专利名称：聚乙烯基热可塑性木塑复合材料的制备方法
聚乙烯基热可塑性木塑复合材料的制备方法技术领:^本发明涉及一种聚乙烯基热可塑性木塑复合材料的制备方法，制得的复合 材料可用作包装材料、环保材料和装饰材料等。本发明属于聚合物加工技术领 域。
背景技术：
合成高分子材料科学与技术的不断发展使人们生活水平日益提高，但同时 也带来了环境污染和资源短缺的问题。随着环保意识的加强，世界各地对森林 的砍伐开始进行限制，但对木材的需求量却大大增加，因此，环境可再生的生 物基材料如木粉、竹粉、稻糠、麦杆、棉杆和果壳等的利用引起了人们的广泛 关注。环境可再生的生物基材料资源丰富，价格低廉，将其与塑料复合称为木 塑复合材料，它可代替木材。过去研究较多的木塑复合材料是将环境可再生的 生物基材料用热固性聚合单体如脲醛树脂和酚醛树脂等浸渍再聚合固化，但都 是采用热压难于连续生产，并且有甲醛污染。热可塑性木塑复合材料是利用木 粉和热塑性塑料为主要原料，经混合和加工而制备的一种新型复合材料，可以 连续生产，并且无醛无毒。该材料的研制缓解了石油资源、木材与林产品需求 的日益增长所带来的资源和能源短缺问题，是保护环境和降低能耗的有效手段， 而且热可塑性木塑复合材料还有耐用、比木材尺寸稳定性好、易成型、吸水性 小、耐腐蚀和可回收再利用等特点，因此成为材料领域研究的热点。目前常用 于制备木塑材料的热塑性塑料主要有聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯 (PP)等几类，通常应用于护栏、室外路板、托架等，虽然有一定的应用，但 木粉和热塑性塑料的相容性较差，复合后的性能较差，限制了木塑材料的发展， 使其不能广泛应用。因此针对木粉和热塑性塑料的相容性研究也逐步展开，如 用偶联剂改性木粉(CN02157950.4;CN200510060794. 1)，但性能不够理想；用聚烯烃接枝马来酸酐、乙烯—醋酸乙烯酯共聚物、乙烯一丙烯酸酯共聚物 (CN200410077610. 8; CN02160123. 2)、离聚物(CN2006100055卯.2)和聚烯 烃接枝硅垸做改性剂(CN02125652.7)，需要预先制备好改性剂，或增加了成本 或增加工艺流程。因此寻找一种既能够改善木粉与聚烯烃的界面相容性、提高 产品的性能，同时又能解决实际生产中的各种加工问题和降低成本的方法至关 重要。 发明内容本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种聚乙烯基热可塑性木塑 复合材料的制备方法，工艺简单，易于加工，得到的复合材料具有优良的综合 性能和良好的加工性能等优点，有着广泛的应用前景。为实现这样的目的，在本发明的技术方案中，首先将与木粉有良好亲和力 又可与聚乙烯进行接枝反应的液态单体直接与木粉复合构成活化木粉，再采用 双螺杆挤出机将聚乙烯、引发剂、催化剂、活化木粉、润滑剂、增塑剂和稳定 剂进行反应挤出，制得具有综合性能优良、表面光洁和可挤出、模压和注塑等 优点的聚乙烯基热可塑性木塑复合材料。本发明的方法具体为1、 将木粉与可反应单体按4一200: 1的比例在高速搅拌机上进行充分混合，高速搅拌机的转速为3000-9000转/分钟，并在80—130。C烘箱中活化2—5小时 制成活化木粉。2、 按重量计，取原料组分为活化木粉10—70份、聚乙烯20—70份、引 发剂0.05-3份、催化剂0.01-2份、润滑剂1一20份、增塑剂0.5 — 10份、稳定剂 0.2—5份，各原料组成总和为IOO份。3、 将活化木粉、聚乙烯、引发剂、催化剂、润滑剂、增塑剂和稳定剂在高 速搅拌机上混合均匀，高速搅拌机的转速为3000-9000转/分钟，然后将混合物 料在双螺杆挤出机中反应挤出，螺杆熔融温度为120-240°C，转速为卯-600转/ 分钟，物料在螺杆中的停留时间为0.5-10分钟。4、 挤出的物料冷却后，经切粒机切粒，得到粒料，在真空烘箱中60—120'C千燥5_48小时，获得聚乙烯基热可塑性木塑复合材料本发明所述的聚乙烯是超低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、 中密度聚乙烯、高密度聚乙烯或超高分子量聚乙烯，或是它们的混合物。本发明所述的木粉是木屑粉、花生壳粉、果壳粉、糠壳粉、棉杆粉、秸秆粉 或竹粉，或是它们的混合物。本发明所述的可反应单体是一类既可以与木粉有良好亲和力又可与聚乙烯 进行接枝反应的液体物质，为乙烯基乙氧基硅垸、乙烯基甲氧基硅烷、乙烯基 甲乙氧基硅烷、乙烯基縮水甘油酯、油酸、苯乙烯、油胺、(甲基丙烯酰氧)丙 基三甲氧基硅烷、油酸酰胺、a—甲基丙烯酸、丙烯酸或a—甲基丙烯酸甲酯， 或是由它们组成的混合物。本发明所述的引发剂是过氧化-2-乙基已酸叔丁酯(21S)、异丙苯过氧化氢 (K80)、过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)、过氧化二异丙苯(DCP)、 2， 5_二甲基-2, 5 二叔丁基过氧基已烷(双二戊)、偶氮二异丁氰(AIBN)、 二叔丁基过氧化物 (DTBP)、苯甲酰胺(BPO)或叔丁基过氧化氢(TBHP)，或是它们的混合物。本发明所述的催化剂为三苯基磷、二月桂酸二丁基锡、卡宾基金属催化剂、 三氟化硼-甲醇、三氟化硼-一乙胺、单丁基氧化锡、二丁基氧化锡或二丁基二 乙酸锡。本发明所述的润滑剂为聚乙烯蜡、硅油、硅酮、有机硅垸、液体石蜡、芥酸 酰胺、N， N —双乙撑硬脂酸酰胺或极性基团改性的乙撑双脂肪酸酰胺，或是由 它们组成的混合物。本发明所述的增塑剂可以是硬脂酸锌、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲 酸二乙酯(DOP)、聚酯型增塑剂、乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)、氯化石蜡、顺丁 烯二酸二丁酯、硬脂酸、硬脂酸钙、己二酸二辛酯(DOA)、硬脂酸钡、聚氨酯 增塑剂，或是由它们组成的混合物。本发明所述的稳定剂是由4， 4'- (p， (3，—二羟基二丙氧苯基)2， 2—丙垸 (双酚A)、三盐基硫酸铅、二盐基硬脂酸铅、三(2， 4-二叔丁基苯基)亚磷酸 酯(抗氧剂168)、 N， N'-双[3- (3， 5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼(抗氧剂1098)、四[P— (3'， 5' — 二叔丁基-4'-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂 1010)、 二盐基邻苯二甲酸铅、马来酸辛基锡、2， 6-二叔丁基-4-甲基苯酚(抗 氧剂264)、硫代二丙酸二月桂酯(抗氧剂DLTP)、季戊四醇双亚磷酸酯二 (2,4-二特丁基苯基)酯(抗氧剂626)、甲基锡、4， 4'—甲撑双(2， 6—二叔丁基 苯酚)(抗氧剂4426)或2， 6-二叔丁基对甲酚(抗氧剂T501)，或是由它们组 成的复合物。本发明将反应单体直接与木粉复合，在木粉与聚乙烯复合时进行原位反应 增容，从而制得性能优异的聚乙烯基热可塑性木塑复合材料。本发明方法简单， 省去了以往需要先制备接枝共聚物的过程，同时，由于液态单体可以被木粉吸 附从而使木粉体积减小，便于混合和加工。
具体实施方式
下面实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。 实施例1:原料组分按重量计为活化木粉30份(28份竹粉和2份(甲基丙烯酰氧) 丙基三甲氧基硅垸的复合物)、高密度聚乙烯65份、双二戊0.15份、三苯基磷 0.05份、液体石蜡2份、硬脂酸锌2份和0.8份抗氧剂1010。先将竹粉和(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅垸在高速搅拌机上进行充分 混合，转速为4500转/分钟，并在120。C烘箱中活化3小时制成活化木粉，然后 将高密度聚乙烯、偶氮二异丁氰(AIBN)、三苯基磷、液体石蜡、硬脂酸锌和抗 氧剂1010在高速搅拌机上混合均匀，高速搅拌机的转速为9000转/分钟，然后 将混合物料在双螺杆挤出机中反应挤出制成粒料，螺杆熔融温度为180°C，转速 为120转/分钟，物料在螺杆中的停留时间为6分钟，挤出的物料冷却后，经切 粒机切粒，得到粒料，在真空烘箱中10(TC干燥8小时，即得表面平整光滑的聚 乙烯基热可塑性木塑复合材料，其性能为拉伸强度为45MPa，冲击强度为 3.8KJ/m2，弯曲强度为37MPa，吸水率为1.5%。实施例2:原料组分按重量计为活化木粉70份(67份棉杆粉、2份油酸和1份苯乙烯)、低密度聚乙烯27份、偶氮二异丁氰(AIBN) 0.3份、单丁基氧化锡0.2份、 N， N —双乙撑硬脂酸酰胺l份、己二酸二辛酯0.5份和l份抗氧剂1098。先将棉杆粉、油酸和苯乙烯在高速搅拌机上进行充分混合，高速搅拌机转 速为6000转/分，并在80。C烘箱中活化2小时制成活化木粉，然后将低密度聚 乙烯、AIBN、单丁基氧化锡、N， N —双乙撑硬脂酸酰胺、己二酸二辛酯和抗氧 剂1098在高速搅拌机上混合均匀，高速搅拌机的转速为4500转/分钟，然后将 混合物料在双螺杆挤出机中反应挤出制成粒料，螺杆熔融温度为12CTC，转速为 300转/分钟，物料在螺杆中的停留时间为2分钟，挤出的物料冷却后，经切粒 机切粒，得到粒料，在真空烘箱中60。C干燥48小时，即得表面平整光滑的聚乙 烯基热可塑性木塑复合材料，其性能为拉伸强度为42MPa，冲击强度为 3.4KJ/m2，弯曲强度为35MPa，吸水率为4.7%。实施例3:活化木粉50份(果壳粉40份与乙烯基縮水甘油酯10份的复合物)、线性 低密度聚乙烯30份、超高分子量聚乙烯10份、DCP 0.1份、TBHP 0.3份、二月 桂酸二丁基锡0. 4份、有机硅烷5份、ATBC3份、0.2份抗氧剂T501和1份抗氧 剂626。首先将果壳粉和乙烯基縮水甘油酯在高速搅拌机上进行充分混合，高速 搅拌机的转速为9000转/分钟，并在130。C烘箱中活化2小时制成活化木粉，然 后将线性低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、DCP、 TBHP、 二月桂酸二丁基锡、 有机硅垸、ATBC、抗氧剂T501和抗氧剂626在高速搅拌机上混合均匀，高速搅 拌机的转速为7500转/分钟，然后将混合物料在双螺杆挤出机中反应挤出制成粒 料，螺杆熔融温度为240'C，转速为90转/分钟，物料在螺杆中的停留时间为10 分钟，挤出的物料冷却后，经切粒机切粒，得到粒料，在真空烘箱中IO(TC干燥 5小时，即得表面平整光滑的聚乙烯基热可塑性木塑复合材料，其性能为拉伸 强度为50MPa，冲击强度为4KJ/m2，弯曲强度为45MPa，吸水率为3%。从实施例的结果可以看出，本发明得到的聚乙烯基热可塑性木塑复合材料 具有无醛无毒、优良的综合性能和易加工等优点，可代替木材用作家具、护栏、 地板、托盘和装饰材料等，有着广阔的应用及工业化前景。
权利要求
1、一种聚乙烯基热可塑性木塑复合材料的制备方法，其特征在于按如下步骤进行1)将木粉与可反应单体按4-200∶1的比例在高速搅拌机上进行充分混合，高速搅拌机的转速为3000-9000转/分钟，并在80-130℃烘箱中活化2-5小时制成活化木粉；2)按重量计，取原料组分为活化木粉10-70份、聚乙烯20-70份、引发剂0.05-3份、催化剂0.01-2份、润滑剂1-20份、增塑剂0.5-10份、稳定剂0.2-5份，各原料组成总和为100份；3)将上述活化木粉、聚乙烯、引发剂、催化剂、润滑剂、增塑剂和稳定剂在高速搅拌机上混合均匀，高速搅拌机的转速为3000-9000转/分钟，然后将混合物料在双螺杆挤出机中反应挤出，螺杆熔融温度为120-240℃，转速为90-600转/分钟，物料在螺杆中的停留时间为0.5-10分钟；4)挤出的物料冷却后，经切粒机切粒，得到粒料，在真空烘箱中60-120℃干燥5-48小时，获得聚乙烯基热可塑性木塑复合材料。
2、 根据权利要求1的聚乙烯基热可塑性木塑复合材料的制备方法，其特征 在于所述聚乙烯是超低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密聚乙烯、中密度 聚乙烯、高密度聚乙烯或超高分子量聚乙烯，或是它们的混合物。
3、 根据权利要求1的聚乙烯基热可塑性木塑复合材料的制备方法，其特征 在于所述木粉是木屑粉、花生壳粉、果壳粉、糠壳粉、棉杆粉、秸秆粉或竹粉， 或是它们的混合物。
4、 根据权利要求1的聚乙烯基热可塑性木塑复合材料的制备方法，其特征 在于所述可反应单体为乙烯基乙氧基硅垸、乙烯基甲氧基硅垸、乙烯基甲乙氧 基硅垸、乙烯基縮水甘油酯、油酸、苯乙烯、油胺、(甲基丙烯酰氧)丙基三甲 氧基硅垸、油酸酰胺、a—甲基丙烯酸、丙烯酸或a—甲基丙烯酸甲酯，或是由它们组成的混合物。
5、 根据权利要求1的聚乙烯基热可塑性木塑复合材料的制备方法，其特征 在于所述引发剂是过氧化-2-乙基已酸叔丁酯(21S)、异丙苯过氧化氢(K80)、 过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)、过氧化二异丙苯(DCP)、 2,5-二甲基-2,5二叔丁 基过氧基已垸(双二戊)、偶氮二异丁氰(AIBN)、 二叔丁基过氧化物(DTBP)、 苯甲酰胺(BPO)或叔丁基过氧化氢(TBHP)，或是它们的混合物。
6、 根据权利要求1的聚乙烯基热可塑性木塑复合材料的制备方法，其特征 在于所述催化剂为三苯基磷、二月桂酸二丁基锡、卡宾基金属催化剂、三氟化 硼-甲醇、三氟化硼-一乙胺、单丁基氧化锡、二丁基氧化锡或二丁基二乙酸锡。
7、 根据权利要求1的聚乙烯基热可塑性木塑复合材料的制备方法，其特征 在于所述润滑剂为聚乙烯蜡、硅油、硅酮、有机硅烷、液体石蜡、芥酸酰胺、N， N —双乙撑硬脂酸酰胺或极性基团改性的乙撑双脂肪酸酰胺，或是由它们组成 的混合物。
8、 根据权利要求1的聚乙烯基热可塑性木塑复合材料的制备方法，其特征 在于所述增塑剂是硬脂酸锌、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二乙酯(DOP)、聚酯型增塑剂、乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)、氯化石蜡、顺丁烯二酸二 丁酯、硬脂酸、硬脂酸钙、己二酸二辛酯(DOA)、硬脂酸钡或聚氨酯增塑剂， 或是由它们组成的混合物。
9、 根据权利要求1的聚乙烯基热可塑性木塑复合材料的制备方法，其特征 在于所述稳定剂是4， 4，- (p， P，一二羟基二丙氧苯基)2， 2—丙烷、三盐基硫 酸铅、二盐基硬脂酸铅、三(2， 4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、N， N'-双[3- (3， 5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼、四[P— (3'， 5，一二叔丁基-4'-羟基苯基)丙 酸]季戊四醇酯、二盐基邻苯二甲酸铅、马来酸辛基锡、2， 6-二叔丁基-4-甲基苯 酚、硫代二丙酸二月桂酯、季戊四醇双亚磷酸酯二 (2,4-二特丁基苯基)酯、甲 基锡、4， 4' 一甲撑双(2， 6—二叔丁基苯酚)或2， 6-二叔丁基对甲酚，或是 由它们组成的复合物。
全文摘要
本发明涉及一种聚乙烯基热可塑性木塑复合材料的制备方法，首先将与木粉有良好亲和力又可与聚乙烯进行接枝反应的液态单体直接与木粉复合构成活化木粉，再采用双螺杆挤出机将聚乙烯、引发剂、催化剂、活化木粉、润滑剂、增塑剂和稳定剂进行反应挤出，制得具有综合性能优良、表面光洁和可挤出、模压和注塑等优点的聚乙烯基热可塑性木塑复合材料。本发明方法简单，省去了以往需要先制备接枝共聚物的过程，同时由于液态单体可以被木粉吸附从而使木粉体积减小，便于混合和加工。
文档编号B29B9/12GK101230165SQ20081003400
公开日2008年7月30日 申请日期2008年2月28日 优先权日2008年2月28日
发明者戚嵘嵘, 成 熊 申请人:上海交通大学