耐低溫雙層複合塑木材料內層芯體組分的原料、塑木材料及製備方法與流程

2023-10-06 15:45:24

本發明涉及雙層複合塑木，具體地，涉及耐低溫雙層複合塑木材料內層芯體組分的原料、塑木材料及製備方法。

背景技術：

塑木材料是當今世界上許多國家逐步推廣應用的新型材料，塑木複合材料的原料可採用各種樹脂如廢舊塑料等，與廢木料及農作物的剩餘物，因此塑木複合材料的研製和廣泛應用，有助於減緩塑料廢棄物的汙染，也有助於減少農業廢棄物焚燒給環境帶來的汙染。並且，塑木複合材料的生產和使用，不會向周圍環境散發危害人類健康的揮發物，材料本身還可回收利用，是一種全新的綠色環保產品，也是一種生態潔淨的複合材料。

但是，因植物纖維和樹脂基體間的相容性很差，塑木的芯體的耐低溫性能不理想，限制了塑木材料的應用範圍及應用效果，由此，改進塑木材料芯體，對塑木材料芯體賦予賦予良好的耐低溫性能，進而提高塑木整體的耐低溫性能，是人們研究的方向之一，但是，芯體與外層之間容易在使用環境中發生剝離。

因此，發明一種能夠使塑木材料具有良好耐低溫性能的內層芯體，同時保證外層與內層芯體之間具有較好的結合能力，是目前亟待解決的問題。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種耐低溫雙層複合塑木材料內層芯體組分的原料、複合塑木材料及製備方法，該內層芯體組分的原料使內層芯體及具有該內層芯體的複合塑木材料具有良好的耐低溫性能，同時，該內層芯體與塑木材料的外層之間具有良好的結合能力，另外，製備該耐低溫雙層複合塑木材料的方法還具有製備原料易得，工序簡單和便於操作的優點。

為了實現上述目的，本發明提供了一種耐低溫雙層複合塑木材料內層芯體組分的原料，所述內層芯體組分的原料包括：酯化改性植物纖維，己二酸庚基壬基酯，聚乙烯－丙烯酸酯，聚氯乙烯，抗氧劑264，鄰苯二甲酸二辛酯，納米二氧化鈦和二辛基錫。

本發明還提供了一種耐低溫雙層複合塑木材料，該塑木材料包括內層芯體和包裹所述內層芯體的外層，所述內層芯體為通過將前文所述的內層芯體組分的原料混合接觸得到。

不僅如此，本發明還提供一種製備前文所述的塑木材料的方法，包括以下步驟：1)將前文所述內層芯體組分的原料混合接觸得到內層芯體組合物m1；2)將外層組分的原料混合接觸得到外層組合物m2；3)將上述m1和m2共擠。

在上述技術方案中，本發明通過控制雙層複合塑木材料內層芯體組分的原料，包括：酯化改性植物纖維，己二酸庚基壬基酯，聚乙烯－丙烯酸酯，聚氯乙烯，抗氧劑264，鄰苯二甲酸二辛酯，納米二氧化鈦，二辛基錫。在各原料的協同作用下，使塑木材料內層芯體具有良好的耐低溫性能，進而使所得的雙層複合塑木材料具有良好的耐低溫性能，同時，雙層複合塑木材料的內層芯體與外層之間結合力較強，能夠有效避免外層從內層芯體上剝離。而且，本發明提供的製備雙層複合塑木材料的方法具有製備原料易得，工序簡單和便於操作的優點。

具體實施方式

以下對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用於說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。

在本文中所披露的範圍的端點和任何值都不限於該精確的範圍或值，這些範圍或值應當理解為包含接近這些範圍或值的值。對於數值範圍來說，各個範圍的端點值之間、各個範圍的端點值和單獨的點值之間，以及單獨的點值之間可以彼此組合而得到一個或多個新的數值範圍，這些數值範圍應被視為在本文中具體公開。

為了實現上述目的，一種耐低溫雙層複合塑木材料內層芯體組分的原料，所述內層芯體組分的原料包括：酯化改性植物纖維，己二酸庚基壬基酯，聚乙烯－丙烯酸酯，聚氯乙烯，抗氧劑264，鄰苯二甲酸二辛酯，納米二氧化鈦和二辛基錫。

在上述技術方案中，本發明通過控制雙層複合塑木材料內層芯體組分的原料，包括：酯化改性植物纖維，己二酸庚基壬基酯，聚乙烯－丙烯酸酯，聚氯乙烯，抗氧劑264，鄰苯二甲酸二辛酯，納米二氧化鈦，二辛基錫。在各原料的協同作用下，使塑木材料內層芯體具有良好的耐低溫性能，進而使所得的雙層複合塑木材料具有良好的耐低溫性能，同時，雙層複合塑木材料的內層芯體與外層之間結合力較強，能夠有效避免外層從內層芯體上剝離。

本發明中，酯化植物纖維可以採用多種類型的酯化植物纖維，例如無機酸酯化植物纖維，有機酸、酸酐、醯基氯酯化植物纖維等均可實現本發明。酯化植物纖維可以是酯化的常規植物纖維，如酯化木粉、酯化竹粉、酯化秸稈纖維等。另外，常規納米二氧化鈦如平均粒徑為200nm、300nm、100nm以下的納米二氧化鈦均可實現本發明。在本發明中聚乙烯－丙烯酸酯可以有多種選擇，例如可以是常見的聚醋酸乙烯-丙烯酸丁酯、聚苯乙烯-丙烯酸丁酯、聚乙烯-丙烯酸乙酯、聚醋酸乙烯-丙烯酸甲酯等，在本發明的實施例中，選擇聚乙烯-丙烯酸甲酯進行說明。在本發明中，聚氯乙烯的分子量可以在較寬範圍內選擇，均可實現本發明，在本發明的實施例中，選擇數均分子量為60000的聚氯乙烯進行說明。

本發明中內層芯體各組分的含量可以在較寬的範圍內選擇，為了使所得的雙層複合塑木材料具有更好的耐低溫性能，同時雙層複合塑木材料的外層與內層芯體之間結合力較強，優選地，內層芯體組分的原料，以重量份計，相對於100重量份的酯化改性植物纖維，己二酸庚基壬基酯15-25份，聚乙烯－丙烯酸酯35-55份，聚氯乙烯10-18份，抗氧劑2648-15份，鄰苯二甲酸二辛酯8-12份，納米二氧化鈦5-8份和二辛基錫8-13份。

本發明中，酯化植物纖維可以採用多種類型的酯化植物纖維，例如無機酸酯化植物纖維，有機酸、酸酐、醯基氯酯化植物纖維等，為了提高酯化植物纖維與其他原料的相容性及協同作用，提高內層芯體的耐低溫性能，優選地，所述酯化改性植物纖維為馬來酸酐酯化植物纖維，其酯化度為220-250。

本發明中，所述酯化改性植物纖維可以有多種選擇，優選為酯化改性的木粉、竹粉、秸稈粉、麥稈粉中的一種或多種。

此外，本發明還提供一種耐低溫雙層複合塑木材料，該塑木材料包括內層芯體和包裹所述內層芯體的外層，所述內層芯體為通過將前文所述的內層芯體組分的原料混合接觸得到。

在上述技術方案中，本發明通過控制雙層複合塑木材料外層用組合物的組分及原料配比，在各原料的協同作用下，使所得的雙層複合塑木材料具有良好的耐低溫性能，同時，雙層複合塑木材料的外層與內層芯體之間結合力較強，能夠有效避免外層從內層芯體上剝離。

在本發明中，外層有多種方式設置於內層芯體的表面如共擠、膜壓等，為了提高外層和內層芯體的結合性能，避免塑木材料在使用過程中外層從內層芯體表面發生剝離，優選地，塑木材料還包括位於外層和內層芯體之間的結合層，所述結合層的組分包括所述外層的組分、內層芯體的組分和交聯劑。

在本發明中，結合層的組分及配方可以在多種範圍內選擇，為了使內層芯體和外層之間具有良好的結合性能，優選地，以結合層的組分總重量為100％計，外層的組分佔40-60％，內層芯體的組分佔25％-35％，交聯劑佔15-25％。

交聯劑可以有多種選擇，只要能與內層芯體組分和外層組分發揮協同作用，在二者之間形成結合層即可，更進一步地，交聯劑為二丙烯酸-1，4-丁二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯和丙烯酸丁酯的一種或多種，在本發明的實施例中，選擇二丙烯酸-1，4-丁二醇酯進行說明。

在本發明中，外層組分的組合物可以是常規配方，為了提高塑木材料的耐低溫性，同時使外層與內層芯體具有較高的結合性能，優選地，所述外層組分的原料中含有過氧化苯甲醯、189#不飽和聚酯樹脂、丙烯酸甲酯、對苯二甲酸、乙基三甲氧基矽烷、過氧化環己酮二丁酯和納米二氧化鈦。

在本發明中外層組分的原料可以在較寬的範圍內選擇，為了使外層具有較好的耐低溫性能同時與內層芯體具有較好的結合性能，進一步提高雙層塑木材料的耐低溫性能，更進一步地，所述外層組分的原料包括：以重量份計，相對於100重量份的189#不飽和聚酯樹脂，過氧化苯甲醯8-15份，丙烯酸甲酯60-75份，對苯二甲酸20-30份，乙基三甲氧基矽烷8-15份，過氧化環己酮二丁酯60-75份和納米二氧化鈦12-18份。

本發明還提供一種製備前文所述的塑木材料的方法，包括以下步驟：1)將前文所述內層芯體組分的原料混合接觸得到內層芯體組合物m1；2)將外層組分的原料混合接觸得到外層組合物m2；3)將上述m1和m2共擠。

在上述技術方案中，製備該耐低溫雙層複合塑木材料的方法具有製備原料易得，工序簡單和便於操作的優點。

在本發明中，製備條件包括製備內層芯體的工藝、製備外層的工藝可以是本領域的常規工藝技術。為了使內層芯體與外層能夠結合的更好，同時為了使塑木材料整體具有更好的耐低溫性能，優選地，在步驟1)中，混合溫度為90-100℃，混合時間為3-10min。

在本發明中，製備條件包括製備芯體的工藝、製備外層的工藝可以是本領域的常規工藝技術。為了使芯體與外層能夠結合的更好，同時為了使塑木材料整體具有更好的抗彎曲性能，優選地，在步驟3)中，共擠溫度為140-180℃。

在本發明中外層組分的組合物可以在較寬的範圍內選擇，為了使外層具有較好的耐低溫性能同時與內層芯體具有較好的結合性能，進一步提高雙層塑木材料的耐低溫性能，更進一步地，外層組分的原料優選為前文所述的外層組分的原料。

同時，在本發明中，為了提高外層和內層芯體的結合性能，避免塑木材料在使用過程中外層從內層芯體表面發生剝離，優選地，該方法包括以下步驟:1)將內層芯體組合物m1擠出，得到m4；2)將內層芯體m4塗覆交聯劑獲得m5；3)將外層組合物m2擠出並包覆m5表面，冷卻，晾乾。上述技術方案通過在內層芯體m1表面先塗覆交聯劑，之後再將外層組分的組合物m2擠出包裹之上，使得交聯劑能夠同時與內層芯體的組分和外層組分發生協同作用，在內層芯體與外層之間形成結合層，從而提高了外層與內層芯體的結合性能，同時，該結合層也具有很好的耐低溫性，從而進一步提高了塑木材料的耐低溫性。

在本發明中，為了提高交聯劑與內層芯體組分和外層組分的協同效果，優選地，其中步驟2)與步驟3)的時間間隔不超過1min。

在本發明中，為了提高交聯劑與芯體組分和外層組分的協同效果，優選地，其中，步驟1)中的擠出溫度為140-180℃。

在本發明中，為了提高交聯劑與芯體組分和外層組分的協同效果，優選地，其中，步驟3)中的擠出溫度為140-180℃。

在本發明中，交聯劑可以有多種選擇，只要能與內層芯體組分和外層組分發揮協同作用，在二者之間形成結合層即可，更進一步地，交聯劑為二丙烯酸-1，4-丁二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、丙烯酸丁酯的一種或多種。

以下將通過實施例對本發明進行詳細描述。以下實施例中，低溫落錘衝擊的檢測是通過gb/t24508-2009的標準進行的，抗凍融性的檢測是通過gb/t24508-2009的標準進行的，表面膠合強度的檢測是通過gb/t15102-2006的標準進行的。

植物纖維為粒徑為60目的木粉，含水量為5％，購自南京橋盛辦公家具有限公司的產品；聚乙烯-丙烯酸甲酯為硬度(shorea)45～90的聚乙烯-丙烯酸甲酯(aem)混煉膠，購自台州立信橡膠科技有限公司；聚氯乙烯為數均分子量在60000的聚氯乙烯；納米二氧化鈦的平均粒徑為90nm的納米二氧化鈦；其餘原料為常規市售品。

酯化改性植物纖維的製備例：

第一步：將10重量份的木粉置於耐酸容器，加入50重量份的乙酸，在室溫下浸泡0.5天；

第二步：將步驟一中浸泡活化後的木粉和5重量份的馬來酸酐、0.1重量份的98wt％的濃硫酸混合，加熱至60℃，攪拌反應1.5h；

第三步：將步驟二中得到的產物自然冷卻至室溫，加入適量的水洗滌產物至弱酸性，在80℃條件下真空乾燥2h即得最終的酯化改性木粉，酯化度平均為240。

實施例1

步驟一：準備內層芯體組分的原料，稱取：100kg酯化改性木粉，己二酸庚基壬基酯15kg，聚乙烯－丙烯酸甲酯35kg，聚氯乙烯10kg，抗氧劑2648kg，鄰苯二甲酸二辛酯8kg，納米二氧化鈦5kg，二辛基錫8kg，將上述原料進行混合，混合溫度為100℃，混合時間為10min，得到內層芯體組合物m1；

步驟二：準備外層組分的原料：相對於10kg189#不飽和聚酯樹脂，過氧化苯甲醯1.5kg，丙烯酸甲酯7.5kg，對苯二甲酸3kg，乙基三甲氧基矽烷1.5kg，過氧化環己酮二丁酯7.5kg，納米二氧化鈦1.8kg，將上述原料進行混合，得到外層組合物m2；

步驟三：將上述m1和m2在雙螺杆共擠機中擠出，共擠溫度為140℃，製得耐低溫雙層複合塑木材料a1，該木塑複合材料的性能參數見表1。

實施例2

步驟一：準備內層芯體組分的原料，稱取：100kg酯化改性木粉，己二酸庚基壬基酯25kg，聚乙烯－丙烯酸甲酯55kg，聚氯乙烯18kg，抗氧劑26415kg，鄰苯二甲酸二辛酯12kg，納米二氧化鈦8kg，二辛基錫13kg，將上述原料進行混合，混合溫度為90℃，混合時間為3min，混合得到內層芯體組合物m1；

步驟二：準備外層組分的原料：相對於10kg189#不飽和聚酯樹脂，過氧化苯甲醯1.5kg，丙烯酸甲酯7.5kg，對苯二甲酸3kg，乙基三甲氧基矽烷1.5kg，過氧化環己酮二丁酯7.5kg，納米二氧化鈦1.8kg，將上述原料進行混合，得到外層組合物m2；

步驟三：將上述m1和m2在雙螺杆共擠機中擠出，共擠溫度為180℃，製得耐低溫雙層複合塑木材料a2，該木塑複合材料的性能參數見表1。

實施例3

步驟一：準備內層芯體組分的原料，稱取：100kg酯化改性木粉，己二酸庚基壬基酯20kg，聚乙烯－丙烯酸甲酯45kg，聚氯乙烯14kg，抗氧劑26411kg、鄰苯二甲酸二辛酯10kg、納米二氧化鈦6.5kg、二辛基錫11kg，將上述原料進行混合，混合溫度為95℃，混合時間為6.5min，混合得到內層芯體組合物m1；

步驟二：準備外層組分的原料：相對於10kg189#不飽和聚酯樹脂，過氧化苯甲醯1.5kg，丙烯酸甲酯7.5kg，對苯二甲酸3kg，乙基三甲氧基矽烷1.5kg，過氧化環己酮二丁酯7.5kg，納米二氧化鈦1.8kg，將上述原料進行混合，得到外層組合物m2；

步驟三：將上述m1和m2在雙螺杆共擠機中擠出，共擠溫度為160℃，製得耐低溫雙層複合塑木材料a3，該木塑複合材料的性能參數見表1。

實施例4

按照實施例3的方法進行製備內層芯體和外層組分的組合物，不同的是，在內層芯體表面塗覆10kg二丙烯酸-1，4-丁二醇酯，塗覆溫度為160℃，其中，塗覆過二丙烯酸-1，4-丁二醇酯與塗覆外層組分的組合物之間的時間間隔為30s，然後冷卻，晾乾，製得耐低溫雙層複合塑木材料a4，該木塑複合材料的性能參數見表1。

對比例1

按照實施例3的方法製備塑木材料b1，不同的是步驟1中不添加酯化改性木粉，而選用非改性的木粉。結果如表1所示。

對比例2

按照實施例3的方法製備塑木材料b2，不同的是步驟1中不添加己二酸庚基壬基酯。結果如表1所示。

對比例3

按照實施例3的方法製備塑木材料b3，不同的是步驟1中不添加聚乙烯－丙烯酸甲酯。結果如表1所示。

對比例4

按照實施例3的方法製備塑木材料b4，不同的是步驟1中不添加聚氯乙烯。結果如表1所示。

對比例5

按照實施例3的方法製備塑木材料b5，不同的是步驟1中不添加抗氧劑264。結果如表1所示。

對比例6

按照實施例3的方法製備塑木材料b6，不同的是步驟1中不添加鄰苯二甲酸二辛酯。結果如表1所示。

對比例7

按照實施例3的方法製備塑木材料b7，不同的是步驟1中不添加納米二氧化鈦。結果如表1所示。

對比例8

按照實施例3的方法製備塑木材料b8，不同的是步驟1中不添加二辛基錫。結果如表1所示。

表1

以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬於本發明的保護範圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重複，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。