一种植物纤维高密度聚乙烯复合材料及其制备方法

摘要

一种植物纤维高密度聚乙烯复合材料及其制备方法，该植物纤维高密度聚乙烯复合材料由基料植物纤维和高密度聚乙烯树脂及助剂浸渍剂丙烯酸丁酯、引发剂过氧化苯甲酰、促进剂二甲基苯胺、稳定剂环氧大豆油、抗氧化剂1076和润滑剂硬脂酸混配制成。所述植物纤维在基料中的含量为50wt%-90wt%,高密度聚乙烯树脂在基料中的含量为10wt%-50wt%。本发明植物纤维高密度聚乙烯复合材料制备成本低，对环境污染少，可以节省木材资源；可锯、可刨、可钉，既具有木材加工性能好的优点，又克服了木材怕虫蛀的缺点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种木塑复合材料，具体地说，是涉及一种植物纤维高密度聚乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

现有复合木材如复合地板等均是由多块木材直接加入粘结剂复合而成，其成本较高；而且使用的粘结剂常常含有甲醛，造成对环境的污染；也对人体健康产生严重影响，目前也有人在研究植物纤维木塑复合材料；但是由于植物纤维与树脂基体表面性能不同，两者复合时界面粘接效果较差，从而导致复合材料各项性能的降低，影响了该复合材料的普及应用。另一方面由于纤维与塑料基体之间较差的相容性使得纤维的添加量受到严重的限制，已报导的植物纤维木塑复合材料中纤维的含量只有10-45wt%，这种材料的成本仍然较高，还有昂贵的添加剂成本，使得这种复合材料的市场价格相当于甚至高于通用塑料及实木，从而制约了一种植物纤维木塑复合材料的发展与应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中植物纤维与树脂界面两相相容难，植物纤维添加量不高的缺点，提供一种成本低廉、性能优良的植物纤维高密度聚乙烯复合材料及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明之植物纤维高密度聚乙烯复合材料由基料植物纤维和高密度聚乙烯树脂或高密度聚乙烯回收粒料或高密度聚乙烯树脂与高密度聚乙烯回收粒料的混合料及助剂浸渍剂丙烯酸丁酯、引发剂过氧化苯甲酰、促进剂二甲基苯胺、稳定剂环氧大豆油、抗氧化剂1076（丙酸正十八碳醇酯）和润滑剂硬脂酸混配制成，所述植物纤维在基料中的含量为50wt%-90wt%, 高密度聚乙烯树脂或高密度聚乙烯回收粒料或高密度聚乙烯树脂与高密度聚乙烯回收粒料的混合料在基料中的含量为10wt%-50wt%，助剂浸渍剂丙烯酸丁酯含量为植物纤维的4wt%-10wt%、引发剂过氧化苯甲酰含量为植物纤维的1wt%-3wt%、促进剂二甲基苯胺的含量为植物纤维的0.3wt%-1.5wt%、稳定剂环氧大豆油的含量为植物纤维的3wt%-5wt%，抗氧化剂1076的含量为植物纤维和高密度聚乙烯总重量的0.2wt%-0.8wt%，润滑剂硬脂酸的含量为植物纤维和高密度聚乙烯总重量的1wt%-3wt%。

所述植物纤维可以是木粉、竹粉、稻糠粉中的至少一种。

本发明之植物纤维高密度聚乙烯复合材料的制造方法，包括以下步骤：

(1)植物纤维预处理：将主要成分为植物纤维的木材加工下脚料或竹材加工下脚料、稻糠等，用磨研机粉碎，过筛，制成60~100目的木粉、竹粉或稻糠粉，然后置于60-70℃的烘箱中干燥45-50小时，至含水量≤5％，再置于搅拌器中搅拌，调节转速为50-70r/min，同时加入丙烯酸丁酯、过氧化苯甲酰、二甲基苯胺、环氧大豆油, 混合110-130 min，然后升温至100~400℃保持3.5-4.5h，使木粉与助剂的混合料硬化，得到改性植物纤维粉；（2）将高密度聚乙烯树脂或高密度聚乙烯塑料回收粒料或高密度聚乙烯树脂与高密度聚乙烯塑料回收粒料、抗氧化剂1076和润滑剂硬脂酸在高混机中混合4-7min，出料备用；（3）挤出造粒：设定螺杆挤出机温度140-185℃，将步骤（2）所得高密度聚乙烯与抗氧化剂1076和润滑剂硬脂酸的混合料置于螺杆挤出机中塑化熔融为粘性液体，然后将步骤（1）所得改性植物纤维粉加入已成为粘性液体的塑化熔融物中，在螺杆作用下，改性植物纤维粉在塑化熔融物中均匀分散、取向，得到表观均一，分散程度较高的改性植物纤维和高密度聚乙烯并含有相关助剂的复合体系，通过口模和切粒机挤出造粒，形成植物纤维高密度聚乙烯复合材料粒料；（4）成型：将步骤（3）所得植物纤维高密度聚乙烯复合材料粒料加入到模具中，在平板硫化机上模压成型，控制加热速度为6-8℃/min，升温到170-180℃，保持5-8min，待其熔融后加压到8-10MPa并保持15-20min, 最后在所设定成型压力条件下自然冷却至室温，开模、裁切，即成。

本发明的优点：（1）复合材料中的植物纤维量可达50％～70wt％；大大降低了成本；（2）可变废为宝,减少环境污染，也可以节省木材资源；（3）引入适当的偶联剂后，克服了植物纤维与高密度聚乙烯之间的极性相斥、结合效果很差的缺点，可以对塑料或植物纤维表面改性，从而改善其彼此之间的相容性，提高材料的力学性能，以及复合材料中植物纤维的含量；（4）所生产的植物纤维高密度聚乙烯复合材料使用方便，可锯、可刨、可钉，既具有木材加工性能好的特点，又克服了木材怕虫蛀的缺点;（5）应用广泛，可以替代木制包装材料和铺垫材料，也可以用于装饰板，地板、以及化工行业的耐腐工棚，通道，台架以及铸造模型等。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1:

本实施例植物纤维高密度聚乙烯复合材料基料含60wt%木粉、40wt%高密度聚乙烯，助剂：浸渍剂丙烯酸丁酯的含量为植物纤维的5wt%、引发剂过氧化苯甲酰的含量为植物纤维的2wt%、促进剂二甲基苯胺的含量为植物纤维的1wt%、稳定剂环氧大豆油的含量为植物纤维的4wt%，抗氧化剂1076的含量为植物纤维和高密度聚乙烯塑料总重量的0.5wt%，润滑剂硬脂酸的含量为植物纤维和高密度聚乙烯塑料总重量的1.2wt%。

制备：(1)植物纤维预处理：将木材加工下脚料用磨研机粉碎，过筛，制成80目的木粉，然后置于65℃的烘箱中干燥48小时，至含水量4.8％，再置于搅拌器中搅拌，调节转速为60r/min，同时加入丙烯酸丁酯、过氧化苯甲酰、二甲基苯胺、环氧大豆油, 混合120 min，然后升温至250℃保持4h，使木粉与助剂丙烯酸丁酯、过氧化苯甲酰、二甲基苯胺和环氧大豆油的混合料硬化，得到改性植物纤维粉；（2）将高密度聚乙烯树脂、抗氧化剂1076和润滑剂硬脂酸在高混机中混合6min，出料备用；（3）挤出造粒：设定螺杆挤出机温度170℃，将步骤（2）所得高密度聚乙烯与抗氧化剂1076和润滑剂硬脂酸的混合料置于螺杆挤出机中塑化熔融为粘性液体，然后将步骤（1）所得改性植物纤维粉加入已成为粘性液体的塑化熔融物中，在螺杆作用下，改性植物纤维粉在塑化熔融物中均匀分散、取向，得到表观均一，分散程度较高的改性植物纤维粉、高密度聚乙烯并含有相关助剂的复合体系，通过口模和切粒机挤出造粒，形成植物纤维粉高密度聚乙烯复合材料粒料；（4）成型：将步骤（3）所得植物纤维粉高密度聚乙烯复合材料粒料加入到模具中，在平板硫化机上模压成型，控制加热速度为7℃/min，升温到175℃，保持7min，待其熔融后加压到9MPa并保持18min, 最后在所设定成型压力条件下自然冷却至室温，开模、裁切，即成。

本实施例产品性能测试方法为：拉伸强度按GB/T1040-92规定方法测试；悬臂梁缺口冲击强度按GB/T1843-80规定方法测试；弯曲强度按GB/T1042-79规定方法测试（下同）；该复合材料的拉伸强度15MPa，抗弯强度是12MPa，冲击强度19kJ/m²。

实施例2： 

本实施例植物纤维高密度聚乙烯复合材料基料含65%竹粉、35%高密度聚乙烯塑料回收粒料；助剂：浸渍剂丙烯酸丁酯的含量为植物纤维的4.5wt%、引发剂过氧化苯甲酰的含量为植物纤维的1.5wt%、促进剂二甲基苯胺的含量为植物纤维的1.2wt%、稳定剂环氧大豆油的含量为植物纤维的3.5wt%，抗氧化剂1076的含量为植物纤维和高密度聚乙烯塑料总量的0.45wt%，润滑剂硬脂酸的含量为植物纤维和高密度聚乙烯塑料总量的1.0wt%。

 制备方法同实施例1。

本实施例产品，拉伸强度18MPa，抗弯强度是13MPa，冲击强度20kJ/m²。