一種抗脹阻濕、強度高、耐老化的木塑復合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種抗脹阻濕、強度高、耐老化的木塑復合材料及其制備方法。所述木塑復合材料由下述重量份的原料組成：二次回收樹脂15~20份、氯化聚乙烯8~10份、植物纖維50~60份、無機粉體5~15份、干燥劑1~5份、助劑1~5份。所述制備方法包括塑煉、擠出及冷卻工序：首先將按配方比例稱取的所有原料加入密煉機內(nèi)，于100~240℃下塑煉12~20min；接著將預塑化好的物料經(jīng)雙腕式或雙錐式喂料機送至單螺桿或雙螺桿擠出機，于130~190℃直接擠出成型或?qū)㈩A塑化好的物料送至造粒機，制得粒料后再送至擠出機進行成型；最后將已成型的型坯冷卻至定型即可。所述制備方法能夠有效抑制塑煉過程中原料的分解和炭化，降低原料吸濕性，減少設備腐蝕，提高木塑復合材料的尺寸穩(wěn)定性、耐老化性和強度。
【專利說明】一種抗脹阻濕、強度高、耐老化的木塑復合材料及其制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于木質(zhì)基復合材料【技術領域】，具體涉及一種抗脹阻濕、強度高、耐老化的 木塑復合材料及其制備方法。

【背景技術】
[0002] 木塑復合材(簡稱WPC)是以植物纖維為主要原料，與塑料復合而成的一種新型材 料。是國內(nèi)外近年來蓬勃興起的一類新型復合材料，主要以廢舊塑料和樹枝、樹杈、稻殼、農(nóng) 作物秸桿等植物纖維為原材料，制成的產(chǎn)品廣泛用于包裝、園林、運輸、建筑、家裝、車船內(nèi) 飾等場所。其融合了 "木"與"塑"的雙重優(yōu)點，具有環(huán)保、防水、耐腐、防蟲、阻燃、可循環(huán)利 用等多項優(yōu)勢，是一種極具發(fā)展前途的"低碳、綠色、可循環(huán)"材料。
[0003] WPC-般是由三種成分構成：植物纖維、加工助劑和樹脂。植物纖維由木質(zhì)素、纖 維素和半纖維素構成，屬于天然高分子，流動性差。由于含有一定數(shù)量的游離羥基，木塑復 合材料具有一定的吸濕性，吸濕后木塑復合材料的力學強度急劇下降，抗凍性能變差，防霉 抗菌性能惡化，甚至會發(fā)生吸水翹曲、開裂等問題。另一方面，由于含有一定量的水分并呈 弱酸性，木塑復合材料受熱后易分解，放出大量的酸性氣體，對設備螺桿造成化學腐蝕，如 果溫度過高還將碳化變焦。此外，由于WPC本身傳熱系數(shù)低，成型后難以冷卻，型坯從擠出 機出來后，時間過長易變形。上述各因素都是造成木塑復合材料生產(chǎn)效率低，成品率低，產(chǎn) 品質(zhì)量不穩(wěn)定，生產(chǎn)成本高，難以大規(guī)模推廣應用的瓶頸問題。
[0004]


【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的第一目的在于提供一種抗脹阻濕、強度高、耐老化的木塑復合材料；本發(fā)明的 第二目的在于提供所述木塑復合材料的制備方法。
[0005] 本發(fā)明的第一目的是這樣實現(xiàn)的，所述抗脹阻濕、強度高、耐老化的木塑復合材料 由下述重量份的原料組成： 二次回收樹脂15?20份、氯化聚乙烯8?10份、植物纖維5(Γ60份、無機粉體5?15份、干 燥劑Γ5份、助劑Γ5份。
[0006] 本發(fā)明的第二目的是這樣實現(xiàn)的，所述木塑復合材料的制備方法，包括塑煉、擠出 及冷卻工序,具體包括： Α、塑煉：將按配方比例稱取的所有原料加入密煉機內(nèi)，于10(T24(TC下高速攪拌共混 12~20min，得到預塑化好的物料； B、 擠出：將預塑化好的物料經(jīng)雙腕式或雙錐式喂料機送至單螺桿或雙螺桿擠出機，于 13(T190°C直接擠出成型或?qū)㈩A塑化好的物料送至造粒機造粒，再將制得的粒料送至擠出 機進行成型； C、 冷卻：將已成型的型坯冷卻至定型即可。
[0007] 相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有以下有益效果： 1、改變了木塑復合材料的原料構成與配比，所加入的硅灰石粉能夠有效提高型坯的導 熱系數(shù)，有利于型坯快速降溫，有效解決了冷卻時間過長導致的坯體變形，尺寸穩(wěn)定性差、 力學性能不佳的技術問題。
[0008] 2、原料配方中優(yōu)選氧化鈣或氧化鎂為干燥劑，能夠明顯降低植物纖維的吸濕性， 減少其水分含量，有效緩解了塑煉過程中由于水熱作用造成的植物纖維化學組分降解和小 分子酸性物質(zhì)的形成，既提高了型坯的尺寸穩(wěn)定性又降低了對設備的腐蝕。
[0009] 3、原料配方中的氯化聚乙烯與二次回收樹脂和植物纖維等組分都具有良好的相 容性,混煉均勻,質(zhì)量穩(wěn)定,而且能有效改善木塑復合材料的低溫抗沖擊性,耐候性,耐蝕性 及阻燃性。
[0010] 4、根據(jù)優(yōu)化后的原料配方特點，本發(fā)明所采用的塑煉工藝不會使植物纖維在高速 攪拌過程中產(chǎn)生分解、炭化現(xiàn)象，能夠有效避免型坯產(chǎn)生微小的裂紋和變形，進一步保證了 型坯的力學強度。
[0011] 5、本發(fā)明所采用的制備方法采用一次加料工藝，所有原料均在密煉機中混合，預 塑化好的物料經(jīng)喂料機直接送至擠出機成型，工藝流程更短，投資更省，生產(chǎn)效率更高，還 有利于降低能耗和粉塵污染。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。

【具體實施方式】
[0013] 下面對本發(fā)明作進一步的說明，但不以任何方式對本發(fā)明加以限制，基于本發(fā)明 教導所作的任何變換或替換，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0014] 本發(fā)明所述的抗脹阻濕、強度高、耐老化的木塑復合材料，由下述重量份的原料組 成： 二次回收樹脂15?20份、氯化聚乙烯8?10份、植物纖維5(Γ60份、無機粉體5?15份、干 燥劑Γ5份、助劑Γ5份。
[0015] 所述的二次回收樹脂為經(jīng)過分揀、清洗、干燥至含水率2~5%的PVC樹脂、PE樹脂 或PP樹脂中的任一種或幾種。
[0016] 所述的二次回收樹脂可以是粒料、片料或粉料中的任一種。
[0017] 所述的二次回收樹脂優(yōu)選為粉料。
[0018] 所述的氯化聚乙烯氯含量彡30%，125°C下門尼粘度ML 1+4彡120,拉伸強度 彡 6MPa。
[0019] 所述的植物纖維為粒徑18(Γ250 μ m，含水率< 10%的木材纖維(木粉)、竹材纖維 (竹粉)、農(nóng)作物秸桿纖維(農(nóng)作物秸桿粉）或果殼纖維(果殼粉）中的任一種或幾種。
[0020] 所述的無機粉體為粒徑5~45 μ m，含水率< 1%的重鈣粉、輕鈣粉、滑石粉、硅灰石 粉、白云石粉或重晶石粉中的任一種或幾種。
[0021] 所述的無機粉體優(yōu)選18~23 μ m的硅灰石粉。
[0022] 所述的干燥劑為粒徑5~45 μ m的氧化鈣、氧化鎂或硅粉中的任一種或幾種。
[0023] 所述的干燥劑優(yōu)選氧化鈣或氧化鎂。
[0024] 所述的助劑為潤滑劑、偶聯(lián)劑、穩(wěn)定劑、著色劑、阻燃劑、抗菌劑或發(fā)泡劑中的任一 種或幾種。
[0025] 所述的潤滑劑為56號石蠟、PP蠟或硬脂酸鹽中的任一種或幾種。
[0026] 所述的偶聯(lián)劑為硅烷、鈦酸酯、磷酸酯、鋁酸酯、硼酸酯、雙金屬偶聯(lián)劑(鋁-鋯酸 酯、鋁鈦復合偶聯(lián)劑等）中的任一種或幾種。
[0027] 所述的穩(wěn)定劑為有機錫穩(wěn)定劑、稀土穩(wěn)定劑、鉛鹽復合穩(wěn)定劑或鈣鋅復合穩(wěn)定劑 中的任一種或幾種。
[0028] 所述的著色劑為有機顏料(單偶氮、雙偶氮、鈦青等)、無機顏料(紅、黃、黑等）中的 任一種或幾種。
[0029] 所述的阻燃劑為無機阻燃劑(氫氧化鎂、氫氧化鋁等)、鹵系阻燃劑、硅系阻燃劑、 磷系阻燃劑中的任一種或幾種。
[0030] 所述的抗菌劑為無機抗菌劑(銀沸石等)、有機抗菌劑(季胺鹽等)、天然抗菌劑(殼 聚糖、辣根等）中的任一種或幾種。
[0031] 所述的發(fā)泡劑為物理發(fā)泡劑(氮氣、二氧化碳等)、化學發(fā)泡劑（：偶氮二甲酰胺等） 中的任一種或幾種。
[0032] 本發(fā)明所述木塑復合材料的制備方法，包括塑煉、擠出及冷卻工序，具體包括： 所述的塑煉是指將按配方比例稱取的所有原料加入密煉機內(nèi)，于l〇(T24(TC下高速攪 拌共混12~20min，得到預塑化好的物料； 所述的擠出是指將預塑化好的物料經(jīng)雙腕式或雙錐式喂料機送至單螺桿或雙螺桿擠 出機，于13(Tl90°C直接擠出成型或?qū)㈩A塑化好的物料送至造粒機造粒，再將制得的粒料送 至擠出機進行成型； 所述的冷卻是指將已成型的型坯冷卻至定型即可。
[0033] 本發(fā)明所述的制備方法還可以包括切割工序，將已定型的型坯根據(jù)需要的尺寸進 行切割即可。
[0034] 塑煉工序所述的密煉機為加壓直立式密煉機，雙棱轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為2(T40r/min。
[0035] 塑煉工序所述的高速攪拌共混過程，可以通過冷卻水的作用精確控制塑煉溫度， 避免原料過熱分解炭化，通過不間斷的起蓋，可以將塑煉過程中產(chǎn)生的水分和酸性氣體排 出，有利于降低原料的分解和對設備的腐蝕。
[0036] 擠出工序所述的雙腕式或雙錐式喂料機的雙腕或雙錐轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為5~20r/min。
[0037] 擠出工序所述的單螺桿擠出機的長徑比為20 :1，主機轉(zhuǎn)速為2(T50r/min ;所述的 雙螺桿擠出機為平行雙螺桿擠出機或錐形雙螺桿擠出機中的任一種。
[0038] 擠出工序所述的雙螺桿擠出機優(yōu)選錐形雙螺桿擠出機。
[0039] 冷卻工序采用的是循環(huán)水冷卻法。
[0040] 實施例1 --木塑復合材料的制備 (1)原料組成： 經(jīng)過分揀、清洗、干燥至含水率2~5%的PE樹脂粉料15份 氯化聚乙烯10份 粒徑18(Γ250 μ m，含水率< 10%的木粉50份 粒徑18?23 μ m，含水率< 1%的硅灰石粉5?15份 粒徑5?45 μ m的氧化I丐5份 鋁酸酯偶聯(lián)劑（UP802) 2份 56號石錯3份 (2)制備方法： 將按配方比例稱取的所有原料加入11 〇型的密煉機內(nèi)，密煉機的工作溫度控制在 15(T200°C，雙棱轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為2(T40r/min，通過密煉機本身的壓力和強剪切力自動升溫， 高速攪拌共混12min，得到預塑化好的混合均勻的物料。
[0041] 將預塑化好的物料經(jīng)自動上料機送入加料斗，再經(jīng)IlKW型的雙錐式喂料機直接 送至180型的單螺桿擠出機擠出，經(jīng)片型口模成型，擠出機機筒工作溫度為15(Tl80°C， 機頭溫度為15(Tl60°C，主機轉(zhuǎn)速控制在額定轉(zhuǎn)速的6(Γ70%，工作電流控制在額定電流的 60?80%，喂料機雙錐轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為5?20r/min。
[0042] 最后將已成型的型坯采用循環(huán)水冷卻至定型，再根據(jù)尺寸需要切割，即得所述的 木塑復合材料。
[0043] 實施例2 --木塑復合材料的制備 (1) 原料組成： 經(jīng)過分揀、清洗、干燥至含水率2~5%的PP樹脂粉料20份 氯化聚乙烯9份 粒徑18(Γ250 μ m，含水率< 10%的竹粉60份 粒徑18?23 μ m，含水率< 1%的硅灰石粉5份 粒徑5?45 μ m的氧化I丐1份 硅烷偶聯(lián)劑（KH570) 2份 PP蠟3份 (2) 制備方法： 將按配方比例稱取的所有原料加入11 〇型的密煉機內(nèi)，密煉機的工作溫度控制在 10(Tl7(TC，雙棱轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為2(T40r/min，通過密煉機本身的壓力和強剪切力自動升溫， 高速攪拌共混20min，得到預塑化好的混合均勻的物料。
[0044] 將預塑化好的物料經(jīng)自動上料機送入加料斗，再經(jīng)IlKW型的雙腕式喂料機直接 送至GTS75-H型的平行雙螺桿擠出機擠出，經(jīng)風冷模面熱切得粒料。擠出機機筒工作溫度 為14(Tl70°C，機頭溫度為16(Tl80°C，主機轉(zhuǎn)速控制在額定轉(zhuǎn)速的6(Γ70%，工作電流控制 在額定電流的6(Γ80%，喂料機雙腕轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為5~20r/min。
[0045] 最后將已成型的粒料送入SWMSZ-3 P型錐形雙螺桿擠出機擠出，冷卻至定型，再根 據(jù)尺寸需要切割，即得所述的木塑復合材料。
[0046] 實施例3 --木塑復合材料的制備 (1)原料組成： 經(jīng)過分揀、清洗、干燥至含水率2~5%的PVC樹脂粉料20份 氯化聚乙烯8份 粒徑18(Γ250 μ m，含水率< 10%的秸桿粉55份 粒徑18?23 μ m，含水率< 1%的硅灰石粉10份 粒徑5?45 μ m的氧化鎂2份 鈦酸酯偶聯(lián)劑（JTW-105) 2份 鈣鋅復合穩(wěn)定劑3份 (2)制備方法： 將按配方比例稱取的所有原料加入11 〇型的密煉機內(nèi)，密煉機的工作溫度控制在 17(T240°C，雙棱轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為2(T40r/min，通過密煉機本身的壓力和強剪切力自動升溫， 高速攪拌共混15min，得到預塑化好的混合均勻的物料。
[0047] 將預塑化好的物料經(jīng)自動上料機送入加料斗，再經(jīng)IlKW型的雙錐式喂料機直接 送至SWMSZ-3 P型的錐形雙螺桿擠出機擠出成型，冷卻至定型，切片即得所述的木塑復合材 料。擠出機機筒工作溫度為15(Tl90°C，機頭溫度為13(Tl45°C，主機轉(zhuǎn)速控制在額定轉(zhuǎn)速 的6(Γ70%，工作電流控制在額定電流的6(Γ80%，喂料機雙錐轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為5~20r/min。
[0048] 實施例4 --木塑復合材料的性能檢測 實驗方法：拉伸強度、斷裂伸長率、低溫抗沖擊強度、吸水率、老化性能(保留率）分別按 照 GB/T1040. 1、GB/T1040. 1、GB/T1043. 1、GB/T1034、GB/T14522 標準進行檢測。
[0049] 實驗結果：實施例1、2、3中所制備的木塑復合材料的性能檢測結果如表1所示。 由實驗結果可知，采用本發(fā)明所述方法制備的木塑復合材料具有優(yōu)良的力學強度、出眾的 尺寸穩(wěn)定性和較好的抗老化性能，具有較高的推廣應用價值。
[0050] 表1木塑復合材料的性能檢測結果

【權利要求】
1. 一種抗脹阻濕、強度高、耐老化的木塑復合材料，其特征在于所述木塑復合材料由下 述重量份的原料組成： 二次回收樹脂15?20份、氯化聚乙烯8?10份、植物纖維5(T60份、無機粉體5?15份、干 燥劑1~5份、助劑1~5份。
2. 根據(jù)權利要求1所述的木塑復合材料，其特征在于所述的二次回收樹脂為經(jīng)過分 揀、清洗、干燥至含水率2~5%的PVC樹脂、PE樹脂或PP樹脂中的任一種或幾種。
3. 根據(jù)權利要求1所述的木塑復合材料，其特征在于所述的氯化聚乙烯氯含量> 30%， 125°C下門尼粘度ML 1+4彡120,拉伸強度彡6MPa。
4. 根據(jù)權利要求1所述的木塑復合材料，其特征在于所述的植物纖維為粒徑 180~250 ii m，含水率< 10%的木材纖維、竹材纖維、農(nóng)作物秸桿纖維或果殼纖維中的任一種 或幾種。
5. 根據(jù)權利要求1所述的木塑復合材料，其特征在于所述的無機粉體為粒徑5~45 y m， 含水率< 1%的重鈣粉、輕鈣粉、滑石粉、硅灰石粉、白云石粉或重晶石粉中的任一種或幾 種。
6. 根據(jù)權利要求1所述的木塑復合材料，其特征在于所述的干燥劑為粒徑5~45 y m的 氧化鈣、氧化鎂或硅粉中的任一種或幾種。
7. -種權利要求1所述的木塑復合材料的制備方法，其特征在于包括塑煉、擠出及冷 卻工序，具體包括： A、 塑煉：將按配方比例稱取的所有原料加入密煉機內(nèi)，于10(T24(TC下高速攪拌共混 12~20min，得到預塑化好的物料； B、 擠出：將預塑化好的物料經(jīng)雙腕式或雙錐式喂料機送至單螺桿或雙螺桿擠出機，于 13(T19(TC直接擠出成型或?qū)㈩A塑化好的物料送至造粒機造粒，再將制得的粒料送至擠出 機進行成型； C、 冷卻：將已成型的型坯冷卻至定型即可。
8. 根據(jù)權利要求7所述的制備方法，其特征在于工序A所述的密煉機為加壓直立式密 煉機，雙棱轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為2(T40r/min。
9. 根據(jù)權利要求7所述的制備方法，其特征在于工序B所述的雙腕式或雙錐式喂料機 的雙腕或雙錐轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為5~20r/min。
10. 根據(jù)權利要求7所述的制備方法，其特征在于工序B所述的單螺桿擠出機的長徑比 為20 :1，主機轉(zhuǎn)速為2(T50r/min ;所述的雙螺桿擠出機為平行雙螺桿擠出機或錐形雙螺桿 擠出機中的任一種。
【文檔編號】C08K3/30GK104403342SQ201410794002
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月21日 優(yōu)先權日:2014年12月21日
【發(fā)明者】劉瑞銘, 趙華玲 申請人:昆明鋼鐵控股有限公司