一种发泡HDPE木塑型材及其制备方法

摘要

本发明涉及木塑复合材料领域，提供了一种发泡HDPE木塑型材，原料如下：HDPE基体20～50份，POE粉8～13份，壳聚糖‑纳米银复合抗菌剂预处理的木粉30～60份，粒径100～500nm的纳米氧化钙粉2～4份，长链烷基与聚醚共改性硅油2～4份，润滑剂0.5～5份，AC发泡剂0.5～5份，抗老剂0.5～0.8份。本发明还提供了一种上述发泡HDPE木塑型材的制备方法。本发明的优点在于：本发明制备的发泡HDPE木塑型材的强度高、外观平滑光亮、抗菌性好，且不易老化。

说明书

技术领域

本发明涉及木塑复合材料领域，尤其涉及一种发泡HDPE木塑型材及其制备方法。

背景技术

木塑复合材料，也称木质塑料复合材料(WPC)，是一类新兴材料，其包括了范围相当宽的一类复合材料，这些材料是用纯净的或者回收的塑料与天然的纤维填料制成。其中，塑料可以是高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)以及聚氯乙烯(PVC)等材料，天然纤维则可以包括木粉和麻布纤维。其中，发泡木塑复合材料具有质量轻、尺寸稳定性优良、吸音、吸震、保温、方便打钉安装等功能，被广泛应用于室外休闲地板、墙板装饰、围栏板等领域。

但尽管发泡木塑复合材料具有许多优点，却也存在一些不足之处，例如，产品强度不足，外观不平滑光亮，易受微生物侵蚀、易老化。

据此，目前急需一种强度高、外观平滑光亮、抗菌性好，且不易老化的新型发泡木塑复合型材及其制备方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种强度高、外观平滑光亮、抗菌性好，且不易老化的发泡HDPE木塑型材及其制备方法。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种发泡HDPE木塑型材，包括如下重量份数的原料：HDPE基体20～50份，POE粉8～13份，壳聚糖-纳米银复合抗菌剂预处理的木粉30～60份，粒径100～500nm的纳米氧化钙粉2～4份，长链烷基与聚醚共改性硅油2～4份，润滑剂0.5～5份，AC发泡剂0.5～5份，抗老剂0.5～0.8份。

作为本发明的优选方式之一，所述发泡HDPE木塑型材具体包括如下重量份数的原料：HDPE基体30份，POE粉10份，壳聚糖-纳米银复合抗菌剂预处理的木粉45份，粒径300nm的纳米氧化钙粉3份，长链烷基与聚醚共改性硅油3份，润滑剂3份，AC发泡剂3份，抗老剂0.7份。

作为本发明的优选方式之一，所述壳聚糖-纳米银复合抗菌剂预处理的木粉通过以下方式获得：将木粉质量10～15％的壳聚糖-纳米银复合抗菌剂喷洒于木粉表面，再于高速混合机75～80℃、350～500r/min条件下搅拌15～20min。

作为本发明的优选方式之一，所述壳聚糖-纳米银复合抗菌剂的制备方法如下：将壳聚糖溶于0.2～2wt％的乙酸溶液中，制得0.5～3wt％的壳聚糖乙酸溶液；向壳聚糖乙酸溶液中加入0.02～0.2mol/L的硝酸银水溶液，壳聚糖乙酸溶液与硝酸银水溶液的体积比控制在(80～100):1；将混合液于600～900r/min磁力搅拌器上反应10～30min后，保持搅拌条件下向混合液中缓慢滴加浓度为0.05～0.2mol/L的硼氢化钠水溶液，至混合液颜色呈黄棕色、且取样后经含氯离子的溶液鉴定无沉淀产生为止，据此获得壳聚糖-纳米银复合抗菌剂。

作为本发明的优选方式之一，所述润滑剂为硬胆酸锌、乙撑双脂肪酸酰胺、聚酯蜡、硬脂酸中的一种或几种。

作为本发明的优选方式之一，所述抗老剂为巴斯夫UV-234抗老剂。

一种上述发泡HDPE木塑型材的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备抗菌剂：将壳聚糖溶于0.2～2wt％的乙酸溶液中，制得0.5～3wt％的壳聚糖乙酸溶液；向壳聚糖乙酸溶液中加入0.02～0.2mol/L的硝酸银水溶液，壳聚糖乙酸溶液与硝酸银水溶液的体积比控制在(80～100):1；将混合液于600～900r/min磁力搅拌器上反应10～30min后，保持搅拌条件下向混合液中缓慢滴加浓度为0.05～0.2mol/L的硼氢化钠水溶液，至混合液颜色呈黄棕色、且取样后经含氯离子的溶液鉴定无沉淀产生为止，据此获得壳聚糖-纳米银复合抗菌剂；

(2)对木粉进行预处理：用筛子筛选粒度100～105目的木粉，并将木粉质量10～15％的壳聚糖-纳米银复合抗菌剂喷洒于木粉表面，再于高速混合机75～80℃、350～500r/min条件下搅拌15～20min，制得壳聚糖-纳米银复合抗菌剂预处理的木粉；

(3)预处理后木粉的干燥：将步骤(2)制得的木粉于140～150℃的温度下热烘4～5h；

(4)称取各原料：按照上述重量份数分别称取步骤(3)的木粉以及剩下的各原料，备用；

(5)制备目标所需的木塑型材：首先，将称取的木粉与粒径100～500nm的纳米氧化钙粉于高速1500～2500r/min下混合10～15min，再加入其余原料；加入所有原料后，先经高速1500～2500r/min下混合20～30min，再经低速300～600r/min混合5～10min，制得预混料；最后，将该预混料经挤出机挤出造粒后，直接采用挤出工艺方法成型加工成目标所需的发泡HDPE木塑型材。

本发明相比现有技术的优点在于：

(1)本发明通过在配方、工艺上的改进，在HDPE基体中添加POE粉，可有效增强木塑型材的强度，提高其力学特性；经测试，本发明发泡木塑型材的弯曲强度≥28Kpa；

(2)本发明选用粒径100～500nm的纳米氧化钙粉与木粉进行高速混合；一方面，利用氧化钙粉末较强的吸水特性吸收木粉中的水分，避免成品出现“水斑”；另一方面，氧化钙吸水后生成氢氧化钙，利用其碱性特性，还能够将木粉表面的胶质等溶解，提高木粉与树脂基体之间的相容性和界面结合力，提升木塑材料的力学性能；同时，再配合添加的长链烷基与聚醚共改性硅油、润滑剂，可更一步地提高成品的表面光洁度，使外观平滑光亮；

(3)壳聚糖是一种天然碱性多糖，安全无毒，具有良好的生物相容性和抗菌活性；银是一种具有广谱杀菌作用的抗菌剂，纳米银由于粒径较小而比表面积较大，更易与微生物相接触反应，相比银盐具有更强的抗菌作用；本发明通过将生物相容性良好的壳聚糖与抗菌性能优良的纳米银二者复合，制备得到具有高效广谱抗菌活性的壳聚糖-纳米银复合抗菌剂，并用该复合抗菌剂预处理木粉表面，赋予木塑复合材料良好的抗菌性能；

(4)本发明还在HDPE基体中添加抗老剂，且具体采用巴斯夫UV-234抗老剂，使得本发明木塑型材成品的抗老化性能也大大提高。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例的一种发泡HDPE木塑型材，包括如下重量份数的原料：HDPE基体20份，POE粉8份，壳聚糖-纳米银复合抗菌剂预处理的木粉30份，粒径100nm的纳米氧化钙粉2份，长链烷基与聚醚共改性硅油2份，硬胆酸锌0.5份，AC发泡剂0.5份，巴斯夫UV-234抗老剂0.5份。

所述发泡HDPE木塑型材的制备方法为：

(1)制备抗菌剂：将壳聚糖溶于0.2wt％的乙酸溶液中，制得壳聚糖乙酸溶液；向壳聚糖乙酸溶液中加入0.02mol/L的硝酸银水溶液，壳聚糖乙酸溶液与硝酸银水溶液的体积比控制在80:1；将混合液于600r/min磁力搅拌器上反应10min后，保持搅拌条件下向混合液中缓慢滴加浓度为0.05mol/L的硼氢化钠水溶液，至混合液颜色呈黄棕色、且取样后经含氯离子的溶液鉴定无沉淀产生为止，据此获得壳聚糖-纳米银复合抗菌剂；

(2)对木粉进行预处理：用筛子筛选粒度100目的木粉，并将木粉质量10％的壳聚糖-纳米银复合抗菌剂喷洒于木粉表面，再于高速混合机75℃、350r/min条件下搅拌15min，制得壳聚糖-纳米银复合抗菌剂预处理的木粉；

(3)预处理后木粉的干燥：将步骤(2)制得的木粉于140℃的温度下热烘4h；

(4)称取各原料：按照上述重量份数分别称取步骤(3)的木粉以及剩下的各原料，备用；

(5)制备目标所需的木塑型材：首先，将称取的木粉与粒径100nm的纳米氧化钙粉于高速1500r/min下混合10min，再加入其余原料；加入所有原料后，先经高速1500r/min下混合20min，再经低速300r/min混合5min，制得预混料；最后，将该预混料经挤出机挤出造粒后，直接采用挤出工艺方法成型加工成目标所需的发泡HDPE木塑型材。

实施例2

本实施例的一种发泡HDPE木塑型材，包括如下重量份数的原料：HDPE基体50份，POE粉13份，壳聚糖-纳米银复合抗菌剂预处理的木粉60份，粒径500nm的纳米氧化钙粉4份，长链烷基与聚醚共改性硅油4份，乙撑双脂肪酸酰胺5份，AC发泡剂5份，巴斯夫UV-234抗老剂0.8份。

所述发泡HDPE木塑型材的制备方法为：

(1)制备抗菌剂：将壳聚糖溶于2wt％的乙酸溶液中，制得壳聚糖乙酸溶液；向壳聚糖乙酸溶液中加入0.2mol/L的硝酸银水溶液，壳聚糖乙酸溶液与硝酸银水溶液的体积比控制在100:1；将混合液于900r/min磁力搅拌器上反应30min后，保持搅拌条件下向混合液中缓慢滴加浓度为0.2mol/L的硼氢化钠水溶液，至混合液颜色呈黄棕色、且取样后经含氯离子的溶液鉴定无沉淀产生为止，据此获得壳聚糖-纳米银复合抗菌剂；

(2)对木粉进行预处理：用筛子筛选粒度105目的木粉，并将木粉质量15％的壳聚糖-纳米银复合抗菌剂喷洒于木粉表面，再于高速混合机80℃、500r/min条件下搅拌20min，制得壳聚糖-纳米银复合抗菌剂预处理的木粉；

(3)预处理后木粉的干燥：将步骤(2)制得的木粉于150℃的温度下热烘5h；

(4)称取各原料：按照上述重量份数分别称取步骤(3)的木粉以及剩下的各原料，备用；

(5)制备目标所需的木塑型材：首先，将称取的木粉与粒径500nm的纳米氧化钙粉于高速2500r/min下混合15min，再加入其余原料；加入所有原料后，先经高速2500r/min下混合30min，再经低速600r/min混合10min，制得预混料；最后，将该预混料经挤出机挤出造粒后，直接采用挤出工艺方法成型加工成目标所需的发泡HDPE木塑型材。

实施例3

本实施例的一种发泡HDPE木塑型材，包括如下重量份数的原料：HDPE基体30份，POE粉10份，壳聚糖-纳米银复合抗菌剂预处理的木粉45份，粒径300nm的纳米氧化钙粉3份，长链烷基与聚醚共改性硅油3份，3聚酯蜡3份，AC发泡剂3份，巴斯夫UV-234抗老剂0.7份。

所述发泡HDPE木塑型材的制备方法为：

(1)制备抗菌剂：将壳聚糖溶于1wt％的乙酸溶液中，制得壳聚糖乙酸溶液；向壳聚糖乙酸溶液中加入0.1mol/L的硝酸银水溶液，壳聚糖乙酸溶液与硝酸银水溶液的体积比控制在90:1；将混合液于800r/min磁力搅拌器上反应20min后，保持搅拌条件下向混合液中缓慢滴加浓度为0.1mol/L的硼氢化钠水溶液，至混合液颜色呈黄棕色、且取样后经含氯离子的溶液鉴定无沉淀产生为止，据此获得壳聚糖-纳米银复合抗菌剂；

(2)对木粉进行预处理：用筛子筛选粒度101目的木粉，并将木粉质量13％的壳聚糖-纳米银复合抗菌剂喷洒于木粉表面，再于高速混合机78℃、400r/min条件下搅拌18min，制得壳聚糖-纳米银复合抗菌剂预处理的木粉；

(3)预处理后木粉的干燥：将步骤(2)制得的木粉于140～150℃的温度下热烘4.5h；

(4)称取各原料：按照上述重量份数分别称取步骤(3)的木粉以及剩下的各原料，备用；

(5)制备目标所需的木塑型材：首先，将称取的木粉与粒径300nm的纳米氧化钙粉于高速2000r/min下混合13min，再加入其余原料；加入所有原料后，先经高速2000r/min下混合25min，再经低速450r/min混合8min，制得预混料；最后，将该预混料经挤出机挤出造粒后，直接采用挤出工艺方法成型加工成目标所需的发泡HDPE木塑型材。

实施例4

本实施例对上述实施例1～3中发泡HDPE木塑型材进行性能检测，检测结果如表1所示。

表1本发明发泡HDPE木塑型材与市面上普通发泡木塑型材的性能对比

其中，上述“抗老化性能”实验按照GBT1040.4-2006标准，将木塑型材板材裁成哑铃型标准试样，然后根据GBT16422.3-2014标准，使用UVA型紫外线老化试验箱进行人工加速紫外老化试验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。