本發(fā)明涉及一種木塑材料及其制備方法，具體涉及一種耐候性能增強(qiáng)的木塑材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

木塑，即木塑復(fù)合材料（wood-plasticcomposites,wpc），是國(guó)內(nèi)外近年蓬勃興起的一類新型復(fù)合材料，指利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等，代替通常的樹脂膠粘劑，與35～70%以上的木粉、稻殼、秸稈等廢植物纖維混合成新的木質(zhì)材料，再經(jīng)擠壓、模壓、注塑成型等塑料加工工藝，生產(chǎn)出的板材或型材。

木塑材料主要用于建材、家具、物流包裝等行業(yè)，應(yīng)用靈活，可以應(yīng)用于木材加工的任何領(lǐng)域，取代木材；木塑還是一種環(huán)保材料，不含甲醛，可回收循環(huán)利用，應(yīng)用較為廣泛，但是木塑也存在以下問(wèn)題：

1、吸水性強(qiáng)，不僅在濕度變化時(shí)造成材料的伸縮變形，而且容易讓微生物以及微生物分泌的酶類物質(zhì)隨著水分深入到材料內(nèi)部，發(fā)生自內(nèi)向外的腐蝕與解體，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的耐久性。

2、耐紫外線能力不足，表面容易發(fā)生光氧化反應(yīng)，導(dǎo)致材料褪色以及表面氧化腐蝕；

3、熱變形嚴(yán)重，冷熱變化產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力，熱變形溫度偏低，限制了部分應(yīng)用場(chǎng)景。

專利申請(qǐng)cn105733129a公開了一種碳化植物纖維改性木塑復(fù)合材料，由如下組分和重量份數(shù)組成：廢舊塑料100份、碳化植物纖維2～90份、增容劑0.05～40份、加工改性劑0.1～40份、熱穩(wěn)定劑0～25份、交聯(lián)劑0～20份、潤(rùn)滑劑0～35份、抗氧劑0～30份、抗沖擊改性劑1～30份；經(jīng)碳化處理的植物纖維具有良好的耐候性、韌性、抗沖擊強(qiáng)度，甲基丙烯酸-苯乙烯樹脂同樣具有較高的抗沖擊性能及硬度，馬來(lái)酸酐接枝的丙烯腈-苯乙烯共聚物增溶劑能夠有效提高樹脂與碳化植物纖維、填料之間的界面結(jié)合力，進(jìn)一步提高材料的抗變形能力。此方法的缺點(diǎn)在于：1、成本增加，植物纖維的碳化處理（相當(dāng)于制作碳纖維原絲）是一個(gè)高能耗、高成本的過(guò)程；2、步驟比較復(fù)雜，增加了植物纖維碳化的步驟；3、植物纖維碳化的程度難以把握，容易碳化不足或者碳化過(guò)度，碳化不足時(shí)仍然是植物纖維，碳化過(guò)度時(shí)形成碳粉，喪失纖維屬性不再有力學(xué)性能；4、碳化植物纖維作為單獨(dú)的原料在于其它木塑組分混合造粒時(shí)，表面能（即石墨的表面能）很高，易形成一層極薄的氣膜，阻止它與其它木塑組分的混合與相容，內(nèi)部結(jié)合力弱，造成的結(jié)果就是雖然添加了碳化植物纖維，但是木塑的整體力學(xué)性能提高有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有的木塑復(fù)合材料問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種耐候性能大幅改善的新型木塑復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明通過(guò)下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種耐候性能大幅改善的新型木塑復(fù)合材料的制備方法，經(jīng)過(guò)以下步驟：

（1）按下列質(zhì)量份的組分備料：

熱塑性塑料100份、木質(zhì)纖維100～200份、高溫潤(rùn)滑劑1～10份、高溫偶聯(lián)劑10～20份；

（2）將步驟（1）中的各組分混合均勻，得到混合物料；

（3）將步驟（2）的混合物料經(jīng)碳化造粒和碳化擠壓，再經(jīng)常規(guī)冷卻、牽引、切割，得到木塑材料，所述碳化造粒和碳化擠壓是在常規(guī)的多段造粒和多段擠壓工序中，將其中溫度最高段的溫度均提升為250～290℃。

所述步驟（1）的熱塑性塑料為聚苯乙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛，聚碳酸酯，聚酰胺、丙烯酸類塑料、聚砜、聚苯醚，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚苯硫醚、聚醚砜、聚醚醚酮、熱塑性聚酰亞胺中的一種或幾種。

所述步驟（1）的木質(zhì)纖維為木粉、竹粉、農(nóng)作物秸稈粉中的一種或幾種。

所述步驟（1）的高溫潤(rùn)滑劑為硬脂酸、硬脂酸鹽、石蠟、聚乙烯蠟、聚丙烯蠟的一種或幾種。

所述步驟（1）的高溫偶聯(lián)劑為鈦酸酯、異氰酸酯、馬來(lái)酸酐接枝聚苯乙烯、馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯、馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯中的一種或幾種。

現(xiàn)有技術(shù)中，木塑材料生產(chǎn)的造粒和擠壓溫度一般控制在150～180℃，最高不超過(guò)200℃，以避免原料的分解以及木塑的碳化。

本發(fā)明提高造粒與擠壓成型的溫度達(dá)250～290℃。在高溫碳化造粒中，木質(zhì)纖維發(fā)生部分碳化反應(yīng)，生成碳化（脫氫脫氧）的木質(zhì)素。碳化過(guò)程雖導(dǎo)致木質(zhì)纖維的強(qiáng)度有所下降，但是木質(zhì)纖維由親水性變?yōu)槭杷?，與疏水性的熱塑性塑料或纖維間的范德華力（主要為色散力與疏水作用）明顯增強(qiáng)，不僅補(bǔ)償了碳化過(guò)程導(dǎo)致木質(zhì)纖維的強(qiáng)度下降，而且還使得木塑材料的整體力學(xué)性能略有提升，并且使得木塑材料的耐候性能大幅提升。

木質(zhì)纖維在高溫下發(fā)生的部分碳化反應(yīng)，部分脫除了原料中的氫元素、氧元素和其它的非碳元素，降低了材料的親水性，碳化產(chǎn)物（碳化木質(zhì)素）的生成更增強(qiáng)了材料的疏水性。所以材料吸水性顯著下降，熱膨脹系數(shù)顯著下降，熱穩(wěn)變形溫度顯著升高，耐紫外線能力顯著增強(qiáng)。材料部分碳化之后，還顯著增強(qiáng)了對(duì)微生物、生物酶以及白蟻的耐受能力，進(jìn)一步提升了該材料在濕熱與白蟻高發(fā)地區(qū)的使用壽命。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有以下有益效果：

1、材料吸水性小，減少了材料在吸水過(guò)程中吸入微生物以及生物酶導(dǎo)致的自內(nèi)向外的腐蝕，材料的整體耐候性能顯著增強(qiáng)；

2、材料表面發(fā)生部分碳化，增強(qiáng)了對(duì)紫外線的耐受能力，降低了光氧化導(dǎo)致材料褪色、表面腐蝕的程度，材料表面的耐候性顯著增強(qiáng)；

3、材料表面發(fā)生部分碳化，增強(qiáng)了對(duì)微生物以及生物酶的耐受能力，材料表面不容易生霉，降低了清理與清洗的難度；

4、熱膨脹系數(shù)明顯降低，冷熱變化導(dǎo)致的應(yīng)力大幅減少，減少了龍骨與襯板的使用，簡(jiǎn)化了安裝過(guò)程；

5、材料的熱變形溫度顯著提升，可以應(yīng)用到溫度較高的環(huán)境中，增加了產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)景。

本發(fā)明與專利申請(qǐng)cn105733129a相比，本發(fā)明不僅步驟簡(jiǎn)單，碳化程度容易控制（木塑生產(chǎn)的過(guò)程中本來(lái)就有嚴(yán)格的溫度控制，同時(shí)也就控制了木質(zhì)纖維碳化的程度），而且木質(zhì)纖維是先與木塑其它組分混合均勻并且界面融合之后再發(fā)生的碳化反應(yīng)，碳化木質(zhì)素已經(jīng)均勻分布在木塑材料中了。雖然碳化過(guò)程導(dǎo)致木質(zhì)纖維的強(qiáng)度有所下降，但是木質(zhì)纖維由親水性變?yōu)槭杷?，與疏水性的熱塑性塑料或纖維間的范德華力（主要為色散力與疏水作用）明顯增強(qiáng)，不僅補(bǔ)償了碳化過(guò)程導(dǎo)致木質(zhì)纖維的強(qiáng)度下降，而且還使得木塑材料的力學(xué)性能略有提升。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1

（1）按下列質(zhì)量份的組分備料：

聚苯乙烯10份、高密度聚乙烯20份、低密度聚乙烯10份、聚乙烯60份、木粉100份、硬脂酸鹽2份、石蠟1份、聚乙烯蠟5份、馬來(lái)酸酐接枝聚苯乙烯1份、馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯14份；

（2）將步驟（1）中的各組分混合均勻，得到混合物料；

（3）將步驟（2）的混合物料在雙螺桿擠出造粒機(jī)中進(jìn)行碳化造粒和碳化擠壓，所述碳化造粒和碳化擠壓是在常規(guī)的多段造粒和多段擠壓工序中，將其中溫度最高段的溫度均提升為250～260℃，轉(zhuǎn)速為30r/min，再經(jīng)常規(guī)冷卻、牽引、切割，得到木塑材料。

實(shí)施例2

（1）按下列質(zhì)量份的組分備料：

聚丙烯40份、聚氯乙烯10份、聚苯乙烯10份、聚甲醛10份，聚碳酸酯10份，聚酰胺20份、竹粉150份、聚丙烯蠟5份、鈦酸酯4份、馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯中的一種或幾種6份；

（2）將步驟（1）中的各組分混合均勻，得到混合物料；

（3）將步驟（2）的混合物料在雙螺桿擠出造粒機(jī)中進(jìn)行碳化造粒和碳化擠壓，所述碳化造粒和碳化擠壓是在常規(guī)的多段造粒和多段擠壓工序中，將其中溫度最高段的溫度均提升為260～270℃，轉(zhuǎn)速為20r/min，再經(jīng)常規(guī)冷卻、牽引、切割，得到木塑材料。

實(shí)施例3

（1）按下列質(zhì)量份的組分備料：

丙烯酸類塑料10份、聚砜10份、聚苯醚10份，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯10份、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯10份、聚苯硫醚10份、聚醚砜10份、聚醚醚酮10份、熱塑性聚酰亞胺20份、農(nóng)作物秸稈粉200份、硬脂酸2份、硬脂酸鹽2份、鈦酸酯4份、異氰酸酯16份；

（2）將步驟（1）中的各組分混合均勻，得到混合物料；

（3）將步驟（2）的混合物料在雙螺桿擠出造粒機(jī)中進(jìn)行碳化造粒和碳化擠壓，所述碳化造粒和碳化擠壓是在常規(guī)的多段造粒和多段擠壓工序中，將其中溫度最高段的溫度均提升為270～280℃，轉(zhuǎn)速為40r/min，再經(jīng)常規(guī)冷卻、牽引、切割，得到木塑材料。

實(shí)施例4

（1）按下列質(zhì)量份的組分備料：

聚乙烯100份、木粉80份、竹粉20份、農(nóng)作物秸稈粉75份、石蠟3、聚乙烯蠟7份、鈦酸酯5份、馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯7份；

（2）將步驟（1）中的各組分混合均勻，得到混合物料；

（3）將步驟（2）的混合物料在雙螺桿擠出造粒機(jī)中進(jìn)行碳化造粒和碳化擠壓，所述碳化造粒和碳化擠壓是在常規(guī)的多段造粒和多段擠壓工序中，將其中溫度最高段的溫度均提升為280～290℃，轉(zhuǎn)速為25r/min，再經(jīng)常規(guī)冷卻、牽引、切割，得到木塑材料。

實(shí)施例5

（1）按下列質(zhì)量份的組分備料：

熱塑性聚酰亞胺50份、聚甲醛50份，木粉20份、竹粉100、硬脂酸鹽1份、異氰酸酯9份、馬來(lái)酸酐接枝聚苯乙烯2份；

（2）將步驟（1）中的各組分混合均勻，得到混合物料；

（3）將步驟（2）的混合物料在雙螺桿擠出造粒機(jī)中進(jìn)行碳化造粒和碳化擠壓，所述碳化造粒和碳化擠壓是在常規(guī)的多段造粒和多段擠壓工序中，將其中溫度最高段的溫度均提升為260～265℃，轉(zhuǎn)速為35r/min，再經(jīng)常規(guī)冷卻、牽引、切割，得到木塑材料。

實(shí)施例6

（1）按下列質(zhì)量份的組分備料：

聚丙烯80份、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯20份、木粉170份、硬脂酸1份、聚丙烯蠟5份、異氰酸酯4份、馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯4份；

（2）將步驟（1）中的各組分混合均勻，得到混合物料；

（3）將步驟（2）的混合物料在雙螺桿擠出造粒機(jī)中進(jìn)行碳化造粒和碳化擠壓，所述碳化造粒和碳化擠壓是在常規(guī)的多段造粒和多段擠壓工序中，將其中溫度最高段的溫度均提升為290℃，轉(zhuǎn)速為40r/min，再經(jīng)常規(guī)冷卻、牽引、切割，得到木塑材料。

對(duì)比例1：同實(shí)施例1，僅去除步驟（3）中碳化造粒和碳化擠壓的碳化操作，即按常規(guī)造粒和擠壓的溫度150～180℃進(jìn)行。

對(duì)比例2：同實(shí)施例1，僅提高步驟（3）中碳化造粒和碳化擠壓的碳化溫度，即碳化造粒和碳化擠壓中溫度最高段的溫度均提升為300℃。由于溫度過(guò)高，碳化過(guò)度，該例無(wú)法擠壓成型。

對(duì)比例3：同實(shí)施例1，僅降低步驟（3）中碳化造粒和碳化擠壓的碳化溫度，即碳化造粒和碳化擠壓中溫度最高段的溫度均降低為240℃。

對(duì)比例4：專利申請(qǐng)cn105733129a所得改性木塑復(fù)合材料。