一种抗静电木塑复合材料及其制备方法

1.本发明属于及木塑复合材料领域，具体涉及一种抗静电木塑复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.木塑复合材料是一种的环保型复合材料，由于具有部分可降解性、环境污染小、成本低、吸水性小、力学性能优良、抗蠕变、抗老化、尺寸稳定性好等优点，木塑复合材料得到了广泛的重视。
3.抗静电木塑复合材料是传统木塑高值化、功能化新产品，未来在程控机房、手术室、电子元件车间乃至家居室内都极具应用价值。
4.就当前的研究现状来看，抗静电木塑复合材料中主要以填充碳系导电填料为主，例如，当前的碳系导电填料可以为炭黑(cb)、石墨[包括可膨胀石墨(eg)、鳞片石墨(fg)、人造石墨粉等]、碳纤维(cf)、碳纳米管(cnt)、石墨烯(gr)等。但是，目前的碳系导电填料容易团聚，影响产品的力学性能，团聚的碳系导电填料影响产品的美观且当前的碳系导电填料成本高，产品的市场竞争力低。


技术实现要素：

[0005]
为解决上述技术问题，本发明提出一种抗静电木塑复合材料，具有抗静电性能好、力学性能显著改善的优点。
[0006]
为实现上述技术目的，一方面，本发明提供的技术方案为：一种抗静电木塑复合材料，其中，按重量份数，所述抗静电木塑复合材料包括：基体树脂30～50份、第一生物质纤维10～40份、改性生物炭粉末10～20份和助剂1～10份。
[0007]
另一方面，本发明提供一种抗静电木塑复合材料的制备方法，包括：获取备用材料，将第一生物质纤维、基体树脂和助剂混合均匀并造粒，生成所述备用材料。获取改性生物炭粉末。将所述备用材料和所述改性生物炭粉末混合均匀，并经过模具热压成型。
[0008]
优选地，所述获取改性生物炭粉末的方法包括：获取生物炭粉末。所述生物炭粉末添加至所述聚多巴胺溶液中进行搅拌反应。获取改性生物炭粉末并清洗。
[0009]
优选地，所述生物炭粉末的制备方法包括：将第二生物质纤维在氮气保护下，以5-10℃/min的升温速率从室温升温至1000℃，进行恒温炭化30-60min。以20℃/min的速率降温至所述室温后生成炭化物。将所述炭化物采用离子水洗涤去除灰分和干燥，获得所述生物炭。
[0010]
优选地，所述生物炭粉末与所述聚多巴胺溶液进行搅拌反应4h～24h。
[0011]
优选地，清洗后的所述改性生物炭粉末在50℃～70℃下真空干燥。
[0012]
优选地，所述聚多巴胺溶液的配置方法包括：获取盐酸多巴胺溶液，将盐酸多巴胺溶解于纯净水中。获取聚多巴胺溶液，将三羟甲基氨基甲烷盐酸盐添加至盐酸多巴胺溶中，并调节溶液的ph值为7～10。
[0013]
优选地，所述盐酸多巴胺溶液的浓度为：0.5g/l、1.0g/l、1.5g/l、2.0g/l。
[0014]
优选地，所述基体树脂包括高密度聚乙烯hdpe和/或聚丙烯pp和/或聚乳酸pla。
[0015]
优选地，所述助剂包括：相容剂、润滑剂、扩链剂、封端剂、偶联剂。
[0016]
优选地，一种抗静电木塑复合材料，采用如上述任一项实施例所述的抗静电木塑复合材料制备方法。
[0017]
本发明中的一些有益效果，在具体实施例中，结合附图详细阐述。
附图说明
[0018]
为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对本发明一些实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例的附图，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。此外，以下描述中的附图可以视作示意图，并非对本发明实施例所涉及的产品的实际尺寸、方法的实际流程、信号的实际时序等的限制。
[0019]
图1为本发明提供的抗静电木塑复合材料制备流程图；
[0020]
图2为本发明提供的改性生物炭粉末制备流程图；
[0021]
图3为本发明提供的生物炭粉末的制备流程图；
[0022]
图4为本发明提供的聚多巴胺溶液的配置流程图。
具体实施方式
[0023]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0024]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0025]
第一方面，本发明的一些实施例提供一种抗静电木塑复合材料。按重量份数计，所述抗静电木塑复合材料包括：基体树脂30～50份、第一生物质纤维10～40份、改性生物炭粉末10～20份和助剂1～10份。
[0026]
实施例1
[0027]
一种抗静电木塑复合材料，按重量份数计，所述抗静电木塑复合材料包括：基体树脂50份、第一生物质纤维40份、改性生物炭粉末20份和助剂10份。
[0028]
对比例1
[0029]
一种抗静电木塑复合材料，按重量份数计，所述抗静电木塑复合材料包括：基体树脂50份、第一生物质纤维40份、炭黑20份和助剂10份。
[0030]
对比例2
[0031]
一种抗静电木塑复合材料，按重量份数计，所述抗静电木塑复合材料包括：基体树脂50份、第一生物质纤维40份、石墨20份和助剂10份。
[0032]
实施例2
[0033]
一种抗静电木塑复合材料，按重量份数计，所述抗静电木塑复合材料包括：基体树
脂30份、第一生物质纤维10份、改性生物炭粉末10份和助剂1份。
[0034]
对比例3
[0035]
一种抗静电木塑复合材料，按重量份数计，所述抗静电木塑复合材料包括：基体树脂30份、第一生物质纤维10份、炭黑10份和助剂1份。
[0036]
对比例4
[0037]
一种抗静电木塑复合材料，按重量份数计，所述抗静电木塑复合材料包括：基体树脂30份、第一生物质纤维10份、石墨10份和助剂1份。
[0038]
实施例3
[0039]
一种抗静电木塑复合材料，按重量份数计，所述抗静电木塑复合材料包括：基体树脂40份、第一生物质纤维20份、改性生物炭粉末15份和助剂5份。
[0040]
对比例5
[0041]
一种抗静电木塑复合材料，按重量份数计，所述抗静电木塑复合材料包括：基体树脂40份、第一生物质纤维20份、炭黑15份和助剂5份。
[0042]
对比例6
[0043]
一种抗静电木塑复合材料，按重量份数计，所述抗静电木塑复合材料包括：基体树脂40份、第一生物质纤维20份、石墨15份和助剂5份。
[0044]
将实施例1与对比例1和对比例2进行比较，或将实施例2与对比例3和对比例4进行比较，或将实施例3与对比例5和对比例6进行比较。可以看出，实施例1所述的抗静电木塑复合材料的体积电阻率比对比例1和对比例2中的体积电阻率更低，实施例1所述的抗静电木塑复合材料的力学性能比对比例1和对比例2中的力学性能更好。
[0045]
实施例2所述的抗静电木塑复合材料的体积电阻率比对比例3和对比例4中的体积电阻率更低，实施例2所述的抗静电木塑复合材料的力学性能比对比例3和对比例4中的力学性能更好。
[0046]
实施例3所述的抗静电木塑复合材料的体积电阻率比对比例5和对比例6中的体积电阻率更低，实施例3所述的抗静电木塑复合材料的力学性能比对比例5和对比例6中的力学性能更好。
[0047]
具体力学性能和体积电阻率如表1所示：
[0048]
表1
[0049][0050]
生物炭的表面粗糙，孔隙率较大，且生物炭具有稳定的孔隙结构，因此生物炭具有
较大的比表面积，与高分子材料，例如热塑性树脂(基体树脂)可以形成空间网络结构，且可与生物质纤维产生较好的力学和机械结合，可以较好的增强复合材料的力学性能，耐老化性和热稳定性。
[0051]
热塑性树脂(基体树脂)的疏水的非极性基材表面，与生物质纤维的亲水的极性木质表面的相容性交叉，因此木塑复合材料的力学性能较差。
[0052]
采用生物质纤维制备的生物炭与生物质纤维具有较好的界面相容性。改性生物炭与生物质纤维之间的界面相容性，优于热塑性树脂(基体树脂)与生物质纤维之间的界面相容性。而改性生物炭与热塑性树脂(基体树脂)之间的界面相容性，优于热塑性树脂(基体树脂)与生物质纤维之间的界面相容性。因此，改性生物炭可以改善生物质纤维与热塑性树脂的界面相容性。其中，所述界面相容性是指复合材料中增强体与基体相接触构成界面时，两者之间产生的物理和化学的相容性，如浸润性、反应性和互溶性等。
[0053]
同时，生物炭的表面粗糙，孔隙率较大，且生物炭具有稳定的孔隙结构，因此生物炭具有较大的比表面积，与高分子材料，例如热塑性树脂(基体树脂)可以形成空间网络结构，且可与生物质纤维产生较好的力学和机械结合，可以较好的增强复合材料的力学性能，耐老化性和热稳定性。
[0054]
另外，改性生物炭具备导电性能，且改性生物炭在热塑过程中不会产生团聚情况，均匀分布于抗静电木塑复合材料中，不会因团聚现象产生电阻突增的现象，即采用改性生物炭的抗静电木塑复合材，内部电阻均匀且整体的体积电阻率较低，因此改性生物炭可提高抗静电木塑复合材料的抗静电性能。
[0055]
改性生物炭来源于生物质纤维废料高温裂解后的产物，来源广泛，价格低廉。
[0056]
在一些实施例中，所述基体树脂包括高密度聚乙烯(hdpe)和/或聚丙烯(pp)和/或聚乳酸(pla)。
[0057]
示例性地，所述基体树脂可以为高密度聚乙烯(hdpe)，或者基体树脂可以为聚丙烯(pp)，或者基体树脂可以为聚乳酸(pla)，或者基体树脂包括高密度聚乙烯(hdpe)和聚丙烯(pp)的混合物，或者基体树脂包括高密度聚乙烯(hdpe)和聚乳酸(pla)的混合物，或者基体树脂包括高密度聚丙烯(pp)和聚乳酸(pla)的混合物，或者基体树脂包括高密度聚丙烯(pp)、聚丙烯(pp)和聚乳酸(pla)的混合物。
[0058]
在一些实施例中，所述助剂包括：相容剂、润滑剂、扩链剂、封端剂、偶联剂。
[0059]
另一方面，本发明的一些实施例提供一种抗静电木塑复合材料的制备方法。如图1所示，所述抗静电木塑复合材料的制备方法包括以下步骤：
[0060]
s1、获取备用材料，将第一生物质纤维、基体树脂和助剂混合均匀并造粒，生成所述备用材料。
[0061]
s2、获取改性生物炭粉末。
[0062]
s3、将所述备用材料和所述改性生物炭粉末混合均匀，并经过模具热压成型。
[0063]
可以理解的是，本发明制备上述实施例提供的抗静电木塑复合材料，因此所述抗静电木塑复合材料的制备方法中，按照重量份计，备用材料将基体树脂30～50份、第一生物质纤维10～20份和助剂1～10份混合均匀并采用螺杆挤出机造粒，并将生成的颗粒冷却后作为备用材料。
[0064]
取用重量份为10～20份的改性生物炭粉末与上述备用材料混合均匀后，经过模具
热压成型即可。
[0065]
需要说明的是，此处的10～20份的改性生物炭粉末是与上述30～50份的基体树脂、10～20份的第一生物质纤维和1～10份的助剂进行重量份计算的。
[0066]
在一些实施例中，如图2所示，获取改性生物炭粉末的方法包括以下步骤：
[0067]
s21、获取生物炭粉末。
[0068]
s22、所述生物炭粉末添加至所述聚多巴胺溶液中进行搅拌反应。
[0069]
s23、获取改性生物炭粉末并清洗。
[0070]
在本实施例中，将生物炭粉末添加至盛放有聚多巴胺溶液的反应釜中，所述生物炭粉末与所述聚多巴胺溶液进行搅拌反应4h～24h。例如生物炭粉末与聚多巴胺溶液采用磁力搅拌进行反应4h、12h或24h。
[0071]
其中，生物炭粉末和聚多巴胺溶液的重量份比值为1：20。
[0072]
取出改性生物炭粉末并清洗3-5min。可以采用离子水或者纯净水进行清洗。去除改性生物炭粉末表面的聚多巴胺。
[0073]
清洗后的所述改性生物炭粉末在50℃～70℃下真空干燥，例如改性生物炭粉末可以在50℃、或60℃、或70℃下真空干燥，然后取出并放置在密闭容器中待用。
[0074]
在一些实施例中，如图3所示，所述生物炭粉末的制备方法包括以下步骤：
[0075]
s211、将第二生物质纤维在氮气保护下，以5-10℃/min的升温速率从室温升温至1000℃，进行恒温炭化30-60min。
[0076]
s212、以20℃/min的速率降温至所述室温后生成炭化物。
[0077]
s213、将所述炭化物采用离子水洗涤去除灰分和干燥，获得所述生物炭。
[0078]
第二生物质纤维在气流速率为200-300ml/min的氮气保护下，以5-10℃/min的升温速率从室温升温至1000℃，进行恒温炭化30-60min。然后以20℃/min的速率降温至所述室温后将炭化物取出，并用去离子水洗涤去除灰分、干燥，获得生物炭并研磨为生物炭粉末，备用。
[0079]
在一些实施例中，生物炭粉末的粒度可以为100目左右，例如，生物炭粉末的粒度为90目，生物炭粉末的粒度为100目或生物炭粉末的粒度为110目。
[0080]
需要说明的是，第一生物质纤维和第二生物质纤维均为生物质纤维，其本质相同，可以为木纤维或棉、麻等纤维，此处仅以生物质纤维在后续工艺中不同作用和处理方法进行区分，不做其它特别限定。
[0081]
如图4所示，所述聚多巴胺溶液的配置方法包括以下步骤：
[0082]
s221、获取盐酸多巴胺溶，将盐酸多巴胺溶解于纯净水中。
[0083]
s222、获取聚多巴胺溶液，将三羟甲基氨基甲烷盐酸盐添加至盐酸多巴胺溶中，并调节溶液的ph值为7～10。
[0084]
盐酸多巴胺溶解于纯净水，所述盐酸多巴胺溶液的浓度为：0.5g/l、1.0g/l、1.5g/l、2.0g/l。例如盐酸多巴胺溶液的浓度可以为1.5g/l。
[0085]
向盐酸多巴胺溶液中添加三羟甲基氨基甲烷盐酸盐，调整溶液(包括盐酸多巴胺溶液和三羟甲基氨基甲烷盐酸盐)的ph值为7～10，例如，调整溶液的ph值为7，或调整溶液的ph值为9或调整溶液的ph值为10。
[0086]
在一些实施例中，所述抗静电木塑复合材料的制备方法中采用的基体树脂可以为
高密度聚乙烯hdpe和/或聚丙烯pp和/或聚乳酸pla。例如，基体树脂可以为高密度聚乙烯、聚丙烯和聚丙烯中任一一种或多种。
[0087]
在一些实施例中，所述抗静电木塑复合材料的制备方法中采用的助剂包括：相容剂、润滑剂、扩链剂、封端剂、偶联剂。例如，助剂可以根据抗静电木塑复合材料额具体使用场合或者种类进行调整，助剂种类的选择为本领域人员熟知的现有技术，此处不做赘述。
[0088]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。