一种户外园林塑木复合材料的制备方法

摘要

本发明属于园林绿化建筑领域，具体涉及一种户外园林塑木复合材料的制备方法。本发明首先将竹屑等粉碎后用硫酸镁处理，然后用液氮喷淋，再干燥，使硫酸镁进入木粉内部，再经高压氨气作用下原位生成硫酸镁晶须增加材料的抗蠕变性，再在微生物作用下引入阿拉伯树胶基团，增加与树脂的相容性，再将甲苯二异氰酸酯与改性木粉进行交联，从而向改性木粉中引入甲苯二异氰酸酯，提高木粉与PVC树脂的界面结合力和力学强度，最后挤出冷压成型得到户外园林塑木复合材料，本发明所得塑木复合材料中木粉与PVC树脂相容性好，在长期载荷使用情况下，蠕变小，可有效提高使用寿命，具有广阔的市场应用前景。

权利要求

1.一种户外园林塑木复合材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）称取1～2kg竹屑和2～3kg樟木经粉碎、过筛，得到过筛物，取1～2kg过筛物加入2～

3L质量分数为25%硫酸镁溶液中浸泡3～5天后，过滤，得到滤渣，立刻向滤渣表面喷淋液氮冷冻处理30～40s，再将冷冻处理后的滤渣置于高压反应釜中，反应3～4h，得到预处理木粉；

（2）将预处理木粉、阿拉伯树胶和沼液按质量比1:1:5混合后密封发酵，待发酵结束后，将发酵产物高温灭菌、离心分离，得到沉淀物；

（3）称取150～200g沉淀物、20～30g2,4-甲苯二异氰酸酯和300～400gPVC树脂颗粒加入到烧杯中，于温度为120～130℃搅拌反应60～90min，得到木塑复合物；

（4）将木塑复合物移入双螺杆造粒机中，挤出至模具中，再经定型套冷却成型、脱模，即可得到户外园林塑木复合材料。

2.根据权利要求1所述的一种户外园林塑木复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的一种反应温度为120～130℃、压力为22～25MPa。

3.根据权利要求1所述的一种户外园林塑木复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中预处理木粉、阿拉伯树胶和沼液混合过程中还可以加入预处理木粉质量30%的硫代硫酸钠。

4.根据权利要求1所述的一种户外园林塑木复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中的发酵温度为30～40℃，发酵时间为5～8天。

5.根据权利要求1所述的一种户外园林塑木复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中的双螺杆挤出造粒机中的机头温度为220～230℃，机身温度为230～250℃，机头压力为10～15MPa。

说明书

一种户外园林塑木复合材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于园林绿化建筑领域，具体涉及一种户外园林塑木复合材料的制备方法。

背景技术

[0002] 塑木复合材料是指采用含有木纤维或其它植物纤维类材料来填充及增强改性热塑性塑料的一种复合材料，主要成分是塑料和木质粉。作为一种介于木材和塑料之间的新型材料，塑木复合材料具有一系列木材和塑料的特殊性能；有木质外观以及类似于木材的二次加工性，而且吸水性小、不怕虫蛀、不会像木材那样产生裂缝和翘曲变形；具有热塑性塑料的加工性，但硬度要比塑料高、耐磨、耐老化、耐腐蚀。尤为值得一提的是，塑木复合材料的加工原料不但可采用回收的废塑料和废木材，而且其本身也可以回收再利用，对减少环境污染，保护森林资源意义重大。

[0003] 随着塑木技术的不断进步，塑木制品力学性能逐步提高，使塑木复合材料用于建筑领域成为可能。塑木复合材料正广泛应用于户外桌椅、栅栏、家具、室外亭台轩榭、扶手等方面。此时，塑木复合材料的抗蠕变性能显得尤为重要，这使得在设计这些材料时必须考虑蠕变这一重要特性。目前塑木复合材料最常用的制备方法为注射成型法，是将经过干燥和表面处理的木粉与基体树脂置于高速混合机中，经充分搅拌混合后注射成型，或者搅拌混合后再用单螺杆或双螺杆挤出机造粒后再注射成型，但由于塑木复合材料在制备过程中木粉与基体树脂相容性较差，在长期载荷使用情况下，蠕变较大，且随着时间推移逐渐增加，限制了其在户外园林中使用。因此，亟待开发一种抗蠕变性能强的塑木复合材料，对相关领域具有重要的意义。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题：针对传统塑木复合材料在制备过程中木粉与基体树脂相容性较差，在长期载荷使用情况下，蠕变较大，且随着时间推移逐渐增加，限制了其在户外园林中使用的问题，提供了一种户外园林塑木复合材料的制备方法。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：（1）称取1～2kg竹屑和2～3kg樟木经粉碎、过筛，得到过筛物，取1～2kg过筛物加入2～
3L质量分数为25%硫酸镁溶液中浸泡3～5天后，过滤，得到滤渣，立刻向滤渣表面喷淋液氮冷冻处理30～40s，再将冷冻处理后的滤渣置于高压反应釜中，反应3～4h，得到预处理木粉；
（2）将预处理木粉、阿拉伯树胶和沼液按质量比1:1:5混合后密封发酵，待发酵结束后，将发酵产物高温灭菌、离心分离，得到沉淀物；
（3）称取150～200g沉淀物、20～30g2,4-甲苯二异氰酸酯和300～400gPVC树脂颗粒加入到烧杯中，于温度为120～130℃搅拌反应60～90min，得到木塑复合物；
（4）将木塑复合物移入双螺杆造粒机中，挤出至模具中，再经定型套冷却成型、脱模，即可得到户外园林塑木复合材料。

[0006] 步骤（1）中所述的一种反应温度为120～130℃、压力为22～25MPa。

[0007] 步骤（2）中预处理木粉、阿拉伯树胶和沼液混合过程中还可以加入预处理木粉质量30%的硫代硫酸钠。

[0008] 步骤（2）中的发酵温度为30～40℃，发酵时间为5～8天。

[0009] 步骤（4）中的双螺杆挤出造粒机中的机头温度为220～230℃，机身温度为230～250℃，机头压力为10～15MPa。

[0010] 本发明与其他方法相比，有益技术效果是：（1）本发明首先将竹屑和樟木用硫酸镁浸泡、液氮喷淋冷冻，可使硫酸镁进入竹屑和樟木内部，然后再经高温、高压氨气作用，在竹屑和樟木内部原位生成硫酸镁晶须，硫酸镁晶须可增加木粉的强度，进而增加木粉的抗蠕变性能；
（2）将预处理木粉、阿拉伯树胶和沼液混合时加入硫代硫酸钠，可降低混合液中的溶解氧，有利于发酵过程的进行，且在微生物作用下，可向木粉表面引入阿拉伯树胶，可提高木粉与树脂的相容性；
（3）将甲苯二异氰酸酯、改性木粉和PVC树脂进行反应时，甲苯二异氰酸酯中的-NCO基团可与改性木粉表面树胶中的羟基反应，从而向改性木粉中引入甲苯二异氰酸酯，可提高木粉与PVC树脂的界面结合力和力学强度。

具体实施方式

[0011] 称取1～2kg竹屑和2～3kg樟木加入到粉碎机中粉碎，过80～100目筛，得到过筛物，取1～2kg过筛物加入到盛有2～3L质量分数为25%硫酸镁溶液的烧杯中，浸泡3～5天后，过滤，得到滤渣，立刻向滤渣表面喷淋液氮冷冻处理30～40s，再将冷冻处理后的滤渣置于高压反应釜中，控制反应釜内温度为120～130℃，并向反应釜中通入氨气使反应釜内压力达到22～25MPa，保温反应3～4h，待反应结束，得到预处理木粉，然后将预处理木粉、阿拉伯树胶与沼液按质量比1:1:5混合后置于发酵罐中，同时向发酵罐中加入预处理木粉质量30%的硫代硫酸钠，搅拌混合3～5min后，控制发酵罐温度为30～40℃，密封发酵5～8天，待发酵结束，将发酵产物置于灭菌箱中，于温度为125～135℃下高温灭菌8～10min，将灭菌后的物料置于离心机中，在4000～4500r/min下离心分离5～10min，得到沉淀物，再取20～30g2,4-甲苯二异氰酸酯加入到烧杯中，再向烧杯中加入150～200g沉淀物和300～400gPVC树脂颗粒，将烧杯移入数显恒温磁力搅拌器中，于温度为120～130℃，转速为150～200r/min下搅拌反应60～90min后，得到木塑混合物，将木塑混合物移入双螺杆造粒机，设定机头温度为220～230℃，机身温度为230～250℃，机头压力为10～15MPa，挤出至模具中，再经定型套冷却成型，脱模，即得户外园林塑木复合材料。

[0012] 实例1称取1kg竹屑和2kg樟木加入到粉碎机中粉碎，过80目筛，得到过筛物，取1kg过筛物加入到盛有2L质量分数为25%硫酸镁溶液的烧杯中，浸泡3天后，过滤，得到滤渣，立刻向滤渣表面喷淋液氮冷冻处理30s，再将冷冻处理后的滤渣置于高压反应釜中，控制反应釜内温度为120℃，并向反应釜中通入氨气使反应釜内压力达到22MPa，保温反应3h，待反应结束，得到预处理木粉，然后将预处理木粉、阿拉伯树胶与沼液按质量比1:1:5混合后置于发酵罐中，同时向发酵罐中加入预处理木粉质量30%的硫代硫酸钠，搅拌混合3min后，控制发酵罐温度为30℃，密封发酵5天，待发酵结束，将发酵产物置于灭菌箱中，于温度为125℃下高温灭菌8min，将灭菌后的物料置于离心机中，在4000r/min下离心分离5min，得到沉淀物，再取
20g2,4-甲苯二异氰酸酯加入到烧杯中，再向烧杯中加入150g沉淀物和300gPVC树脂颗粒，将烧杯移入数显恒温磁力搅拌器中，于温度为120℃，转速为150r/min下搅拌反应60min后，得到木塑混合物，将木塑混合物移入双螺杆造粒机，设定机头温度为220℃，机身温度为230℃，机头压力为10MPa，挤出至模具中，再经定型套冷却成型，脱模，即得户外园林塑木复合材料；本发明所得户外塑木复合材料的拉伸强度为20.2MPa，弯曲强度为26MPa，冲击强度为
5.4kJ/m2，弹性模量为2.6GPa，吸水率为6.2%。

[0013] 实例2称取2kg竹屑和3kg樟木加入到粉碎机中粉碎，过90目筛，得到过筛物，取2kg过筛物加入到盛有3L质量分数为25%硫酸镁溶液的烧杯中，浸泡4天后，过滤，得到滤渣，立刻向滤渣表面喷淋液氮冷冻处理35s，再将冷冻处理后的滤渣置于高压反应釜中，控制反应釜内温度为125℃，并向反应釜中通入氨气使反应釜内压力达到24MPa，保温反应4h，待反应结束，得到预处理木粉，然后将预处理木粉、阿拉伯树胶与沼液按质量比1:1:5混合后置于发酵罐中，同时向发酵罐中加入预处理木粉质量30%的硫代硫酸钠，搅拌混合4min后，控制发酵罐温度为35℃，密封发酵6天，待发酵结束，将发酵产物置于灭菌箱中，于温度为130℃下高温灭菌9min，将灭菌后的物料置于离心机中，在4300r/min下离心分离8min，得到沉淀物，再取
25g2,4-甲苯二异氰酸酯加入到烧杯中，再向烧杯中加入180g沉淀物和350gPVC树脂颗粒，将烧杯移入数显恒温磁力搅拌器中，于温度为125℃，转速为180r/min下搅拌反应85min后，得到木塑混合物，将木塑混合物移入双螺杆造粒机，设定机头温度为225℃，机身温度为240℃，机头压力为13MPa，挤出至模具中，再经定型套冷却成型，脱模，即得户外园林塑木复合材料；本发明所得户外塑木复合材料的拉伸强度为20.6MPa，弯曲强度为27MPa，冲击强度为
5.6kJ/m2，弹性模量为2.7GPa，吸水率为6.4%。

[0014] 实例3称取2kg竹屑和3kg樟木加入到粉碎机中粉碎，过100目筛，得到过筛物，取2kg过筛物加入到盛有3L质量分数为25%硫酸镁溶液的烧杯中，浸泡5天后，过滤，得到滤渣，立刻向滤渣表面喷淋液氮冷冻处理40s，再将冷冻处理后的滤渣置于高压反应釜中，控制反应釜内温度为130℃，并向反应釜中通入氨气使反应釜内压力达到25MPa，保温反应4h，待反应结束，得到预处理木粉，然后将预处理木粉、阿拉伯树胶与沼液按质量比1:1:5混合后置于发酵罐中，同时向发酵罐中加入预处理木粉质量30%的硫代硫酸钠，搅拌混合5min后，控制发酵罐温度为40℃，密封发酵8天，待发酵结束，将发酵产物置于灭菌箱中，于温度为135℃下高温灭菌10min，将灭菌后的物料置于离心机中，在4500r/min下离心分离10min，得到沉淀物，再取30g2,4-甲苯二异氰酸酯加入到烧杯中，再向烧杯中加入200g沉淀物和400gPVC树脂颗粒，将烧杯移入数显恒温磁力搅拌器中，于温度为130℃，转速为200r/min下搅拌反应90min后，得到木塑混合物，将木塑混合物移入双螺杆造粒机，设定机头温度为230℃，机身温度为
250℃，机头压力为15MPa，挤出至模具中，再经定型套冷却成型，脱模，即得户外园林塑木复合材料；本发明所得户外塑木复合材料的拉伸强度为20.8MPa，弯曲强度为28MPa，冲击强度为5.8kJ/m2，弹性模量为2.8GPa，吸水率为6.8%。