1.本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种木塑复合材料及其制备方法。
背景技术：
2.一次性医用口罩、医用外科口罩、kn95口罩、n95口罩等的主要功效层都是带有静电吸附功能的熔喷布或热风布，它们都是以聚丙烯为主要原料进行加工制作的。高分子聚合物具有在常温下化学性质稳定难以自然降解的缺点，而且这种静电吸附功能的特种布为了使静电驻极在加工过程中带来足够多的电荷，往往带有极细的微观纤维结构，容易在分解过程中向环境释放微塑料颗粒，这让废弃口罩对环境的污染甚至远甚于塑料袋。因此，需要建立对废旧口罩的针对化处理方案。
技术实现要素：
3.有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种木塑复合材料的制备方法，将废弃口罩经消毒、电选、浮选处理后作为原料参与木塑复合材料的制备，实现了废弃口罩的回收再利用，减少了微塑料对环境的污染及垃圾处理的压力，解决了一次性口罩的二次污染问题；所制备的木塑复合材料，兼具塑料和木材的优良特性，抗酸碱性、耐腐蚀性、防水性好，不繁殖真菌细菌，不易被虫蛀，且力学性能好，使用寿命长，可塑性好，可根据产品需要制成各种形状及尺寸，且可二次回收，具有广阔的市场前景和经济效应。
4.本发明的另一个目的在于提供一种木塑复合材料。
5.为达到上述目的，本发明第一方面的实施例提出了一种木塑复合材料的制备方法，包括：
6.将废弃口罩消毒、干燥后破碎，获得口罩颗粒；
7.将所述口罩颗粒经电选除去金属鼻夹成分，随后经浮选获得聚丙烯颗粒；
8.将木屑于碱溶液中浸泡，并将浸泡后的木屑洗涤烘干后获得干燥木粉；
9.将所述聚丙烯颗粒、所述干燥木粉和马来酸酐枝接聚丙烯混合，获得粉状原料；
10.将所述粉状原料进行熔融共混，随后热压成型后保压冷却，获得所述木塑复合材料。
11.本发明实施例的木塑复合材料的制备方法，将废弃口罩经消毒、电选、浮选处理后作为原料参与木塑复合材料的制备，实现了废弃口罩的回收再利用，减少了微塑料对环境的污染及垃圾处理的压力，解决了一次性口罩的二次污染问题；所制备的木塑复合材料，兼具塑料和木材的优良特性，抗酸碱性、耐腐蚀性、防水性好，不繁殖真菌细菌，不易被虫蛀，且力学性能好，使用寿命长，可塑性好，可根据产品需要制成各种形状及尺寸，且可二次回收，具有广阔的市场前景和经济效应。
12.在本发明的一些实施例中，所述干燥木粉与所述聚丙烯颗粒的重量比为(4-6)：(8-12)，所述马来酸酐枝接聚丙烯与所述聚丙烯颗粒的重量比为(1-5)：(8-12)。
13.在本发明的一些实施例中，所述粉状原料还包括阻燃剂；所述干燥木粉、所述聚丙
烯颗粒、所述阻燃剂三者的重量比为(4-6)：(8-12):(10-14)，所述马来酸酐枝接聚丙烯与所述聚丙烯颗粒的重量比为(1-5)：(8-12)。
14.在本发明的一些实施例中，所述阻燃剂为氢氧化镁与硼酸锌的按重量比为(5-20)： (0.5-3)混合的混合物。
15.在本发明的一些实施例中，所述将废弃口罩消毒、干燥后破碎，获得口罩颗粒的方法为：
16.采用消毒剂对废弃口罩进行消毒，获得消毒后的废弃口罩；
17.将所述消毒后的废弃口罩进行干燥，然后利用滚剪式撕碎机切割破碎，获得口罩颗粒。
18.在本发明的一些实施例中，所述电选采用静电分离机进行，所述浮选采用浮选机进行；所述浮选时间为8-10min，浮选药剂为ph为11的含有甲基异丁基甲醇的氢氧化钠水溶液。
19.在本发明的一些实施例中，所述碱溶液为氢氧化钠溶液或/氢氧化钾溶液；所述烘干的温度为80-95℃。
20.在本发明的一些实施例中，所述将所述聚丙烯颗粒、所述干燥木粉和马来酸酐枝接聚丙烯混合的方法为：所述聚丙烯颗粒、所述干燥木粉和马来酸酐枝接聚丙烯于750-850rpm 搅拌混合。
21.在本发明的一些实施例中，所述熔融共混的温度为160-200℃。
22.在本发明的一些实施例中，所述热压成型的工作条件为：温度为170-210℃，真空度为 55-85mmhg，压力为5-7mpa，时间为7-10min；所述保压冷却的工作条件为：压强为2-4mpa，时间为20-30min。
23.为达到上述目的，本发明第二方面的实施例提出了一种木塑复合材料，采用如上所述的制备方法获得。
24.本发明实施例的木塑复合材料，兼具塑料和木材的优良特性，抗酸碱性、耐腐蚀性、防水性好，不繁殖真菌细菌，不易被虫蛀，且力学性能好，使用寿命长，可塑性好，可根据产品需要制成各种形状及尺寸，且可二次回收，具有广阔的市场前景和经济效应。
25.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
26.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
27.本发明实施例的木塑复合材料的制备方法，按以下步骤进行：
28.(1)对废弃口罩进行消毒，获得消毒后的口罩；
29.(2)将步骤(1)中所获得的消毒后的口罩进行干燥，之后破碎，得到口罩颗粒；
30.(3)将步骤(2)获得的口罩颗粒放入静电分离机中进行电选，除去金属鼻夹成分，然后加入到浮选机中进行浮选，得到聚丙烯颗粒；
31.(4)将木屑过筛，加入碱溶液中浸泡，然后将上清液倒出，多次洗涤后放入烘箱烘干，得到干燥木粉；
32.(5)将步骤(3)得到的聚丙烯颗粒、步骤(4)得到的干燥木粉和马来酸酐枝接聚丙烯(pp-g-mah)按一定比例混合，放入高速混合机中进行初混，得到粉状原料；
33.(6)将步骤(5)得到的粉状原料进行熔融共混，随后物料经热压成型后再经过保压冷却，获得木塑复合材料。
34.本发明实施例的木塑复合材料的制备方法，将废弃口罩经消毒、电选、浮选处理后作为原料参与木塑复合材料的制备，实现了废弃口罩的回收再利用，减少了微塑料对环境的污染及垃圾处理的压力，解决了一次性口罩的二次污染问题；所制备的木塑复合材料，兼具塑料和木材的优良特性，抗酸碱性、耐腐蚀性、防水性好，不繁殖真菌细菌，不易被虫蛀，且力学性能好，使用寿命长，可塑性好，可根据产品需要制成各种形状及尺寸，且可二次回收，具有广阔的市场前景和经济效应。
35.为了提高阻燃特性，可选的，在本发明的一些实施例中，还可以在步骤(5)获得粉状原料时加入阻燃剂，具体是将步骤(3)得到的聚丙烯颗粒、步骤(4)得到的干燥木粉和马来酸酐枝接聚丙烯(pp-g-mah)和阻燃剂按一定比例混合，放入高速混合机中进行初混，得到粉状原料。其中，干燥木粉、聚丙烯颗粒、阻燃剂三者的重量比为(4-6)：(8-12): (10-14)，优选为(4-6)：10:12；马来酸酐枝接聚丙烯与聚丙烯颗粒的重量比为(1-5)： (8-12)，优选为(1-5)：10。需要说明的是，在不添加阻燃剂时，干燥木粉、聚丙烯颗粒的重量比为(4-6)：(8-12)，优选为(4-6)：10；马来酸酐枝接聚丙烯与聚丙烯颗粒的重量比仍为(1-5)：(8-12)，优选为(1-5)：10。
36.可选的，阻燃剂可以选择现有市售阻燃剂，但优选由氢氧化镁(mh)和硼酸锌(zb) 混合组成的阻燃剂，其中氢氧化镁和硼酸锌的混合重量比为(5-20)：(0.5-3)。其中氢氧化镁优选超细氢氧化镁。需要说明的是，硼酸锌单独用作本发明实施例的阻燃剂时，所获得的木塑复合材料的拉伸强度有所提高，弯曲强度变化不大，材料整体阻燃性能一般；氢氧化镁单独用作本发明实施例的阻燃剂时，所获得的木塑复合材料的拉伸强度提高明显，但弯曲强度略有下降，同时材料整体阻燃性能一般；只有当氢氧化镁和硼酸锌共同用作本发明实施例的阻燃剂，它们二者协同作用时，不仅可以降低阻燃剂对所获得的木塑复合材料的拉伸强度、弯曲强度等力学性能的影响，还可以使材料整体的阻燃性能达到最佳，可达到gb/t2408-2008《塑料燃烧性能的测定水平法和垂直法》国际标准中的v-2级阻燃标准，此时所获得的木制复合材料适合用作建筑及家具材料。
37.可选的，在一些实施例中，马来酸酐枝接聚丙烯(pp-g-mah)的接枝率为1-1.2％，熔融指数为100g/10min。马来酸酐枝接聚丙烯(pp-g-mah)的作用在于：一方面，其分子极性介于极性较强的木粉纤维素与极性较弱的聚丙烯之间，可以在物理层面上改善二者之间的界面相容性；另一方面，马来酸酐枝接聚丙烯分子链上的酐基在热压成型时的高温高压条件下可以与木粉纤维素的羟基产生交联反应产生连接两个链的酯基，在化学层面上改善二者的相容性，从而增强木塑复合材料的力学性质。
38.可选的，步骤(1)中，对废弃口罩进行消毒，消毒方式不限，可以采用臭氧消毒、紫外线消毒、消毒剂消毒等，但考虑到成本问题，在本发明的一些实施例中，采用消毒剂消毒，较佳的，消毒剂可以采用含氯消毒剂，比如有效氯含量为500-1000mg/l的次氯酸钠溶液。当采用消毒剂消毒时，为了保证消毒效果，且避免对环境空气质量的影响，需将废弃口罩置于不锈钢密闭罐、聚四氟乙烯密闭桶等密闭容器中。此外，可以采用废弃口罩采用消毒剂进行
喷雾消毒或者将废弃口罩在消毒剂中浸泡处理消毒，当采用喷雾消毒之后，为了保证消毒效果，最好将喷有消毒剂的废弃口罩静置24-36h。
39.可选的，步骤(2)中，所获得的口罩颗粒的粒径在1-80mm之间。将消毒并干燥后的废弃口罩破碎的方式不限，可以采用粉碎机或但滚剪式撕碎机等，优选采用滚剪式撕碎机剪切破碎，其中滚剪式撕碎机的工作参数为：功率为10-20kw，优选为15kw；转速为300-400 rpm，优选为360rpm。步骤(2)中，将步骤(1)中所获得的消毒后的口罩进行干燥，干燥的方式可以选择鼓风干燥、自然晾干等。
40.可选的，步骤(3)中，静电分离机的工作参数为：功率为8-11kw，优选为9.5kw；转速为10-20rpm，优选为15rpm。
41.可选的，步骤(3)中，浮选机叶轮转速为900-1000rpm，优选为960rpm，浮选时间为 8-10min，浮选机中的浮选药剂为ph为11的含有甲基异丁基甲醇的氢氧化钠水溶液。浮选剂的制备方法为：向质量浓度为1％的naoh水溶液中添加甲基异丁基甲醇，直至ph为 11。
42.可选的，步骤(4)中，过筛的目数为40-100目，碱溶液为氢氧化钠溶液或/氢氧化钾溶液，优选质量浓度为7-10％的氢氧化钠溶液，浸泡时间为3-6h。烘箱烘干的温度为80-95℃。
43.可选的，步骤(5)中，高速混合机的转轮转速为750-850rpm，优选800rpm。
44.可选的，步骤(6)中，熔融共混的温度为160-200℃，优选为180℃。熔融共混可采用密闭式混炼机、双螺杆挤出机等，但优选双螺杆挤出机。当采用双螺杆挤出机对粉状原料进行熔融共混时，双螺杆挤出机的螺杆转速为70-90rpm，优选80rpm。
45.可选的，步骤(6)中，热压成型的工作条件为：温度为170-210℃，优选为190℃；真空度为55-85mmhg，优选为70mmhg；压力为5-7mpa，时间为7-10min。保压冷却的工作条件为：压强为2-4mpa，时间为20-30min。需要说明的时，在本发明的一些实施例中，步骤(6)的热压成型和和保压冷却均可在真空平板硫化机中进行。
46.下面结合具体的实施例和对比例对本发明实施例的木塑复合材料及其制备方法作进一步的说明。
47.本发明各实施例和对比例中的原料、试剂和设备，如未特殊说明，均为可通过商业途径获得的原料、试剂和设备；本发明各实施例和对比例所涉及到的方法，如未特殊说明，均为常规实验方法。
48.下述实施例和对比例中，对废弃口罩的破碎均采用lx-2600型滚剪式撕碎机，对口罩颗粒的电选均采用神泰1500型静电分离机，浮选均采用鼎厚dh3000型浮选机，对粉状原料的熔融共混均采用bd-8858-a型双螺杆挤出机，但上述设备只是示例性的，本发明实施例的木塑复合材料的制备方法不局限于此。
49.一、实施例和对比例
50.实施例1
51.本实施例的木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
52.(1)将收集到的废弃口罩置于密闭容器中，用有效氯含量为750mg/l的次氯酸钠溶液对其进行喷雾消杀处理，随后静置30h后获得消毒后的废弃口罩；
53.(2)将消毒后的废弃口罩进行鼓风干燥，然后加入滚剪式撕碎机中充分切割粉碎至粒度为10-50mm，得到口罩颗粒；
54.(3)将口罩颗粒置入静电分离机中进行电选(静电分离机的工作参数为：功率为 9.5kw，转速为15rpm)，然后将经电选的口罩颗粒加入浮选机中进行浮选(浮选机叶轮转速为960rpm，浮选时间为9min，浮选机中的药剂制备方法为：向质量浓度为1％的naoh 水溶液中添加甲基异丁基甲醇，直至ph值为11)，得到聚丙烯颗粒；
55.(4)将木屑过筛，筛至目数为40-100目，然后将过筛后的木屑加入质量浓度为8％氢氧化钠溶液中浸泡4.5h，然后将上清液倒出，用自来水洗涤5次后放入烘箱在85℃温度下烘干，得到干燥木粉；
56.(5)取10重量份步骤(3)中得到的聚丙烯(pp)颗粒，向其中加入5重量份步骤(4) 中得到的干燥木粉(dmf)及5重量份马来酸酐枝接聚丙烯(接枝率为1.1％，熔融指数为 100g/10min)，充分混合后，放入高速混合机中进行初混(高速混合机工作转速为800rpm)，得到粉状原料；
57.(6)将粉状原料经过双螺杆挤出机进行熔融共混(双螺杆挤出机工作参数为：转速为 80rpm，加工温度为180℃)，挤出的物料经过真空平板硫化机热压成型后再经过保压冷却 (真空平板硫化机工作参数为：加工温度为190℃，真空度为70mmhg，热压压力为7mpa，热压时间为8.5min，冷压压强为3mpa，冷压时间为25min)，充分冷却后获得木塑复合材料。
58.实施例2
59.本实施例的木塑复合材料的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤(5) 中，马来酸酐枝接聚丙烯用量为4重量份。
60.实施例3
61.本实施例的木塑复合材料的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤(5) 中，干燥木粉用量为4重量份，马来酸酐枝接聚丙烯用量为4重量份。
62.实施例4
63.本实施例的木塑复合材料的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤(5) 中，干燥木粉用量为4重量份，马来酸酐枝接聚丙烯用量为5重量份。
64.实施例5
65.本实施例的木塑复合材料的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤(5) 中，干燥木粉用量为6重量份，马来酸酐枝接聚丙烯用量为4重量份。
66.实施例6
67.本实施例的木塑复合材料的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤(5) 中，干燥木粉用量为6重量份，马来酸酐枝接聚丙烯用量为5重量份。
68.实施例7
69.本实施例的木塑复合材料的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤(5) 中，额外在步骤(5)中高速混合前的粉料中添加2重量份硼酸锌(zb)及10重量份活化超细氢氧化镁(mh)。
70.实施例8
71.本实施例的木塑复合材料的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤(3) 中，静电分离机的工作参数为：功率为8kw，转速为10rpm；浮选机叶轮转速为900rpm，浮选时间为8min；步骤(4)中，将过筛后的木屑加入质量浓度为7％的氢氧化钾溶液中浸泡3h，烘干温度为80℃；步骤(5)中，高速混合机工作转速为750rpm；步骤(6)中，双螺杆挤出机工
作参数为：转速为70rpm，加工温度为160℃,真空平板硫化机工作参数为：加工温度为170℃，真空度为55mmhg，热压压力为5mpa，热压时间为7min，冷压压强为2mpa，冷压时间为20min。
72.实施例9
73.本实施例的木塑复合材料的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤(3) 中，静电分离机的工作参数为：功率为11kw，转速为20rpm；浮选机叶轮转速为1000rpm，浮选时间为10min；步骤(4)中，将过筛后的木屑加入质量浓度为9％的氢氧化钾溶液中浸泡6h，烘干温度为95℃；步骤(5)中，高速混合机工作转速为850rpm；步骤(6)中，双螺杆挤出机工作参数为：转速为90rpm，加工温度为200℃,真空平板硫化机工作参数为：加工温度为210度，真空度为85mmhg，热压压力为6mpa，热压时间为10min，冷压压强为4mpa，冷压时间为30min。
74.实施例10
75.本实施例的木塑复合材料的制备方法与实施例7基本相同，不同之处在于：硼酸锌的用量为1重量份，氢氧化镁的用量为15重量份。
76.实施例11
77.本实施例的木塑复合材料的制备方法与实施例7基本相同，不同之处在于：步骤(5) 中，聚丙烯颗粒的用量为8重量份。
78.实施例12
79.本实施例的木塑复合材料的制备方法与实施例7基本相同，不同之处在于：步骤(5) 中，聚丙烯颗粒的用量为12重量份。
80.对比例1
81.本对比例的木塑复合材料的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤(5) 中，聚丙烯颗粒的用量为9重量份，干燥木粉用量为5重量份，马来酸酐枝接聚丙烯用量为4重量份，并额外在步骤(5)中高速混合前的粉料中添加1重量份滑石粉。
82.对比例2
83.本对比例的木塑复合材料的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤(5) 中，聚丙烯颗粒的用量为9重量份，干燥木粉用量为6重量份，马来酸酐枝接聚丙烯用量为5重量份，并额外在步骤(5)中高速混合前的粉料中添加1重量份滑石粉。
84.对比例3
85.本对比例的木塑复合材料的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤(5) 中，额外在步骤(5)中高速混合前的粉料中添加2重量份硼酸锌(zb)。
86.对比例4
87.本对比例的木塑复合材料的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤(5) 中，额外在步骤(5)中高速混合前的粉料中添加10重量份活化超细氢氧化镁(mh)。
88.二、性能检测
89.1、性能测试
90.(1)力学性能
91.本发明实施例和对比例的木塑复合材料的力学性能测试指标包括拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量，其中：
92.拉伸强度的测试的方法按《gb/t 1040-92塑料拉伸性能试验方法》进行，弯曲强度及弯曲模量的测试方法按《gb/t 9341-2008塑料弯曲性能的测定》进行。
93.(2)阻燃性能
94.本发明实施例和对比例的木塑复合材料的阻燃性能测试指标包括极限氧指数、垂直燃烧，其中：
95.极限氧指数的测试的方法按照《gb/t 2406-2009塑料用氧指数法测定燃烧行为》进行，垂直燃烧的测试参考的是《gb/t 2408-2008塑料燃烧性能的测定水平法和垂直法》进行。
96.2、性能测试结果
97.(1)力学性能
98.对实施例1-7和对比例1-4中制得的木塑复合材料进行拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量的测试，测试结果见表1。
99.表1实施例1-7和对比例1-4制得的木塑复合材料的力学性能测试结果
100.项目拉伸强度/mpa弯曲强度/mpa弯曲模量/mpa实施例111.8825.932086.65实施例214.1526.292624.27实施例313.1127.773036.44实施例410.0522.392376.64实施例514.7428.042487.79实施例615.0028.792802.42对比例114.1825.362760.70对比例213.6730.472476.12对比例313.2125.932234.46对比例415.5724.343213.60实施例716.9825.863257.72
101.由表1的测试结果可以看出，对废弃口罩经过结构改性后，本发明实施例1-6制得的木塑复合材料具有良好的机械性能，并且随着木粉重量份数的增加，拉伸强度和弯曲强度都变大，这说明在添加了适量聚丙烯接枝马来酸酐的情况下，木粉具有一定的补强作用；对比例1和对比例2相对于实施例1，随着滑石粉的添加，材料的弯曲性能有所提高，但拉伸性能有所减少。
102.由表1的测试结果可以看出，对废弃口罩经过阻燃改性后，对比例3、对比例4和实施例7制得的木塑复合材料力学性能较未添加阻燃剂的实施例1未发生较大变化，其中，拉伸强度在对比例3单独加入阻燃剂硼酸锌、对比例4在单独加入阻燃剂超细氢氧化镁、实施例7在同时加入阻燃剂硼酸锌和超细氢氧化镁后均稍有增加，而弯曲强度在比例4单独加入阻燃剂超细氢氧化镁后稍有下降，而在实施例7同时加入阻燃剂硼酸锌和超细氢氧化镁后，酸锌和超细氢氧化镁二者的协同作用降低了阻燃剂超细氢氧化镁对力学性能的负面影响。
103.(2)阻燃性能
104.对实施例1、实施例7、对比例3和对比例4中制得的木塑复合材料进行极限氧指数、垂直燃烧测试，测试结果见表2。
105.表2实施例1、7和对比例3、4制得的木塑复合材料的阻燃性能测试结果
106.项目第一次余焰时间/s第二次余焰时间/s有无熔滴是否燃烧到固定夹实施例173s无有，并点燃棉垫是对比例367s无有，并点燃棉垫是对比例498s49s有，并点燃棉垫否实施例71.4s1.7s有，并点燃棉垫否
107.由表2的测试结果可以看出，在单独对比超细氢氧化镁及硼酸锌的阻燃效果时二者的效果并不完全可行。对于单独加入了硼酸锌的对比例3，第一次余焰时间有所减少，但不能缓解整个试样的完全燃烧。对于单独加入了超细氢氧化镁的对比例4，虽然其缓解了整个试件的燃烧，并防止了火焰延伸到固定夹，但却延长了第一次余焰的时间。而对于二者协同作用的实施例7，阻燃效果变得十分明显，第一次与第二次余焰时间均被控制到了2s 以内，达到了gb/t2406-2009中的v-0级阻燃效果，并防止了火焰扩散到固定夹。由总体的测试结果，实施例7的效果达到了gb/t2408-2008《塑料燃烧性能的测定水平法和垂直法》国际标准中的v-2级阻燃标准。
108.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
109.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。