一種戶外塑木複合材料的製備方法與流程
2023-10-06 15:45:59 1
本發明公開了一種戶外塑木複合材料的製備方法，屬於園林綠化建築技術領域。
背景技術：
塑木複合材料是指採用含有木纖維或其他植物纖維類材料來填充及增強改性熱塑性塑料的一種複合材料，主要成分是塑料和木質粉。作為一種介於木材與塑料之間的新型材料，塑木複合材料具有一系列優於木材和塑料的特殊性能：有木質外觀以及類似於木材的二次加工性，而且吸水性小、不怕蟲蛀、不會像木材那樣產生裂縫和翹曲變形；具有熱塑性塑料的加工性，但硬度要比塑料高、耐磨、耐老化、耐腐蝕。尤為值得一提的是，不但塑木複合材料的加工原料可採用回收的廢塑料和廢木材，而且其本身也可以回收再利用，對減少環境汙染，保護森林資源意義重大。
隨著塑木技術的不斷進步，塑木製品力學性能逐步提高，使塑木複合材料用於建築領域成為可能。塑木複合材料正廣泛應用於戶外桌椅、柵欄、家具、室外亭臺軒榭、扶手等方面。此時，塑木複合材料的抗蠕變性能顯得尤為重要，這使得設計師在設計這些材料時必須考慮蠕變這一重要特性。在長期載荷情況下，聚合物的蠕變較大，且隨著時間推移逐漸增加。塑木複合材料在一些建築領域的應用受到了自身抗蠕變性能較弱的限制。
技術實現要素：
本發明主要解決的技術問題是：針對傳統塑木複合材料在製備和使用過程中出現的，木粉與聚合物的相容性較差，在長期載荷情況下，蠕變較大，且隨著時間推移逐漸增加，限制了其在戶外園林中使用的問題，本發明首先利用動物糞便無氧發酵，離心後得上層清液，再將香樟樹皮和鋸木屑混合粉碎後與上層清液混合無氧發酵，使木粉初步降解活化，經洗滌乾燥後與甲酸，雙氧水混合反應，對木粉改性，再將改性木粉與PVC樹脂、桃樹膠及異氰脲酸三烯丙酯混合，在紫外輻照條件下交聯，再經擠出冷卻成型，得到戶外塑木複合材料。本發明所得塑木複合材料通過木粉活化後與PVC樹脂交聯，相容性好，在長期載荷情況下，蠕變小，使用壽命得到了大大提高，具有廣闊的市場應用前景。
為了解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是：
（1）依次稱取3～5kg豬糞，4～6kg牛糞，8～10kg馬糞，經人工攪拌混合均勻後，置於避光通風處堆漚5～7天，隨後將其倒入發酵罐中，再加入30～40L去離子水，於溫度為30～35℃，轉速為180～200r/min條件下，密閉發酵8～10天，每隔48～72h對發酵罐放氣至罐內為常壓狀態，待發酵結束，將發酵罐中物料轉入離心機，離心分離15～20min，棄去下層沉澱物，收集得上層清液；
（2）依次稱取1～3kg香樟樹皮，2～4kg鋸木屑，倒入粉碎機中，粉碎後過80～120目篩，得混合木粉，並將所得混合木粉與上述所得上層清液倒入發酵罐中，於溫度為30～35℃，轉速為180～200r/min條件下，密閉發酵3～5天，抽濾，除去濾液，用去離子水洗滌濾餅3～5次，再將所得濾餅轉入烘箱中，於溫度為105～110℃條件下乾燥至恆重，得預處理混合木粉；
（3）在反應釜中，依次加入400～600g上述所得預處理混合木粉，100～120mL質量分數為70～75%甲酸，600～800mL質量分數為30%雙氧水，於溫度為70～75℃，轉速為400～500r/min條件下，恆溫攪拌反應4～6h，過濾，除去濾液，用去離子水洗滌濾渣3～5次，得改性木粉溼料；
（4）按重量份數計，在混料機中依次加入80～120份上述所得改性木粉溼料，100～110份PVC樹脂顆粒，50～60份桃膠，8～10份異氰脲酸三烯丙酯，於溫度為75～80℃，轉速為600～800r/min條件下，恆溫攪拌混合45～60min；
（5）待攪拌結束，將混料機中物料均勻平鋪於不鏽鋼託盤中，保持平鋪厚度為1～2mm，再將託盤置於紫外線輻照箱中，隨後以3～5mL/min速率向輻照箱內通入氮氣，在氮氣保護狀態下，於溫度為80～90℃，功率為200～300W條件下，恆溫輻照處理4～6h；
（6）待輻照結束，將不鏽鋼託盤中物料轉入真空乾燥箱中，於溫度為105～110℃條件下乾燥至恆重，得木塑混合物，隨後將其轉入雙螺杆造粒機，設定機頭溫度為180～190℃，機身溫度為180～200℃，機頭壓力為10～15MPa，以400～600mm/min速度擠出至模具中，再經定型套冷卻成型，脫模，即得戶外塑木複合材料。
本發明的物理性質：本發明所得戶外塑木複合材料的拉伸強度為20.2～20.8MPa，彎曲強度為26～28MPa，衝擊強度為5.4～5.8kJ/m2，彈性模量為2.6～2.8GPa，吸水率為6.2～6.8%。
本發明的有益效果是：
（1）本發明所得戶外塑木複合材料吸水性小，可有效防止蟲蛀，具有較高的耐磨、耐腐蝕和耐老化性能；
（2）本發明所用原材料廉價易得，製得的型材抗蠕變性強，且在長期載荷情況下，不隨時間推移而降低，可作為園林建築戶外材料推廣使用；
（3）本發明所得材料為綠色環保，可二次循環利用的新材料，既具有木纖維的高強度和高彈性，有具有聚合物基體的高韌性和耐疲勞等優點，具有廣泛的應用和發展前景。
具體實施方式
依次稱取3～5kg豬糞，4～6kg牛糞，8～10kg馬糞，經人工攪拌混合均勻後，置於避光通風處堆漚5～7天，隨後將其倒入發酵罐中，再加入30～40L去離子水，於溫度為30～35℃，轉速為180～200r/min條件下，密閉發酵8～10天，每隔48～72h對發酵罐放氣至罐內為常壓狀態，待發酵結束，將發酵罐中物料轉入離心機，離心分離15～20min，棄去下層沉澱物，收集得上層清液；依次稱取1～3kg香樟樹皮，2～4kg鋸木屑，倒入粉碎機中，粉碎後過80～120目篩，得混合木粉，並將所得混合木粉與上述所得上層清液倒入發酵罐中，於溫度為30～35℃，轉速為180～200r/min條件下，密閉發酵3～5天，抽濾，除去濾液，用去離子水洗滌濾餅3～5次，再將所得濾餅轉入烘箱中，於溫度為105～110℃條件下乾燥至恆重，得預處理混合木粉；在反應釜中，依次加入400～600g上述所得預處理混合木粉，100～120mL質量分數為70～75%甲酸，600～800mL質量分數為30%雙氧水，於溫度為70～75℃，轉速為400～500r/min條件下，恆溫攪拌反應4～6h，過濾，除去濾液，用去離子水洗滌濾渣3～5次，得改性木粉溼料；按重量份數計，在混料機中依次加入80～120份上述所得改性木粉溼料，100～110份PVC樹脂顆粒，50～60份桃膠，8～10份異氰脲酸三烯丙酯，於溫度為75～80℃，轉速為600～800r/min條件下，恆溫攪拌混合45～60min；待攪拌結束，將混料機中物料均勻平鋪於不鏽鋼託盤中，保持平鋪厚度為1～2mm，再將託盤置於紫外線輻照箱中，隨後以3～5mL/min速率向輻照箱內通入氮氣，在氮氣保護狀態下，於溫度為80～90℃，功率為200～300W條件下，恆溫輻照處理4～6h；待輻照結束，將不鏽鋼託盤中物料轉入真空乾燥箱中，於溫度為105～110℃條件下乾燥至恆重，得木塑混合物，隨後將其轉入雙螺杆造粒機，設定機頭溫度為180～190℃，機身溫度為180～200℃，機頭壓力為10～15MPa，以400～600mm/min速度擠出至模具中，再經定型套冷卻成型，脫模，即得戶外塑木複合材料。
實例1
依次稱取3kg豬糞，4kg牛糞，8kg馬糞，經人工攪拌混合均勻後，置於避光通風處堆漚5天，隨後將其倒入發酵罐中，再加入30L去離子水，於溫度為30℃，轉速為180r/min條件下，密閉發酵8天，每隔48h對發酵罐放氣至罐內為常壓狀態，待發酵結束，將發酵罐中物料轉入離心機，離心分離15min，棄去下層沉澱物，收集得上層清液；依次稱取1kg香樟樹皮，2kg鋸木屑，倒入粉碎機中，粉碎後過80目篩，得混合木粉，並將所得混合木粉與上述所得上層清液倒入發酵罐中，於溫度為30℃，轉速為180r/min條件下，密閉發酵3天，抽濾，除去濾液，用去離子水洗滌濾餅3次，再將所得濾餅轉入烘箱中，於溫度為105℃條件下乾燥至恆重，得預處理混合木粉；在反應釜中，依次加入400g上述所得預處理混合木粉，100mL質量分數為70%甲酸，600mL質量分數為30%雙氧水，於溫度為70℃，轉速為400r/min條件下，恆溫攪拌反應4h，過濾，除去濾液，用去離子水洗滌濾渣3次，得改性木粉溼料；按重量份數計，在混料機中依次加入80份上述所得改性木粉溼料，100份PVC樹脂顆粒，50份桃膠，8份異氰脲酸三烯丙酯，於溫度為75℃，轉速為600r/min條件下，恆溫攪拌混合45min；待攪拌結束，將混料機中物料均勻平鋪於不鏽鋼託盤中，保持平鋪厚度為1mm，再將託盤置於紫外線輻照箱中，隨後以3mL/min速率向輻照箱內通入氮氣，在氮氣保護狀態下，於溫度為80℃，功率為200W條件下，恆溫輻照處理4h；待輻照結束，將不鏽鋼託盤中物料轉入真空乾燥箱中，於溫度為105℃條件下乾燥至恆重，得木塑混合物，隨後將其轉入雙螺杆造粒機，設定機頭溫度為180℃，機身溫度為180℃，機頭壓力為10MPa，以400mm/min速度擠出至模具中，再經定型套冷卻成型，脫模，即得戶外塑木複合材料。
本發明所得戶外塑木複合材料的拉伸強度為20.2MPa，彎曲強度為26MPa，衝擊強度為5.4kJ/m2，彈性模量為2.6GPa，吸水率為6.2%。
實例2
依次稱取4kg豬糞，5kg牛糞，9kg馬糞，經人工攪拌混合均勻後，置於避光通風處堆漚6天，隨後將其倒入發酵罐中，再加入35L去離子水，於溫度為32℃，轉速為190r/min條件下，密閉發酵9天，每隔60h對發酵罐放氣至罐內為常壓狀態，待發酵結束，將發酵罐中物料轉入離心機，離心分離18min，棄去下層沉澱物，收集得上層清液；依次稱取2kg香樟樹皮，3kg鋸木屑，倒入粉碎機中，粉碎後過100目篩，得混合木粉，並將所得混合木粉與上述所得上層清液倒入發酵罐中，於溫度為32℃，轉速為190r/min條件下，密閉發酵4天，抽濾，除去濾液，用去離子水洗滌濾餅4次，再將所得濾餅轉入烘箱中，於溫度為108℃條件下乾燥至恆重，得預處理混合木粉；在反應釜中，依次加入500g上述所得預處理混合木粉，110mL質量分數為72%甲酸，700mL質量分數為30%雙氧水，於溫度為72℃，轉速為450r/min條件下，恆溫攪拌反應5h，過濾，除去濾液，用去離子水洗滌濾渣4次，得改性木粉溼料；按重量份數計，在混料機中依次加入100份上述所得改性木粉溼料，105份PVC樹脂顆粒，55份桃膠，9份異氰脲酸三烯丙酯，於溫度為78℃，轉速為700r/min條件下，恆溫攪拌混合50min；待攪拌結束，將混料機中物料均勻平鋪於不鏽鋼託盤中，保持平鋪厚度為1.5mm，再將託盤置於紫外線輻照箱中，隨後以4mL/min速率向輻照箱內通入氮氣，在氮氣保護狀態下，於溫度為85℃，功率為250W條件下，恆溫輻照處理5h；待輻照結束，將不鏽鋼託盤中物料轉入真空乾燥箱中，於溫度為108℃條件下乾燥至恆重，得木塑混合物，隨後將其轉入雙螺杆造粒機，設定機頭溫度為185℃，機身溫度為190℃，機頭壓力為12MPa，以500mm/min速度擠出至模具中，再經定型套冷卻成型，脫模，即得戶外塑木複合材料。
本發明所得戶外塑木複合材料的拉伸強度為20.6MPa，彎曲強度為27MPa，衝擊強度為5.6kJ/m2，彈性模量為2.7GPa，吸水率為6.4%。
實例3
依次稱取5kg豬糞，6kg牛糞，10kg馬糞，經人工攪拌混合均勻後，置於避光通風處堆漚7天，隨後將其倒入發酵罐中，再加入40L去離子水，於溫度為35℃，轉速為200r/min條件下，密閉發酵10天，每隔72h對發酵罐放氣至罐內為常壓狀態，待發酵結束，將發酵罐中物料轉入離心機，離心分離20min，棄去下層沉澱物，收集得上層清液；依次稱取3kg香樟樹皮，4kg鋸木屑，倒入粉碎機中，粉碎後過120目篩，得混合木粉，並將所得混合木粉與上述所得上層清液倒入發酵罐中，於溫度為35℃，轉速為200r/min條件下，密閉發酵5天，抽濾，除去濾液，用去離子水洗滌濾餅5次，再將所得濾餅轉入烘箱中，於溫度為110℃條件下乾燥至恆重，得預處理混合木粉；在反應釜中，依次加入600g上述所得預處理混合木粉，120mL質量分數為75%甲酸，800mL質量分數為30%雙氧水，於溫度為75℃，轉速為500r/min條件下，恆溫攪拌反應6h，過濾，除去濾液，用去離子水洗滌濾渣5次，得改性木粉溼料；按重量份數計，在混料機中依次加入120份上述所得改性木粉溼料，110份PVC樹脂顆粒，60份桃膠，10份異氰脲酸三烯丙酯，於溫度為80℃，轉速為800r/min條件下，恆溫攪拌混合60min；待攪拌結束，將混料機中物料均勻平鋪於不鏽鋼託盤中，保持平鋪厚度為2mm，再將託盤置於紫外線輻照箱中，隨後以5mL/min速率向輻照箱內通入氮氣，在氮氣保護狀態下，於溫度為90℃，功率為300W條件下，恆溫輻照處理6h；待輻照結束，將不鏽鋼託盤中物料轉入真空乾燥箱中，於溫度為110℃條件下乾燥至恆重，得木塑混合物，隨後將其轉入雙螺杆造粒機，設定機頭溫度為190℃，機身溫度為200℃，機頭壓力為15MPa，以600mm/min速度擠出至模具中，再經定型套冷卻成型，脫模，即得戶外塑木複合材料。
本發明所得戶外塑木複合材料的拉伸強度為20.8MPa，彎曲強度為28MPa，衝擊強度為5.8kJ/m2，彈性模量為2.8GPa，吸水率為6.8%。