本发明属于木塑复合材料及其制备方法的技术领域。
背景技术：
木塑复合材料是指采用植物纤维粉和热塑性塑料(含回收塑料)，经熔融混炼加工制成的绿色环保材料。它兼具木质纤维材料和高分子材料两者的性能优点，即尺寸稳定性好、耐水性能好、耐腐蚀性等，因此被作为实木材料或纯塑料的替代品而广泛应用于建筑产品、汽车、园林及室外设施等领域，发展迅速。但是由于植物纤维的热降解温度较低，导致木塑复合材料的加工温度受到限制。目前，木塑复合材料的基体材料以聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等低熔点的通用性塑料为主，导致木塑产品性能不高，存在韧性差，蠕变等问题。
植物纤维主要是由纤维素、半纤维素和木质素三种高分子化合物组成。当温度超过200℃时，植物纤维开始发热降解，特别是植物纤维中的木质素和半纤维素发生降解情况更为严重，导致植物纤维炭化变黑，自身强度降低。
工程塑料是具有较高力学性能及耐高温、耐腐蚀，可以作为结构性材料，具有优异的综合性能(如机械性能、电性能、耐热性能、耐化学性能等)，可在较宽阔的温度范围内和较长的时间内能良好地保持这种性能，并能在承受机械应力和较为苛刻的化学、物理环境中长期使用。但是，工程塑料的熔点较高，一般均超过220℃。植物纤维的降解温度低于工程塑料的熔融温度，两者加工温度不匹配导致工程塑料基木塑复合材料难以制备。有报道利用氯化锂改性尼龙，降低尼龙的熔点制备尼龙基木塑复合材料，但是改性尼龙会导致尼龙的力学性能降低。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决工程塑料基木塑复合材料难以制备的问题，而提供了一种工程塑料基木塑复合材料及其制备方法。
本发明的工程塑料基木塑复合材料包括改性植物材料、工程塑料或工程塑料合金、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料；所述改性植物材料为经改性剂改性的植物材料。
按重量份数改性植物材料为10～100份，工程塑料或工程塑料合金为20～100份，偶联剂或界面相容剂为0～20份，润滑剂为0～15份，热稳定剂为0～15份和0～50份的矿物质填料。
所述工程塑料为聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、热塑性聚酯中一种或几种的混合物；所述工程塑料合金为聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、热塑性聚酯中的一种或多种塑料混合物与聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料中的一种或多种塑料混合后得到的混合物；所述的偶联剂为硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、马来酸酐、马来酸酐接枝聚烯烃、异氰酸酯中的一种或几种的混合物；所述的润滑剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、石蜡、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或几种的混合物；所述的热稳定剂是二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、马来酸二烷基锡、双(马来酸单丁酯)二丁基锡、马来酸二辛基锡、二辛基锡双(巯基乙酸异丁酯)、二辛基锡双(巯基乙酸异辛酯)中的一种或几种的混合物；所述的矿物质填料为碳酸钙粉、硅酸钙粉、滑石粉、热粉煤灰中的一种或几种的混合物。
所述改性剂包括硼酸、可溶性硼酸盐、硅酸和可溶性硅酸盐中的一种或几种的混合物。
所述植物材料为木材、稻壳、竹材、麻、秸秆、咖啡壳、果壳中的一种或几种的混合物。
所述改性剂的重量占改性剂与植物材料总重量的0.1％～50％。
所述改性剂改性植物材料的温度为50℃～250℃。
本发明的工程塑料基木塑复合材料的制备方法按以下步骤进行：
一、首先配制改性剂溶液，然后将植物材料制成纤维状或粉状，并和改性剂溶液均匀混合，得混合物，再将混合物烘干，得改性植物材料；
二、将步骤一制备的改性植物材料与工程塑料或工程塑料合金、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料混合均匀，得到混合物；
三、将步骤二得到的混合物通过双螺杆熔融共混，得共混料，加工温度为180℃～330℃；
四、将共混料加入挤出机中挤出成型、经注塑机注塑成型或经热压机热压成型，其加工温度为180℃～330℃，得到工程塑料木塑复合材料。
或者该制备方法按以下步骤进行：
一、采用高混机将改性剂固体、制成纤维状或粉状的植物材料与工程塑料或工程塑料合金、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料混合均匀，得到混合物；
二、将得到的混合物通过双螺杆熔融共混，得共混料，加工温度为180℃～330℃；
三、将共混料加入挤出机中挤出成型、经注塑机注塑成型或经热压机热压成型，其加工温度为180℃～330℃，得到高温成型的木塑复合材料。
步骤一所述将混合物烘干的温度为50℃～250℃。
本发明相对于现有技术的优点在于：
相对于目前市场上的木塑复合材料，工程塑料基木塑复合材料具有更高的力学强度和模量，提高了木塑复合材料的力学性能，从而扩大了木塑复合材料的应用领域。通过改性处理植物材料赋予了复合材料防腐阻燃功能，且通过与塑料的复合提高了改性剂的抗流失性。同时，工程塑料基木塑复合材料还具有更宽阔的使用温度范围。此外，工程塑料基木塑复合材料还具有蠕变小、尺寸稳定性好等优点，改善了目前聚乙烯、聚丙烯、和聚氯乙烯等通用塑料基木塑复合材料冲击强度低、蠕变等问题。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。在不偏离本发明的内容和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
具体实施方式一：本实施方式的工程塑料基木塑复合材料包括改性植物材料、工程塑料或工程塑料合金、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料；所述改性植物材料为经改性剂改性的植物材料。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，按重量份数改性植物材料为10～100份，工程塑料或工程塑料合金为20～100份，偶联剂或界面相容剂为0～20份，润滑剂为0～15份，热稳定剂为0～15份和0～50份的矿物质填料。其他步骤与参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述工程塑料为聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、热塑性聚酯中的一种或几种的混合物；所述工程塑料合金为聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、热塑性聚酯中的一种或多种塑料混合物与聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料中的一种或多种塑料混合后得到的混合物；所述的偶联剂为硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、马来酸酐、马来酸酐接枝聚烯烃、异氰酸酯中的一种或几种的混合物；所述的润滑剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、石蜡、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或几种的混合物；所述的热稳定剂是二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、马来酸二烷基锡、双(马来酸单丁酯)二丁基锡、马来酸二辛基锡、二辛基锡双(巯基乙酸异丁酯)、二辛基锡双(巯基乙酸异辛酯)中的一种或几种的混合物；所述的矿物质填料为碳酸钙粉、硅酸钙粉、滑石粉、热粉煤灰中的一种或几种的混合物。其他步骤与参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述改性剂包括硼酸、可溶性硼酸盐、硅酸和可溶性硅酸盐中的一种或几种的混合物。其他步骤与参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述植物材料为木材、稻壳、竹材、麻、秸秆、咖啡壳、果壳中的一种或几种的混合物。其他步骤与参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述改性剂的重量占改性剂与植物材料总重量的0.1％～50％。其他步骤与参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述改性剂改性植物材料的温度为50℃～250℃。其他步骤与参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式的工程塑料基木塑复合材料的制备方法按以下步骤进行：
一、首先配置改性剂溶液，然后将植物材料制成纤维状或粉状，并和改性剂溶液均匀混合，得混合物，再将混合物烘干，得耐高温的植物材料；
二、将步骤一制备的植物材料与工程塑料或工程塑料合金、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料混合均匀，得到混合物；
三、将步骤二得到的混合物通过双螺杆熔融共混，得共混料，加工温度为180℃～330℃；
四、将共混料加入挤出机中挤出成型、经注塑机注塑成型或经热压机热压成型，得到高温成型的木塑复合材料；
或者该制备方法按以下步骤进行：
一、采用高混机将改性剂固体、制成纤维状或粉状的植物材料与工程塑料或工程塑料合金、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料混合均匀，得到混合物；
二、将得到的混合物通过双螺杆熔融共混，得共混料，加工温度为180℃～330℃；
三、将共混料加入挤出机中挤出成型、经注塑机注塑成型或经热压机热压成型，得到高温成型的木塑复合材料。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是，按重量份数改性植物材料为10～100份，工程塑料或工程塑料合金为20～100份，偶联剂或界面相容剂为0～20份，润滑剂为0～15份，热稳定剂为0～15份和0～50份的矿物质填料。其他步骤与参数与具体实施方式八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式八不同的是，所述将共混料加入挤出机中挤出成型、经注塑机注塑成型或经热压机热压成型的温度为180℃～330℃。其他步骤与参数与具体实施方式八相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式八不同的是，所述改性剂包括硼酸、可溶性硼酸盐、硅酸和可溶性硅酸盐中的一种或几种的混合物。其他步骤与参数与具体实施方式八相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式八不同的是，所述植物材料为木材、稻壳、竹材、麻、秸秆、咖啡壳、果壳中的一种或几种的混合物。其他步骤与参数与具体实施方式八相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式八不同的是，植物材料和改性剂溶液均匀混合，得混合物，再将混合物烘干的温度为50℃～250℃。其他步骤与参数与具体实施方式八相同。
实施例1
本实施例的工程塑料基木塑复合材料的制备方法按以下步骤进行：
一、首先配置硼酸溶液，然后将木粉和硼酸溶液均匀混合，得混合物，再将混合物烘干，得耐高温的木粉原料；所述硼酸的重量占木粉和硼酸总重量的5％。
二、将步骤一制备的木粉原料60份与聚酰胺30份、硅烷偶联剂5份、聚乙烯蜡2份、二月桂酸二丁基锡2份和碳酸钙粉1份混合均匀，得到混合物；
三、将步骤二得到的混合物通过双螺杆熔融共混，得共混料，加工温度为230℃；
四、将共混料经注塑机注塑成型，注塑温度为230℃，得到高温成型的木塑复合材料。
通过本实施例制备得到了木质感良好的聚酰胺基木塑复合材料。
实施例2
本实施例的工程塑料基木塑复合材料的制备方法按以下步骤进行：
一、采用高混机将硼酸固体10份、木粉原料50份与聚碳酸酯30份、硅烷偶联剂5份、聚乙烯蜡2份、二月桂酸二丁基锡2份和碳酸钙粉1份混合均匀，得到混合物；
二、将得到的混合物通过双螺杆熔融共混，得共混料，加工温度为240℃；
三、将共混料经注塑机注塑成型，注塑温度为240℃，得到高温成型的木塑复合材料。
通过本实施例制备得到了木质感良好的木粉/聚碳酸酯复合材料。