耐候性竹塑複合材料及其製備方法

2023-05-17 12:55:06

專利名稱：耐候性竹塑複合材料及其製備方法
技術領域：
本發明屬於農林副產品的綜合利用技術領域，具體涉及一種耐候性竹塑複合材料及其製備方法。
背景技術：
中國是世界竹類資源最豐富的國家，竹林面積、竹材產量及其工業化利用的規模和水平都居世界之首，在大量使用竹材料的同時，也產生大量的小徑竹、叢生竹或竹材加工剩餘物等竹工業產品廢棄物，目前人們一般把這些竹屑、廢竹等作為廢物燒掉，既浪費資源，又嚴重汙染環境。由於小徑竹、叢生竹、竹屑、廢竹等富含纖維素(纖維素含量在40%以上)，具有一定的強度和韌性，經過適當的預處理和改性處理後，可與廢塑料製備竹塑複合材料。這種材料應用於樹箱、戶外鋪板、戶外裝飾扶手等戶外裝飾，可以代替木材製品，從而既節省木材，達到保護森林的目的，同時也減少了廢塑料產生的「白色汙染」，而且還提高了林產品的附加值，為林業增收開闢了一條新的途徑。現有技術中已有竹塑複合材料的報導:公開號為CN101066599的中國發明專利公開了一種竹塑地板及其製備方法，該地板以竹塑板製成地板坯板，所述的竹塑板由竹料顆粒、塑料顆粒與添加劑充分混勻後在加熱高壓條件下熱壓成型。公開號為CN1263811A的中國發明專利公開了一種竹纖維複合材料的生產方法，該方法依次按下列步驟進行:A、備料:將竹材製成幹纖維並預備適量塑料顆粒、混合:將已備好的竹材幹纖維與塑料顆粒按規定比例混合均勻；C、模壓成型:將混合均勻的混合物置入模具中，加壓至塑料處於熔融狀態並與竹纖維熔融結合後，再停止加壓進行冷卻；D、脫模:冷卻至一定溫度後，將冷卻物從模具中脫除。以上專利文獻由於採用液壓(模壓)成型工藝，為間歇式工藝，成品的廢品率高，導致生產成本 高，因此難於推廣應用。為了克服液壓(模壓)成型工藝的致命弱點，人們轉向使用擠出成型法。如公開號為CN101619171的中國發明專利公開了一種竹屑和廢舊塑料PE複合戶外建材及應用，該複合材料由竹屑65%、舊塑料PE30%、助劑5%重量比配料混合後製作成型，配料後製作成型過程包括乾燥處理、表面處理、預混、造粒、擠壓成形、冷卻及切割。本發明建材可製成板材、截面形狀為實心矩形的豎條、空心立柱或平面有孔、外周帶有鋸齒及配合半圓槽的多邊形型材等。由於竹粉與樹脂的相容性差，竹粉的耐溫性差、竹粉在螺杆中的流動性差，因此，最終產品中竹粉含量較低，一般在50%以下，且產品的性能較差。本發明人針對前期專利「一種利用油菜秸杆製作的裝飾材料及製備方法(專利號ZL200610018378.X)」及「一種利用棉花杆製作的具有抗菌功能的裝飾材料及製備方法(專利號ZL201010193640.0)」的缺陷(不耐光、不耐氧化)，在本發明中採用無機納米粒子與有機抗氧化劑，並採用雙螺杆一次性擠出成型工藝生產，得到具有抗氧化、抗光降解作用的耐候性竹塑複合材料，主要用於室外裝飾材料
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術存在的缺陷，提供一種具有抗氧化和抗光降解雙重特性的耐候性竹塑複合材料及其製備方法。上述目的是通過以下技術方案實現的:—種耐候性竹塑複合材料，它是由下述重量份數的原料製備而成的:
竹粉80-120#;
納米二氧化鈦1-3翁；
Λ米氧化鋅1-3儉；
四季戌四醇酯0.2-0.E翁；蹺代二丙酸二月桂酯0.2-0.8翁；
教酸I 1-2份；
高密度聚乙烯30-70價；
偶氮二甲醯胺0.5-3份;
聚乙烯臢2-8#;
硬脂酸鋅1-3.

所述納米二氧化鈦是粒徑為5-50nm的銳鈦型納米二氧化鈦；所述納米氧化鋅的粒徑為10-80nm。一種製備所述耐候性竹塑複合材料的方法，包括以下步驟:I)將納米二氧化鈦和納米氧化鋅混合後超聲波處理,使納米二氧化鈦和納米氧化鋅充分分散並混合均勻；2)將竹粉過80 120目篩，在8(Tl00°C攪拌至含水量為2 5%，然後加入鈦酸脂，繼續攪拌1(Γ20分鐘，得到改性竹粉；3)將步驟I)得到的納米二氧化鈦和納米氧化鋅混合物、步驟2)得到的改性竹粉以及四季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯、高密度聚乙烯、偶氮二甲醯胺、聚乙烯臘和硬脂酸鋅一起在10(Tl2(TC下混合1(Γ20分鐘，得到混合物料；4)將步驟3)的混合物料置於雙螺杆擠出機中擠出，各段加熱溫度TfTlO分別為110°c、120°c、130°c、140°c、150°c、160°c、17(rc、16(rc及 120°C，主機轉速為 8 15 轉 / 分，料壓1.5 2MPA，經模具定型，冷卻，牽引和切割即為成品。其中，步驟(2)中攪拌至含水量為3%。本發明採用納米二氧化鈦、納米氧化鋅作為無機納米粒子，四季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯為有機抗氧化劑，以鈦酸脂為偶聯劑，偶氮二甲醯胺為發泡劑，聚乙烯臘和硬脂酸鋅作為潤滑劑，與高密度聚乙烯複合作用後，採用雙螺杆擠出工藝製備，從而改善了竹塑複合材料耐候性及強度、韌性和疏水性能。本發明製作的竹塑複合材料，與現有的竹塑複合材料相比，其抗氧化性能和抗光降解性能明顯提高，提高率均在30%以上，本發明完全可代替木材製品用於室外裝飾材料，從而既節省木材，達到保護森林的目的，同時也減少了廢塑料產生的「白色汙染」，而且還提高了林產品的附加值，為林業增收開闢了一條新的途徑。本發明同時還具有工藝簡單，成本低廉等特點。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明進行詳細說明。實施例1一種耐候性竹塑複合材料，它是由下述重量份數的原料製備而成的:
竹粉IOOkg;
納米二氧化軚Ikg;
納米氧化鋅Ikg;
四季戌四醇酯0.2kg;
硫代二丙酸二月桂畫旨0.2kg;
鈦咖旨IKg;
高密度聚乙婦30kg;
偶氮二甲酖胺0. 5K.g;
聚乙稀臘2kg;
硬脂酸鋅Ikgo所述納米二氧化鈦是粒徑範圍是5_50nm的銳鈦型納米二氧化鈦；所述納米氧化鋅的粒徑範圍是10-80nm。耐候性竹塑複合材料的製備方法是:I)將納米二氧化鈦和納米氧化鋅混合後超聲波處理，超聲波處理的功率是300W，超聲時間是300秒,使納米二氧化鈦和納米氧化鋅充分分散並混合均勻；2)將竹粉過100目篩，在90°C下攪拌至含水量為3%，然後加入鈦酸脂，繼續攪拌10分鐘，得到改性竹粉；3)將步驟I)得到的納米二氧化鈦和納米氧化鋅混合物、步驟2)得到的改性竹粉以及四季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯、高密度聚乙烯、偶氮二甲醯胺、聚乙烯臘和硬脂酸鋅一起在110°c下混合15分鐘，得到混合物料；4)將步驟3)的混合物料置於雙螺杆擠出機中擠出，各段加熱溫度TfTlO分別為110°c、120°c、130°c、140°c、15(rc、16(rc、17(rc、16(rc及 120°C，主機轉速為 10 轉 / 分，主機電流15A，料壓1.8MPA，經模具定型，冷卻，牽引和切割即為成品。實施例2一種耐候性竹塑複合材料，它是由下述重量份數的原料製備而成的:竹粉80kg #;
納米二氧化鈥2Kg;
納米氧化鋅2Kg;
四季戌四醇酯0,4Kg;
硫代二丙酸二月桂晴0,4Kg;
軚_l,5Kg;
高密度聚乙烯50Kg;偶氮二甲醜胺2Kg;聚乙烯腈5Kg;
硬脂酸鋅2Kg。耐候性竹塑複合材料的製備方法是:I)將納米二氧化鈦和納米氧化鋅混合後超聲波處理，超聲波處理的功率是200W，超聲時間是500秒,使納米二氧化鈦和納米氧化鋅充分分散並混合均勻；2)將竹粉過80目篩，在100°C下攪拌至含水量為2%，然後加入鈦酸脂，繼續攪拌15分鐘，得到改性竹粉；3)將步驟I)得到的納米二氧化鈦和納米氧化鋅混合物、步驟2)得到的改性竹粉以及四季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯、高密度聚乙烯、偶氮二甲醯胺、聚乙烯臘和硬脂酸鋅一起在100°c下混合20分鐘，得到混合物料；4)將步驟3)的混合物料置於雙螺杆擠出機中擠出，各段加熱溫度TfTlO分別為IlO0C > 1200C、1300C、140°C、150°C、160°C、170°C、160°C及 120°C，主機轉速為 8 轉 / 分，主機電流15A，料壓1.5MPA，經模具定型，冷卻，牽引和切割即為成品。實施例3一種耐候性竹塑複合材料，它是由下述重量份數的原料製備而成的:竹驗120kg;
納米二氧化鈥3kg;
納米氧_3kg;
輯季戌四醇酯0.fflcg;
硫代二丙酸二月桂酯0,8kg;
軚_2Kg;
高密度聚乙烯70kg;
偶氮二甲醯ft3Kg;
聚乙烯賸8kg;
硬脂酸鋅3kg。所述納米二氧化鈦是粒徑範圍是5_50nm的銳鈦型納米二氧化鈦；所述納米氧化鋅的粒徑範圍是10-80nm。耐候性竹塑複合材料的製備方法是:I)將納米二氧化鈦和納米氧化鋅混合後超聲波處理，超聲波處理的功率是500W，超聲時間是200秒,使納米二氧化鈦和納米氧化鋅充分分散並混合均勻；2)將竹粉過120目 篩，在80°C下攪拌至含水量為5%，然後加入鈦酸脂，繼續攪拌20分鐘，得到改性竹粉；3)將步驟I)得到的納米二氧化鈦和納米氧化鋅混合物、步驟2)得到的改性竹粉以及四季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯、高密度聚乙烯、偶氮二甲醯胺、聚乙烯臘和硬脂酸鋅一起在120°C下混合10分鐘，得到混合物料；4)將步驟3)的混合物料置於雙螺杆擠出機中擠出，各段加熱溫度TfTlO分別為110°c、120°c、130°c、140°c、15(rc、16(rc、17(rc、16(rc及 120°C，主機轉速為 15 轉 / 分，料壓2MPA，經模具定型，冷卻，牽引和切割即為成品。上述三個實施例均可作為室外裝修和公園裝飾材料，如戶外地板、棧道、欄柵、涼亭等，可完全代替木材或塑料。本發明製作的竹塑複合材料，與現有的竹塑複合材料相比，其抗氧化性和抗光降解性明顯提高，提高率均在30%以上。
權利要求
1.一種耐候性竹塑複合材料，其特徵在於，它是由下述重量份數的原料製備而成的:竹粉前-120份；納米二氧化鈥1-3份;納米氧化鋅1-3份；四季戊四醇釀0.2-0.8份;疏代二丙酸二月桂酯0.2-0.8份；鈥酸廳1-2翁；高密度聚乙締30-70份;鴒氮二甲醜胺0.5-3份；聚乙歸臘2-8份；_酸鋅1-3份。
2.根據權利要求1所述的耐候性竹塑複合材料，其特徵在於:所述納米二氧化鈦是粒徑為5-50nm的銳鈦型納米二氧化鈦；所述納米氧化鋅的粒徑為10_80nm。
3.一種製備權利要求1或2所述的耐候性竹塑複合材料的方法，其特徵在於包括以下步驟: 1)將納米二氧化鈦和納米氧化鋅按比例混合後超聲波處理，使納米二氧化鈦和納米氧化鋅充分分散並混合均勻； 2)將竹粉過80 120目篩，在8(Tl00°C下攪拌至含水量為2 5%，然後加入鈦酸脂，繼續攪拌1(Γ20分鐘，得到改性竹粉； 3)將步驟I)得到的納米二氧化鈦和納米氧化鋅混合物、步驟2)得到的改性竹粉以及四季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯、高密度聚乙烯、偶氮二甲醯胺、聚乙烯臘和硬脂酸鋅一起按比例在10(Tl20°C下混合10 20分鐘，得到混合物料； 4)將步驟3)的混合物料置於雙螺杆擠出機中擠出，各段加熱溫度TfTlO分別為110°C、120°C、130°C、140°C、150°C、160°C、17(rC、16(rC及 120°C，主機轉速為 8 15 轉 / 分，料壓1.5 2MPA，經模具定型，冷卻，牽引和切割即為成品。
4.根據權 利要求3所述的製備耐候性竹塑複合材料的方法，其特徵在於:步驟(2)中攪拌至含水量為3%。
全文摘要
本發明公開了一種耐候性竹塑複合材料，它以竹粉為主要原料，採用納米二氧化鈦、納米氧化鋅為無機納米粒子，四季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯為有機抗氧化劑，以鈦酸脂為偶聯劑，偶氮二甲醯胺為發泡劑，聚乙烯臘和硬脂酸鋅作為潤滑劑，與高密度聚乙烯複合作用後，採用雙螺杆擠出工藝製備，從而實現改善竹塑室外裝飾材料耐候性及強度、韌性和疏水性能。本發明製作的竹塑複合材料，與現有的竹塑複合材料相比，其抗氧化性能和抗光降解性能明顯提高，提高率均在30％以上。本發明完全可代替木材製品用於室外裝飾材料，從而為節省木材的用量、保護森林資源起到有益的作用。
文檔編號C08K3/22GK103205132SQ20131009486
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月22日 優先權日2013年3月22日
發明者餘雁, 費本華, 熊漢國, 費鵬, 蔡傑, 譚軍 申請人:國際竹藤中心, 華中農業大學