專利名稱：一種改性木塑復合材料其用途及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種改性木塑復合材料，更確切地說涉及一種隔音；隔熱，密封性好，強度高，耐候性好的改性復合材料，本發明還涉及上述復合材料的用途及該材料的制造方法。
最近幾年，木塑復合技術的研究已成為國內外同行業研究的熱點。然而現有的木塑產品性能偏低，產品質量不穩定，所以在現有技術中，木塑復合材料中木粉的含量均在40％以下，因而木塑復合材料的性能不理想，材料的性能更象塑料而不象木材，如果木粉含量增加到50％以上，其加工性能、強度都會有所改善，但由于木粉和塑料間的相界面結合強度低，造成產品力學性能低，因而導致產品質量無法滿足使用要求。而在木塑門窗型材、建筑模板及其它高檔木塑產品方面，目前尚未能夠提供合格的產品。
經對發明的技術檢索，查到了國內外有關的公開發明專利。一項為“木塑組合物”(申請號為901026395)，其塑料限于再生塑料，其原料中植物纖維顆粒與塑料原料的處理及采用的設備工藝是常規的混合和壓制，因此其產品未能實際應用。另一項為“木粉填充PVC制品’(申請號為001299352)，其中木粉含量小于40％。還有一項專利“木質塑料”(申請號94113968.9)，是利用模壓或注塑法生產，但沒能解決木粉塑料間相界面結合強度低的問題，總之，產業上一直期待力學性能好，外觀和加工性能更接近于木材的木塑產品的出現。
本發明是通過以下的組合物實現上述目的的，該組合物包括(重量百分比)木粉55％-70％；苯乙烯和丙烯酸甲酯混合單體2.0～8％(重量比1∶2)選自PVC、PP、PE中的任一種塑料25～35％二鹽基亞磷酸鉛0.5～2.0％二鹽基硬酯酸鉛0.2～1.5％硬酯酸鉛0.2～1.5％硬酯酸鈣；1.5～1.5％ACR-201(或401)1.0～3.0％碳酸鈣1.0～10.0％高分子蠟0.1～2.0％顏料微量為能更好的提高上述組合物的抗沖擊強度和熱穩定性及產品的光潔度上述組合物中可以加入三鹽基硫酸鉛＞0～1.5％，CPE＞0～4.0％，石蠟＞0～1.0％，氧化聚乙烯蠟＞0～1.0％。
上述組合物的制備是分兩步驟進行的，具體方法如下將以木纖維為主要成分的廢木材、樹枝、竹子、稻殼、花生殼及植物桔桿等物質破碎至小于30mm后，再經磨粉機磨成細度30目～300目的木粉，經吹熱風及110℃～150℃烘干，使水分≤2％，然后加入2.0-8.0％(重量比1∶2)接枝劑苯乙烯和丙烯酸甲酯，在高速混合機中混合至5～20分鐘出料，成為改性木粉，其已接枝的木粉為木粉總量的40％。
該塑料組分可以用新型塑料樹脂或廢塑料顆粒，也可以新、舊塑料混用。塑料的種類可以為PVC、PP、PE等，廢舊塑料經清洗、破碎、烘干處理將所用的塑粉制成粒度為2～12mm的粒料，使其水分含量≤2％。
將50-70％(重量百分比，以產品的總重量為基準下同)，改性木粉與塑料組分及其它助劑加入高速混合機，轉速800-1200rpm，高速混合5～20分鐘后，卸料至低速冷混機，冷混機筒壁內通入低于25℃的冷卻水，待料溫低于55℃出料，制成專用預混料。將預混料加入異向雙螺桿排氣技出機進行連續擠出，在擠出機中，物料溫度可達170～198℃，壓強可達20Mpa～37Mpa，在高溫、高壓及高剪切力作用下，所加的接枝劑在木粉表面及塑料高分子鏈上形成接枝鏈，接枝鏈之間形成物理及化學纏結，從而顯著提高了木粉與塑料間的粘接力，在高溫下經模具冷卻定型，制得高強度及高抗沖擊性的新型材料。
上述組合物中，除木粉及塑料外，苯乙烯和丙烯酸甲酯為熱接枝單體，二鹽基亞磷酸鉛、三鹽基硫酸鉛、二鹽基硬酯鉛為熱穩定劑，硬酯酸鉛、硬酯酸鈣和高分子蠟為潤滑劑，CPE為抗沖擊改性劑，ACR-201或401為加工助劑，碳酸鈣為補強填料。
其中定型模具采取真空吸附式，冷卻定型水溫為10℃～20℃；擠出機機筒溫度為130C～195℃，模頭溫度為160℃～200℃，排氣真空負壓為-0.05Mpa～-0.1Mpa。
也可以將上述預混料加入單螺桿擠出機先進行造粒，再加入排氣擠出機擠出制品。其中單螺桿擠出機機簡各段溫度為120℃～180℃，模頭溫度為150℃～200℃。
按以上工藝生產的改性木塑材料，生產出各種產品，其性能完全達到木塑門窗，建筑模板及其它高檔木塑產品的要求。本發明的木塑復合材料技術指標參見表1。
測試數據如下
通過上表可以看出經改性的復合材料具有很高的強度和抗彎和抗沖擊性能，此外本發明的材料的外觀近似木材，而且可以用刨、鋸，鑿等加工木材的方式加工，從而使該復合材料具有隔熱、隔音、耐候性好，不腐蝕，耐環境應力等優點，從根本上解決了已往木塑技術的產品力學強度低的缺點，其中抗沖擊強度的顯著提高有效解決了原來產制品的脆性問題，使木塑復合技術轉化為實際的高性能商品。而且該木塑復合材料生產能耗低，生產過程產生的廢料可全部回收再利用，無環境污染，是典型的綠色環保產品。利用該木塑復合材料可制成各種復雜形狀、尺寸穩定異型工程材料，如門窗用型材、建筑模板、墻體隔板、整體樓梯等等；對于強度要求較低的制品如地板材料、辦公家具、公園坐椅、圍欄等，都可開發制作，其應用范圍極其廣闊。
下面通過實施例進一步說明本發明。
實施例1將廢樹枝除去塵土，經磨粉機磨成細度為60目～100目的木粉，經110℃～150℃烘干，水分≤2％；再和4％的苯乙烯和丙烯酸甲酯(重量比1∶2)的混合物一起，在高速混合機中混合至8分鐘出料，成為改性木粉。
取重量比為1∶1的PVC塑料與回收的PVC塑料，所述的回收PVC塑料經清洗、破碎、烘干處理后，制成水分含量≤2％、粒度小于12mm的粒料。
將原料重量配比為(以產品總重量為基準)木粉59％。
苯乙烯和丙烯酸甲酯混合單體4％(重量1∶2)
PVC塑料26％二鹽基亞磷酸鉛1.0％三鹽基硫酸鉛0.5％二鹽基硬醋酸鉛；0.1％硬酯酸鉛0.3％硬酯酸鈣0.6％CPE3.0％ACR-2012.0％碳酸鈣3.0％高分子蠟0.2％石蠟0.3％的原料加入高速混合機，轉速800-1200rpm，高速混合10分鐘；卸料至低速冷混機，冷混機簡壁內通入20℃的冷卻水，待料溫低于55℃出料，制成專用預混料，將預混料加入異向雙螺桿排氣擠出機進行連續擠出，經板材模具冷卻定型制得人造板材，其中采取真空吸附式定型模具，冷卻定型水溫為10℃～18℃；擠出機機筒溫度為130℃～195℃，模頭溫度為I60℃～200℃，然氣真空負壓為一006MPa～-0.09Mpa。
測試數據如下
所得板材外觀與木材相似且可用加工木材的方式進行加工。
實施例2將干毛竹清理干凈，破碎至30mm以下粒度，經磨粉機磨成細度60目～100目的毛竹粉，經110℃～150℃烘干，使水份≤2％后加入的苯乙烯和丙烯酸甲酯混合物體，在高速混合機中混合15分鐘出料，得到改性毛竹粉。
塑料組分采用PP塑料樹脂。
將原料重量配比為(以產品總重量為基準)毛竹粉66％；苯乙烯和丙烯酸甲酯混合物(重量比為1∶2)5％無規PP新料23％硬酯酸鈣0.6％碳酸鈣 2.5％石蠟0.8％將表面處理后原料與塑料組分及其它助劑加入高速混合機，轉速800-1200rpm，高速混合18分鐘，卸料至低速冷混機，冷混機筒壁內通入20℃的冷卻水，待料溫低于55℃出料，制成預混料，將預混料加入排氣擠出機進行連續擠出，經模具冷卻定型制得人造木材，可用于制作餐桌面板、浴室隔墻板，游泳池地板等等。采取真空吸附式定型模具，冷卻定型水溫為14℃～20℃；擠出機機筒溫度為160℃～210℃，模頭溫度為190℃～230℃，排氣真空負壓為-0.04MPa～-0.1Mpa。
測試數據如下
所得板材外觀極似木材，且可用加工木材的方法及對其加工。
權利要求
1.一種改性木塑復合材料，其特征為該組合物包括木粉55％-70％；苯乙烯和丙烯酸甲酯混合單體2.0～8％(重量比1∶2)；選自PVC、PP、PE中的任一種塑料25～35％；二鹽基亞磷酸鉛0.5～2.0％；二鹽基硬酯酸鉛0.2～1.5％；硬酯酸鉛0.2～1.5％；硬酯酸鈣；1.5～1.5％；ACR-201(或401)1.0～3.0％；碳酸鈣1.0～10.0％；高分子蠟0.1～2.0％；
2.根據權利要求1所述的木塑復合材料，其特征為除上述組份外還可以加入三鹽基硫酸鉛＞0～1.5％，CPE＞0～4.0％，石蠟＞0～1.0％，氧化聚乙烯蠟＞0～1.0％。
3.一種權利要求1或2的改性木塑復合材料的制備方法，其特征為所述的復合材料是分兩步生產的，1)將細度30目～300目的木粉，經吹熱風及110℃～150℃烘干，使水分≤2％，然后加入2.0-8.0％的接枝劑苯乙烯和丙烯酸甲酯(重量比1∶2)，在高速混合機中混合5～20分鐘出料，成為改性木粉。2)將50-70％(重量百分比，以產品的總重量為基準下同)的，所述改性木粉與25-35％的水分≤2％，粒度為2-12mm的選取自PVC、PP、PE塑料組分及上述其它助劑加入高速混合機，以轉速800-1200rpm，高速混合5～20分鐘后，卸料至筒壁內通入低于25℃的冷卻水的低速冷混機中，待料溫低于55℃出料，制成預混料。將該預混料加入擠出設備連續擠出，在高溫下經模具冷卻定型。
4.根據權利要求3所述的改性復合材料的制備方法，其特征為在擠出設備中，物料溫度為170～198℃，壓強為20Mpa～37Mpa
全文摘要
本發明涉及一種改性木塑復合材料其用途及其制造方法，其利用木粉及塑料或廢舊塑料為主要原料，配以少量助劑，用專用接技劑對木粉及塑料表面進行接枝改性處理，有效增強木粉和塑料間的界面強度，采用連續擠出工藝，利用各種斷面形狀的模具，擠出生產各種高性能復合材料。其中木粉成分含量超過50％。該發明通過木粉與塑料表面的接枝處理，顯著提高了復合材料的拉伸強度、抗彎強度及抗沖擊強度，可以實現高性能產品如建筑工程材料的工業化生產。
文檔編號C08L97/00GK1445285SQ0210443
公開日2003年10月1日 申請日期2002年3月14日 優先權日2002年3月14日
發明者韓修智, 趙永生, 許志剛, 米春艷 申請人:北新建材(集團)有限公司