s；
抗氧剂1076：厂家：宜兴市天使合成化学有限公司，化学组成：β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯)-丙酸十八碳醇酯；
抗氧剂dltp：厂家：宜兴市天使合成化学有限公司，化学组成：硫代二丙酸双十二烷酯；
抗紫外剂uvp-327：厂家：南京米兰化工有限公司，化学组成：2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑；
抗紫外剂uvp-360：厂家：天津中信凯泰化工有限公司，化学组成：双(3-苯并三唑基-2-羟基-5-特辛基苯基)甲烷；
抗紫外剂uvp-3853：厂家：烟台市裕盛化工有限公司，化学组成：2,2,6,6-四甲基-4-哌啶硬脂酸酯；
双螺杆挤出机：厂家：青岛科创塑料机械有限公司，型号：sj-30b。
反应釜：厂家：太康县一诺医药化工容器有限公司，型号：zl-1000-d。
实施例一
将木粉500g放入800ml质量分数15％的naoh溶液中，调节反应溶液的ph值至12；待浸泡90min后，开始搅拌，加热升温至45℃，通氮气排除反应釜中空气，然后减压至真空度为-0.1mpa，加入100g环氧丙烷；工艺反应过后用冰醋酸调节ph值至中性，过滤，下层再用80℃的蒸馏水洗涤过滤，重复洗涤；将所得产物放入干燥箱中，50℃干燥至质量恒定，得到改性处理后的木粉。
按照重量份数比称取70份的hdpe、30份的改性木粉、0.5份的抗氧剂、1份的抗紫外剂，共500g；其中，所述抗氧剂包括0.25重量份的抗氧剂1035和0.25重量份的抗氧剂mb；
在高速混合机中将木粉、hdpe、抗氧剂1035、抗氧剂mb以及抗紫外剂uvp-327，混合均匀后得到混合料，控制混合的温度为80℃；将混合料通过侧喂料的方式喂入双螺杆挤出机中，控制双螺杆挤出机从加料口到机头的温度分别为：1区温度为120℃、2区温度为160℃、3区温度为170℃、4区温度为175℃、5区温度为180℃、6区温度为180℃、机头温度为175℃，双螺杆转速为60r/min，造粒得到木塑复合材料粒料。
将本实施例制备的木塑复合材料按gb/t1040-1992和gb/t1043-1993规定测试其拉伸强度和冲击强度，对比未经过环氧丙烷改性处理制备的木塑复合材料，材料的拉伸强度从14.1mpa提升到28.1mpa，冲击强度从10.8kj/m2提升到26.7kj/m2。在180℃、2.36kg压力下，测量材料的熔融指数，材料的熔融指数从0.351g/10min增加到0.610g/10min。
参照gb/t17657-1999测试pp木塑复合材料吸水性，将木塑复合材料试件放入水槽完全浸泡24h，水温为室温，取出时用滤纸擦干。测量试样24h吸水率，按下式计算:
式中，w为试件24h吸水率，％；m0为试件浸水前的质量，g；m1为试件24h浸水后的质量，g。结果为5次平均值。测得实施例一所得木塑复合材料的吸水率由4.8％降至2.2％。
实施例二
将木粉500g放入800ml质量分数15％的naoh溶液中，调节反应溶液的ph值至12；待浸泡90min后，开始搅拌，加热升温至45℃，通氮气排除反应釜中空气，然后减压至真空度为-0.1mpa,加入100g环氧丙烷；工艺反应过后用冰醋酸调节ph值至中性，过滤，下层再用80℃的蒸馏水洗涤过滤，重复洗涤；将所得产物放入干燥箱中，50℃干燥至质量恒定,得到改性处理后的木粉；
按照重量份数比称取60份的hdpe、40份的改性木粉、0.5份的抗氧剂、1份的抗紫外剂，共500g；其中，所述抗氧剂包括抗氧剂10760.25重量份和抗氧剂mb0.25重量份；
在高速混合机中将木粉、hdpe、抗氧剂1076、抗氧剂mb以及抗紫外剂uvp-360，混合均匀后得到混合料，控制混合的温度为80℃；将混合料通过侧喂料的方式喂入双螺杆挤出机中，控制双螺杆挤出机从加料口到机头的温度分别为：1区温度为120℃、2区温度为160℃、3区温度为170℃、4区温度为175℃、5区温度为180℃、6区温度为180℃、机头温度为175℃，双螺杆转速为60r/min，造粒得到木塑复合材料粒料。
将本实施例制备的木塑复合材料按gb/t1040-1992、gb/t1043-1993和gb/t17657-1999规定测试其拉伸强度、冲击强度和吸水性，对比未加经过环氧丙烷处理制备的木塑复合材料，材料的拉伸强度从15.3mpa提升到29.6mpa，冲击强度从12.8kj/m2提升到27.9kj/m2。吸水率由5.2％降至2.5％。在180℃、2.36kg压力下，测量材料的熔融指数，对比未经过环氧丙烷性处理制备的木塑复合材料，材料的熔融指数从0.245g/10min增加到0.549g/10min。
实施例三
将木粉500g放入800ml质量分数15％的naoh溶液中，调节反应溶液的ph值至12；待浸泡90min后，开始搅拌，加热升温至65℃，通氮气排除反应釜中空气，然后减压至真空度为-0.1mpa,加入100g环氧丙烷；工艺反应过后用冰醋酸调节ph值至中性，过滤，下层再用80℃的蒸馏水洗涤过滤，重复洗涤；将所得产物放入干燥箱中,50℃干燥至质量恒定,得到改性处理后的木粉；
按照重量份数比称取70份的hdpe、30份的改性木粉、0.5份的抗氧剂、0.5份的抗紫外剂，共500g；其中，所述抗氧剂包括抗氧剂dltp0.25重量份和抗氧剂mb0.25重量份；
在高速混合机中将木粉、hdpe、抗氧剂dltp、抗氧剂mb以及抗紫外剂uvp-3853，混合均匀后得到混合料，控制混合的温度为80℃；将混合料通过侧喂料的方式喂入双螺杆挤出机中，控制双螺杆挤出机从加料口到机头的温度分别为：1区温度为120℃、2区温度为160℃、3区温度为170℃、4区温度为175℃、5区温度为180℃、6区温度为180℃、机头温度为175℃，双螺杆转速为60r/min，造粒得到木塑复合材料粒料。
将本实施例制备的木塑复合材料按gb/t1040-1992、gb/t1043-1993和gb/t17657-1999规定测试其拉伸强度、冲击强度和吸水性，测试对比未加经过环氧丙烷处理制备的木塑复合材料，材料的拉伸强度从14.1mpa提升到28.9mpa，冲击强度从10.8kj/m2提升到28.4kj/m2。吸水率由4.8％降至2.6％。在180℃、2.36kg压力下，测量材料的熔融指数，对比未经过环氧丙烷改性处理制备的木塑复合材料，材料的熔融指数从0.351g/10min增加到0.649g/10min。
实施例四
将木粉500g放入800ml质量分数15％的naoh溶液中，调节反应溶液的ph值至12；待浸泡90min后，开始搅拌，加热升温至65℃，通氮气排除反应釜中空气，然后减压至真空度为-0.1mpa,加入100g环氧丙烷；工艺反应过后用冰醋酸调节ph值至中性，过滤，下层再用80℃的蒸馏水洗涤过滤，重复洗涤；将所得产物放入干燥箱中,50℃干燥至质量恒定,得到改性处理后的木粉；
按照重量份数比称取60份的hdpe、40份的改性木粉、0.5份的抗氧剂、1份的抗紫外剂，共500g；其中，所述抗氧剂包括抗氧剂10760.25重量份和抗氧剂mb0.25重量份；
在高速混合机中将木粉、hdpe、抗氧剂1076、抗氧剂mb以及抗紫外剂uvp-3853，混合均匀后得到混合料，控制混合的温度为80℃；将混合料通过侧喂料的方式喂入双螺杆挤出机中，控制双螺杆挤出机从加料口到机头的温度分别为：1区温度为120℃、2区温度为160℃、3区温度为170℃、4区温度为175℃、5区温度为180℃、6区温度为180℃、机头温度为175℃，双螺杆转速为60r/min，造粒得到木塑复合材料粒料。
将本实施例制备的木塑复合材料按gb/t1040-1992、gb/t1043-1993和gb/t17657-1999规定测试其拉伸强度、冲击强度和吸水性，对比未加经过环氧丙烷处理制备的木塑复合材料，材料的拉伸强度从15.3mpa提升到30.9mpa，冲击强度从12.8kj/m2提升到29.7kj/m2。吸水率由4.8％降至2.8％。在180℃、2.36kg压力下，测量材料的熔融指数，对比未经过环氧丙烷改性处理制备的木塑复合材料，材料的熔融指数从0.245g/10min增加到0.581g/10min。
实施例五
实施例五与实施例一类似，区别仅在于：制备木塑复合材料过程中，原料为：改性木粉重量份为60份，高密度聚乙烯为40份。
测得所得木塑复合材料的拉伸强度为21.2mpa，冲击强度为24.1kj/m2，熔融指数为0.421g/10min。吸水率为3.8％。
实施例六
实施例六与实施例一类似，区别仅在于：制备木塑复合材料过程中，原料为：改性木粉重量份为50份，高密度聚乙烯为50份。
测得所得木塑复合材料的拉伸强度为27.2mpa，冲击强度为26.1kj/m2，熔融指数为0.489g/10min。吸水率为3.1％。
实施例七
实施例七与实施例一类似，区别仅在于：碱性木粉的制备过程中，木粉的加入量为200g。
测得所得木塑复合材料的拉伸强度为22.1mpa，冲击强度为21.4kj/m2，熔融指数为0.478g/10min。吸水率为2.4％。
实施例八
实施例八与实施例一类似，区别仅在于：碱性木粉的制备过程中，木粉的加入量为1200g。
测得所得木塑复合材料的拉伸强度为26.3mpa，冲击强度为24.8kj/m2，熔融指数为0.55g/10min。吸水率为2.5％。
实施例九
实施例九与实施例一类似，区别仅在于：改性木粉的制备过程中，调节温度为60℃。
测得所得木塑复合材料的拉伸强度为29.7mpa，冲击强度为29.1kj/m2，熔融指数为0.640g/10min。吸水率为2.1％。
实施例十
实施例十与实施例一类似，区别仅在于：1区温度为140℃、2区温度为165℃、3区温度为175℃、4区温度为180℃、5区温度为180℃、6区温度为180℃，机头温度为160℃。
测得所得木塑复合材料的拉伸强度为28.4mpa，冲击强度为26.2kj/m2，熔融指数为0.614g/10min。吸水率为2.3％。
对比例一
对比例一与实施例一类似，区别仅在于，将木粉500g浸入质量浓度为15％的naoh溶液中，木粉质量为氢氧化钠溶液的30％。测得所得木塑复合材料的拉伸强度为25.3mpa，冲击强度为24.1kj/m2，熔融指数为0.567g/10min。吸水率为2.5％。
对比例二
对比例二与实施例一类似，区别仅在于，将木粉500g浸入质量浓度为15％的naoh溶液中，木粉质量为氢氧化钠溶液的80％。测得所得木塑复合材料的拉伸强度为26.4mpa，冲击强度为23.6kj/m2，熔融指数为0.545g/10min。吸水率为2.6％。
综上所述，本发明所述改性方法增强了木粉与高分子树脂的相容性，提高了机械强度，降低了材料的吸水性，提高了材料寿命，且制备工艺简单，成本较低，具有广泛的应用前景。