本发明涉及一种木塑复合材料，以重量份计包括以下原料组分：植物维醋酸酯65‑75份，氨化聚丙烯3‑6份、微米级SiO20.5‑1.5份、有机硅烷15‑25份、植酸溶液8‑10份，偶联剂2‑4份，氯化聚乙烯20‑30份，相容剂2‑4份，聚乙烯蜡1‑2份，硬质酸锌1‑2份，活性碳酸钙3‑7份，抗氧剂0.1‑0.3份，邻羟基苯甲酸苯酯0.1‑0.3份；该材料具有环保耐用、抗酸碱、防虫蛀等优点，而且具有非常优异的力学性能，拉伸强度在70MPa以上，弯曲强度在100MPa以上，冲击强度在55MPa以上，可广泛适用于建筑、家具、包装、园林、运输领域。
1.一种木塑复合材料，其特征在于，所述木塑复合材料的原料组分以重量份计包括：植物纤维醋酸酯 65-75份氨化聚丙烯 3-6份微米级SiO2 0.5-1.5份有机硅烷 15-25份植酸溶液 8-10份偶联剂 2-4份氯化聚乙烯 20-30份相容剂 2-4份聚乙烯蜡 1-2份硬脂酸锌 1-2份活性碳酸钙 3-7份抗氧剂 0.1-0.3份邻羟基苯甲酸苯酯 0.1-0.3份。
2.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于，所述木塑复合材料的原料组分以重量份计包括：植物纤维醋酸酯 65-70份氨化聚丙烯 3-5份微米级SiO2 1-1.5份有机硅烷 20-25份植酸溶液 8-10份偶联剂 2-3份氯化聚乙烯 25-30份相容剂 2-3份聚乙烯蜡 1-1.5份硬脂酸锌 1-1.5份活性碳酸钙 3-4份抗氧剂 0.1-0.2份邻羟基苯甲酸苯酯 0.1-0.2份。
3.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于，所述木塑复合材料的原料组分以重量份计包括：植物纤维醋酸酯 70份氨化聚丙烯 4份微米级SiO2 1份有机硅烷 22份植酸溶液 9份偶联剂 2份氯化聚乙烯 28份相容剂 2份聚乙烯蜡 1份硬脂酸锌 1份活性碳酸钙 3份抗氧剂 0.2份邻羟基苯甲酸苯酯 0.2份。
4.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于，所述的相容剂通过下述制备工艺制得：称取重量份数比为10:5:2:1的聚丙烯、马来酸酐、引发剂、抗氧剂，先用无水乙醇将引发剂溶解，一起加入聚丙烯粒料中，搅拌混合均匀；再分别加入研细的马来酸酐粉末、抗氧剂粉末，搅拌混合均匀；放置12h后，通过双螺杆挤出机熔融混炼，挤出切粒即得相容剂。
5.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于，所述的植物纤维醋酸酯的制备方法包括如下步骤：把植物纤维加到高速搅拌机中，再按40:1体积比的比例加入冰醋酸和浓硫酸混合溶液，控制温度在80-82℃，搅拌10min，使植物纤维中的纤维素与冰醋酸在浓硫酸的催化作用下发生酯化反应，生成纤维素的醋酸酯，即得到植物纤维醋酸酯。
6.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于，所述微米级SiO2的粒径为2-8μm。
7.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于，所述植酸溶液的质量百分浓度为
8.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于，所述植酸溶液的质量百分浓度为
9.一种制备权利要求1-8任一项所述木塑复合材料的方法，所述方法包括如下步骤：向以500-800r/min的转速转动的混料机中加入氨化聚丙烯、微米级SiO2、植物纤维醋酸酯，加完后，提高转速到1500-2500r/min，在45-55℃下加入有机硅烷、植酸溶液、偶联剂、氯化聚乙烯，保温45min后在65℃下加入相容剂、聚乙烯蜡、硬脂酸锌，搅拌均匀后在95-100℃下加入活性碳酸钙、抗氧剂、邻羟基苯甲酸苯酯，将混料机内的物料加热到135℃，并冷却至35℃，即得到木塑复合材料。
10.一种由权利要求1-8任一项所述木塑复合材料制备得到的成型板。
一种木塑复合材料、其制备方法及由该复合材料制成的成
型板
技术领域
[0001] 本发明涉及一种木塑复合材料、其制备方法及由该复合材料制成的成型板，属于材料领域。
背景技术
[0002] 木塑复合材料(Wood-Plastic Composites,WPC)是国内外近年蓬勃兴起的一类新型复合材料。木塑结合已成为整个社会发展的趋势。美国早在几十年前就开始了木塑复合挤出,近5年发展特别快。20世纪90年代以来,北美、欧洲的许多国家对木塑复合材料已进行了大量的研究,其生产和应用方面也在迅速增加。北美和欧洲2002年消费的木塑复合材料达到68万吨,预计到2010年前将以14％和19％的速度增长。它不但具有天然的木材的特性，而且根据需求可以生产多种颜色。木塑复合材料具有抗紫外线、防虫蛀、耐酸碱、耐腐蚀、不易变形、不开裂、免维护、易安装、免油漆、不惧风雨可以百分百回收再生、亲近自然等优点。而且可替代几乎所有类型的木制产品。主要用于建材、家具、物流包装等行业，还可以适用于建造平台、栏杆、步道、踏步、户外桌椅、花架、树池等，同时也可用于室内装潢、物流、包装、运输、制作托盘等领域。木塑复合材料施工简单，可以使用普通的木工器械进行施工。在水岸建设，潮湿环境中，木塑产品更具有明显的优势。
[0003] 新型木塑复合材料，是一种极具发展前途的“低碳、环保、可循环”的材料。选择正确的添加剂及配方，以使木塑复合材料具有良好的加工性能、更好的物理性能、更完美的外观质量、优越的使用性能，以及更长的使用寿命。对满足木塑复合材料及制品生产的要求至关重要。在木塑复合材料的加工中，由于木材纤维具有很强的极性、亲水性，而塑料为非极性、不亲水的，木材纤维与塑料两者间的相容性很差，界面粘合力也很小，所以要将具有较强吸水性的木材与具有疏水性的塑料结合在一起，是一件很困难的事情，也会影响木塑复合材料的机械性能。而且，由于木材纤维之间有很强的相互作用，使得其在塑料中的分散极差，要达到均匀分散较为困难。同时，成型加工时，木粉填料易降解变色，塑料也会热降解，不适合的配混和加工工艺会导致木塑复合材料的性能下降。
[0004] 传统木塑复合材料可参见中国专利申请号89107412.0所公开之技术，其主要以废橡胶、废塑料以及木粉三者按一定比例混合，显然所制成的成品强度有限，不利于加工生产；随着木塑复合材料应用领域的不断拓宽和加工成型技术的不断进步，现今业界为了克服木塑加工过程中的困难，生产出具有良好性能的木塑复合材料，尤为关键是如何对木粉及塑料的表面改性、木粉含量以及不同助剂来改善木塑界面相容性，以改善制品的拉伸强度、抗弯强度、抗冲击强度、膨胀率等性能；例如中国专利98122121.1所公开的塑料复合材材用组合物，其包括木粉等有机物填料、聚烯烃的热塑性塑料以及由过氧化物类引发剂和极性单体组成的热熔粘合剂，但体系的流动性存在一定局限性，并膨胀率高，所增加力学性能又有限，藉此，如何改善复合材料中木纤维与塑料界面相容性已逐渐成为业界亟需改善之课题。
[0005] CN 104004371B公开了一种利用植物秸秆的新型木塑复合材料，其以重量份计包括如下原料组分：植物纤维醋酸酯65-75份、氯化聚乙烯5-10份、废弃塑料15-25份、偶联剂2-4份、相容剂10-15份、聚乙烯蜡1-2份、硬脂酸锌1-2份、活性碳酸钙3-7份、抗氧剂0.1-0.3份和邻羟基苯甲酸苯酯0.1-0.3份，该木塑复合材料具有环保耐用、使用寿命长的优点，并且木材纤维与塑料之间的相容性高，使得利用植物节诶干的新型木塑复合材料及其制成的成型板在使用过程中美观大方，可广泛应用于建筑、家具、包装等领域。但是，其力学性能仍相对较差，不能满足实际应用的要求。
发明内容
[0006] 针对现有技术中存在的所述问题，本发明的目的在于提供一种木塑复合材料、其制备方法及由该复合材料制成的成型板。本发明的木塑复合材料环保、耐用、抗酸碱、防虫蛀、阻燃性好，零甲醛、无污染、可循环利用，而且具有非常优异的力学性能，拉伸强度在70MPa以上，弯曲强度在100MPa以上，冲击强度在55MPa以上，可广泛适用于建筑、家具、包装、园林、运输领域。
[0007] 为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0008] 第一方面，本发明提供一种木塑复合材料，所述木塑复合材料的原料组分以重量份计包括：
[0009]
[0010]
[0011] 作为本发明所述木塑复合材料的优选技术方案，一种木塑复合材料，所述木塑复合材料的原料组分以重量份计包括：
[0012]
[0013] 作为本发明所述木塑复合材料的进一步优选技术方案，一种木塑复合材料，所述木塑复合材料的原料组分以重量份计包括：
[0014]
[0015]
[0016] 优选地，相容剂通过下述制备工艺制得：称取重量份数比为10:5:2:1重量份数比为10:5:2:1的聚丙烯、马来酸酐、引发剂过氧化二碳酸双十六烷基酯、抗氧剂1010，先用无水乙醇将引发剂溶解，一起加入聚丙烯粒料中，搅拌混合均匀。再分别加入研细的马来酸酐粉末、抗氧剂粉末，搅拌混合均匀。放置12h后，通过双螺杆挤出机熔融混炼，挤出切粒即得相容剂。
[0017] 优选地，所述的植物纤维醋酸酯为植物纤维处理所得，其制备方法如下：把植物纤维加到高速搅拌机中，再按40:1(体积比)的比例加入冰醋酸和浓硫酸混合溶液，控制温度在80-82℃，高速搅拌10min，使植物纤维中的纤维素与冰醋酸在浓硫酸的催化作用下发生酯化反应，生成纤维素的醋酸酯；所述的植物纤维为以锯末、木屑、竹屑、稻草、麦秸、棉花杆、谷糠、花生壳、甘蔗渣、椰子壳、亚大麻中一种或两种以上组分的组合物。
[0018] 优选地，所述偶联剂为过氧化物，其可以作为反应性相容剂，高熔融指数低分子量聚烯烃在过氧化物存在的条件下发挥“架桥剂”作用，在挤出过程中使用PP，PE在热机械共混中形成接枝或嵌段共聚物而相容；例如可以是过氧化苯甲酰，过氧化二异丙苯，叔丁基过氧化氢或过氧化苯甲酸叔丁酯中一种或多种。
[0019] 优选地，所述抗氧剂是抑制或者延缓高聚物和其他有机化合物在空气中热氧化的有机化合物，即能防止聚合物材料因氧化引起变质的物质，其可以是亚磷酸盐、磷酸盐或受阻酚类，优选为抗氧剂1010。
[0020] 优选地，所述微米级SiO2的粒径为2-8μm，例如为2μm、3μm、3.5μm、4μm、4.3μm、4.6μm、5μm、5.5μm、6μm、7μm、7.5μm或8μm等。
[0021] 优选地，所述植酸溶液的质量百分浓度为30-70％，例如为30％、36％、40％、45％、50％、60％、65％或70％等，优选为50-60％。
[0022] 第二方面，本发明提供如第一方面所述的木塑复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：向以500-1000r/min的转速转动的混料机中加入氨化聚丙烯、微米级SiO2、植物纤维醋酸酯，加完后，提高转速到1500-2500r/min，在45-55℃下加入有机硅烷、植酸溶液、偶联剂、氯化聚乙烯，保温45min后在65℃下加入相容剂、聚乙烯蜡、硬质酸锌，搅拌均匀后在95-100℃下加入活性碳酸钙、抗氧剂、邻羟基苯甲酸苯酯，将混料机内的物料加热到135℃，并冷却至35℃，即可得到本发明木塑复合材料。
[0023] 本发明还请求保护由上述利用秸秆的新型木塑复合材料制备得到的成型板。将木塑复合材料制备成型板可采用现有技术中常规的工艺，其制备工艺对于本领域技术人员是容易得到的。
[0024] 本发明所述的木塑复合材料中，偶联剂(硅烷偶联剂、铝酸酯、酞酸酯)，又称表面改性剂，是一种可以使塑料与木材表面间产生很强的界面结合，提高它们的相容性及分散性的一种添加剂。能够改善无机物与有机物之间的界面作用，改善木塑界面结合。偶联剂在木塑加工的过程中还可以降低合成树脂熔体的粘度，可以减少木粉的吸水性，提高强度和加工性能，从而使制品有良好的外观及改善机械性能。
[0025] 润滑剂(硬脂酸锌、聚乙烯蜡，或称PE蜡)，可以减少化合物与加工机械的摩擦力，使加工设备发挥出最佳的操作特性。润滑剂可以与树脂在高温下有很好的相容性的，可以降低树脂内分子间的内聚能，减低分子间的摩擦，促进树脂粒子的滑去，改善熔体流动性。从而，提高挤出产品的外观质量，提高产量，提高生产效率，减少边缘磨损。
[0026] 增强剂、填料(碳酸钙、碳酸氢钙、活性碳酸钙)，增强密度，提高木塑制品的强度和刚性，主要功能是降低成本和收缩率。活性碳酸钙，在木塑中可以提高塑料制品尺寸的稳定性、硬度和钢度，改善木塑加工性能及其制品的耐热性和散光性。
[0027] 抗老化剂(抗氧化剂、紫外线吸收剂、光屏蔽剂)，有效地防止老化现象，抗氧化剂，能抑制或延缓高聚物氧化，紫外光吸收剂，能使复合材料中聚合物不发生降解或力学性能下降。
[0028] 光屏蔽剂(炭黑、钛白粉、氧化锌)能将有害于高聚物的光波吸收，然后将光能转换成热能散射出去或将光波反射掉。
[0029] 与现有技术相比，本发明具有如下技术优势：
[0030] (1)本发明通过在氯化聚乙烯基原料中加入氨化聚丙烯、微米级SiO2、有机硅烷和植酸溶液，并调整制备方法中的各参数配合关系，各原料组分之间协同作用，改善相容性、增强效果，最终制备得到了性能优异的木塑复合材料，该复合材料环保耐用、抗酸碱腐蚀性能和防虫蛀性能强、阻燃性好，而且力学性能优异，拉伸强度在70MPa以上，弯曲强度在100MPa以上，冲击强度在55MPa以上，将其应用于建筑、家具、包装、园林、运输领域中具有安全环保、结实耐用的优点。
具体实施方式
[0031] 下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
[0032] 实施例1
[0033] 一种利用植物秸秆的新型木塑复合材料，所述木塑复合材料的原料组分为：
[0034]
[0035] 一种制备上述所述木塑复合材料的方法，其包括如下步骤：向低速(500r/min)运转下混料机中加入氨化聚丙烯、微米级SiO2、植物纤维醋酸酯，加完后，提高搅拌速度至2500r/min，在45℃下加入有机硅烷、植酸溶液、偶联剂和氯化聚乙烯，保温45min后在65℃下加入相容剂、聚乙烯蜡、硬质酸锌，搅拌均匀后在100℃下加入活性碳酸钙、抗氧剂、邻羟基苯甲酸苯酯，将混料机内的物料加热到135℃，并冷却至35℃，即可得到本发明木塑复合材料。
[0036] 发明人还将上述利用秸秆的新型木塑复合材料制备得到的成型板。将木塑复合材料制备成型板可采用现有技术中常规的工艺，其制备工艺对于本领域技术人员是容易得到的。
[0037] 实施例2
[0038] 一种利用植物秸秆的新型木塑复合材料，所述木塑复合材料的原料组分为：
[0039]
[0040] 一种制备上述所述木塑复合材料的方法，其包括如下步骤：向低速(800r/min)运转下混料机中加入氨化聚丙烯、微米级SiO2、植物纤维醋酸酯，加完后，提高搅拌速度到2500r/min，在55℃下加入有机硅烷、植酸溶液、偶联剂、氯化聚乙烯，保温45min后在65℃下加入相容剂、聚乙烯蜡、硬质酸锌，搅拌均匀后在95℃下加入活性碳酸钙、抗氧剂、邻羟基苯甲酸苯酯，将混料机内的物料加热到135℃，并冷却至35℃，即可得到本发明木塑复合材料。
[0041] 发明人还将上述利用秸秆的新型木塑复合材料制备得到的成型板。将木塑复合材料制备成型板可采用现有技术中常规的工艺，其制备工艺对于本领域技术人员是容易得到的。
[0042] 实施例3
[0043] 一种利用植物秸秆的新型木塑复合材料，所述木塑复合材料的原料组分为：
[0044]
[0045] 一种制备上述所述木塑复合材料的方法，其包括如下步骤：向低速(700r/min)运转下混料机中加入氨化聚丙烯、微米级SiO2、植物纤维醋酸酯，加完后，提高搅拌速度至2000r/min，在50℃下加入有机硅烷、植酸溶液、偶联剂、氯化聚乙烯，保温45min后在65℃下加入相容剂、聚乙烯蜡、硬质酸锌，搅拌均匀后在98℃下加入活性碳酸钙、抗氧剂、邻羟基苯甲酸苯酯，将混料机内的物料加热到135℃，并冷却至35℃，即可得到本发明木塑复合材料。
[0046] 发明人还将上述利用秸秆的新型木塑复合材料制备得到的成型板。将木塑复合材料制备成型板可采用现有技术中常规的工艺，其制备工艺对于本领域技术人员是容易得到的。
[0047] 实施例4
[0048] 一种利用植物秸秆的新型木塑复合材料，所述木塑复合材料的原料组分以重量份计包括：
[0049]
[0050] 一种制备上述所述木塑复合材料的方法，其包括如下步骤：向低速(750r/min)运转下混料机中加入氨化聚丙烯、微米级SiO2、植物纤维醋酸酯，加完后，提高搅拌速度至2250r/min，在49℃下加入有机硅烷、植酸溶液、偶联剂、氯化聚乙烯，保温45min后在65℃下加入相容剂、聚乙烯蜡、硬质酸锌，搅拌均匀后在100℃下加入活性碳酸钙、抗氧剂、邻羟基苯甲酸苯酯，将混料机内的物料加热到135℃，并冷却至35℃，即可得到本发明木塑复合材料。
[0051] 发明人还将上述利用秸秆的新型木塑复合材料制备得到的成型板。将木塑复合材料制备成型板可采用现有技术中常规的工艺，其制备工艺对于本领域技术人员是容易得到的。
[0052] 对比例1
[0053] 专利申请CN 103642147A中实施例1得到的木塑复合材料
[0054] 一种利用植物秸秆的新型木塑复合材料，它是由下述重量份(公斤)的原料组成：PVC树脂100、木质纤维100、轻质碳酸钙10、热塑性聚氨酯弹性体10、过氧化二异丙苯2、氯化石蜡4、三盐基硫酸铅1、蓖麻油酸钡3、偶氮二甲酰胺2、粘结助剂3；
[0055] 所述的粘结助剂是由下述重量份的原料组成的：聚乙烯醇20、六甲氧甲基三聚氰胺树脂3、聚酰胺蜡微粉2、双醛淀粉4-5、霍霍巴油2、苯胺甲基三乙氧基硅烷1；将上述聚乙烯醇加入到反应釜中，加热到80℃，加入聚酰胺蜡微粉，保温反应4分钟，降低温度为60℃，加入六甲氧甲基三聚氰胺树脂、苯胺甲基三乙氧基硅烷，700转/分搅拌分散15分钟，冷却至常温，加入剩余各原料，充分混合即得所述粘结助剂。一种利用植物秸秆的新型木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0056] 将上述木质纤维送入高速搅拌机中，升高温度为120℃，在1200转/分搅拌的转速下缓缓加入过氧化二异丙苯，添加完毕后，继续高速搅拌8分钟，降低温度为90℃，加入PVC树脂、氯化石蜡、轻质碳酸钙、热塑性聚氨酯弹性体，充分搅拌后，在温度为115℃下，加入偶氮二甲酰胺，高速搅拌均匀，冷却至常温，加入剩余各原料，充分混合后送入挤出机，挤出成型，冷却定型，即得所述木塑复合材料。
[0057] 对比例2
[0058] 按照CN 101921491A实施例1制备得到的木塑复合材料
[0059] 一种利用植物秸秆的新型木塑复合材料，包括如下组分：木粉325目100份、废旧塑料(HDPE)50份、废旧橡胶(POE)10份、高熔指热塑性树脂(HDPE)40份、表面活性剂1.5份、润滑剂(酰胺蜡)2份、润滑剂(MP蜡)2份、润滑剂(硬脂酸钙)0.3份、交联剂(过氧化二异丙苯)0.5份、抗氧剂0.2份、加工助剂0.1份。
[0060] 所采用的加工方法通常是先将木粉经过处理后，去除了大部分水分，干燥至含水率小于2％，加入表面活性剂，于高速混合机中80-150℃混合搅拌5-12分钟，再加入交联剂和高熔指热塑性树脂，最后加入粉碎好的回收塑料、橡胶以及相应的润滑剂、抗氧剂和加工助剂等添加剂，混合搅拌5-10分钟后将预混料送入造粒机进行造粒，所述造粒机为平行双螺杆挤出机或带单螺杆挤出装置的密炼机，其加工温度为150～195℃，最后将造出的粒子送入成型机制得相关制品，所述的成型机为注塑机，加工温度为140～220℃。
[0061] 对比例3
[0062] 除原料组分中不加入有机硅烷和植酸溶液外，其他制备方法和条件与实施例1相同。
[0063] 对比例4
[0064] 除原料组分中不加入氨化聚丙烯和微米级SiO2外，其他制备方法和条件与实施例1相同。
[0065] 对本发明各实施例及对比例的产品进行性能测试
[0066] 按照如下测试方法对本发明实施例1-5以及参比实施例1-4的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度、洛氏硬度进行测试。其中，拉伸强度:按GB 1040-79标准测试；弯曲强度:按GB 9341-88标准测试；冲击强度:按GB 1451-83标准测试；洛氏硬度:按GB 9342-88标准测试；
[0067] 表1本发明木塑复合材料的性能测试
[0068]
[0069] 申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
