本發(fā)明屬于材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種熱處理木塑復合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著全球經(jīng)濟的飛快發(fā)展，人們對森林資源的需求量不斷增加，但隨之而來的環(huán)境問題、森林資源枯竭問題，已經(jīng)成為制約經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸，因此我們必須加速構(gòu)建資源節(jié)約、環(huán)境友好的生產(chǎn)方式和消費模式，進一步落實好可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。眾所周知，由于廢木材和農(nóng)作物秸桿之前主要是采用焚燒處理，則產(chǎn)生的二氧化碳對地球具有溫室效應，所以木材加工企業(yè)正在努力尋找將其轉(zhuǎn)化為具有高附加值新產(chǎn)品的方法。與此同時，塑料的回收再利用也是塑料工業(yè)技術(shù)的重點開發(fā)方向，塑料是否能回收再利用已經(jīng)成為眾多塑料加工業(yè)選擇材料的重要依據(jù)之一。
木塑復合材料(Wood-Plastic Composites，WPC)是將熱塑性聚合物(主要為高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯以及它們的回收再生料等)與木纖維或植物纖維按一定的比例，利用高分子界面化學原理與塑膠填充改性的特點，通過特殊工藝處理后進行加工成型的一種新型復合材料。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在提供一種熱處理木塑復合材料的制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：
一種熱處理木塑復合材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟：
（1）將熱處理的木粉置于電熱恒溫干燥箱中干燥8h，同時將高密度聚乙烯HDPE、偶聯(lián)劑MAPE在80℃下干燥8h；
（2）在65℃下于高速混合機中混合20min；
（3）將混合料直接加入密煉機中進行高溫密煉，密煉機的溫度控制在170℃，密煉時間為15min；
（4）將密煉后的混合料用強力塑膠粉碎機粉碎成粒料，然后放入烘箱中進行干燥，最后投料于塑料注射成型機中注塑成型，完成制備。
本發(fā)明所述的熱處理木塑復合材料的制備方法，所述木粉熱處理的溫度為180-220℃。
本發(fā)明所述的熱處理木塑復合材料的制備方法，所述恒溫干燥箱的溫度為100-103℃。
本發(fā)明所述的熱處理木塑復合材料的制備方法，所述密煉機的轉(zhuǎn)速設(shè)定為40-50rpm。
本發(fā)明所述的熱處理木塑復合材料的制備方法，所述注塑成型的溫度為160-175℃。
本發(fā)明所述的熱處理木塑復合材料的制備方法，所述木粉為人工林馬尾松木粉或杉木木粉。
本發(fā)明的技術(shù)效果在于：
本發(fā)明所述的熱處理木塑復合材料的制備方法，采用高溫熱處理方法對人工林馬尾松與杉木木粉進行改性，并與HDPE 復合制備木塑復合材料，通過本發(fā)明所述的制備方法所制備的復合材料的耐腐性能、防霉性能、力學性能及吸水性能均得到改善，且本發(fā)明所述制備方法工藝簡單，適于推廣應用。
具體實施方式
實施例1
一種熱處理木塑復合材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟：
（1）將熱處理的木粉置于電熱恒溫干燥箱中干燥8h，同時將高密度聚乙烯HDPE、偶聯(lián)劑MAPE在80℃下干燥8h；
（2）在65℃下于高速混合機中混合20min；
（3）將混合料直接加入密煉機中進行高溫密煉，密煉機的溫度控制在170℃，密煉時間為15min；
（4）將密煉后的混合料用強力塑膠粉碎機粉碎成粒料，然后放入烘箱中進行干燥，最后投料于塑料注射成型機中注塑成型，完成制備。
本發(fā)明所述的熱處理木塑復合材料的制備方法，所述木粉熱處理的溫度為180℃。
本發(fā)明所述的熱處理木塑復合材料的制備方法，所述恒溫干燥箱的溫度為100℃。
本發(fā)明所述的熱處理木塑復合材料的制備方法，所述密煉機的轉(zhuǎn)速設(shè)定為40rpm。
本發(fā)明所述的熱處理木塑復合材料的制備方法，所述注塑成型的溫度為160℃。
本發(fā)明所述的熱處理木塑復合材料的制備方法，所述木粉為人工林馬尾松木粉或杉木木粉。兩樹種木粉在溫度為180、200和220℃分別熱處理1、2和3h后，其質(zhì)量損失率均有不同程度的增加，但200℃以下熱處理時，除馬尾松木粉在180℃熱處理3h 后的質(zhì)量損失率為1.91%，有較大變化外，其余的隨時間的變化基本不大，前者在0.76%-1.38%之間，后者在0.84%-1.15%之間。當溫度為220℃時，隨時間的延長，兩種木粉的質(zhì)量損失率均有所增大，該溫度下熱處理3h后其質(zhì)量損失率分別為2.18%和1.96%?？傮w而言，相同的處理條件下，馬尾松木粉的質(zhì)量損失率略高于杉木木粉的，這可能是因為馬尾松木粉中含有較多的內(nèi)含物如松脂等，這些內(nèi)含物在高溫熱處理過程中有部分溢出所致。
高溫熱處理會使木材中的發(fā)色基團、助色基團發(fā)生較為復雜的化學變化，使得吸收光譜發(fā)生了變化，進而表現(xiàn)為明顯的材色變化。在180 ℃下經(jīng)不同時間熱處理后，兩種木粉的材色與未處理木粉沒有明顯的差別，當處理溫度在200 ℃以上時隨時間的延長，馬尾松木粉的材色逐漸加深，而杉木木粉的材色變化程度沒有馬尾松木粉的大，當溫度為220 ℃時隨著處理時間的延長，杉木木粉的材色加深則比較明顯。在相同的處理條件下，杉木木粉的這兩個吸收峰減弱的程度比馬尾松木粉的小。
隨著浸水時間的增加，各復合材料的吸水率慢慢增加。在浸水24h 后各復合材料的吸水率都很小，而后隨著浸水時間的延長，各復合材料的吸水率慢慢地區(qū)分出來，在浸漬70天后，熱處理馬尾松木粉/HDPE 復合材料的吸水率慢慢地趨于一個平衡值，而未處理對照試樣在浸水80天后才趨于穩(wěn)定。與未處理對照試樣比，木粉分別經(jīng)180℃熱處理1h與2h后填充的復合材料其吸水率的變化不明顯；當處理溫度在200℃以上時，隨時間的延長，復合材料的吸水率逐漸降低。從材料平衡時的吸水率來看，220 ℃熱處理3 h 后的木粉填充的復合材料其吸水率最小，與未處理對照試樣比下降了37.18%，而220 ℃熱處理2 h 與200 ℃熱處理3 h 后的木粉填充的復合材料其吸水率則分別下降了27.29%和23.29%。木塑復合材料的吸水率主要是由木質(zhì)組分(木粉)進行吸水，塑料幾乎是不吸水的，木粉中纖維素的非結(jié)晶區(qū)和非纖維素上的羥基較多，對WPC 的吸水性起主要的作用。隨著處理溫度的升高、時間的延長，木粉中半纖維素發(fā)生熱降解，分解為糠醛和某些糖類的裂解產(chǎn)物，使得羥基數(shù)目減少，加上在高溫作用下木粉中的部分內(nèi)含物被排出來，阻止了木質(zhì)組分的吸水，從而使熱處理后的木粉填充的復合材料的耐水性明顯提高了。
復合材料的吸水厚度膨脹率隨浸水時間的變化與吸水率的相似，隨浸水時間的延長，材料的吸水厚度膨脹率逐漸增大，但在相同的浸漬時間內(nèi)，未處理對照樣的吸水厚度膨脹率總體上最大。當浸水時間足夠長時，各復合材料的吸水厚度膨脹率慢慢地趨于一個穩(wěn)定值。從材料平衡時的吸水厚度膨脹率來看，180、200℃分別熱處理3h后的木粉填充的復合材料其吸水厚度膨脹率的變化相近，與未處理對照試樣比降低了約21.21%；220℃熱處理2h后的木粉填充的復合材料其吸水厚度膨脹率則降低了25.57%，該溫度下熱處理3h后的木粉填充的復合材料其吸水厚度膨脹率最小，與未處理對照試樣比下降了30.68%，可見木粉熱處理后可一定程度地改善WPC的吸水厚度膨脹率，提高木塑復合材料的尺寸穩(wěn)定性。
實施例2
一種熱處理木塑復合材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟：
（1）將熱處理的木粉置于電熱恒溫干燥箱中干燥8h，同時將高密度聚乙烯HDPE、偶聯(lián)劑MAPE在80℃下干燥8h；
（2）在65℃下于高速混合機中混合20min；
（3）將混合料直接加入密煉機中進行高溫密煉，密煉機的溫度控制在170℃，密煉時間為15min；
（4）將密煉后的混合料用強力塑膠粉碎機粉碎成粒料，然后放入烘箱中進行干燥，最后投料于塑料注射成型機中注塑成型，完成制備。
本發(fā)明所述的熱處理木塑復合材料的制備方法，所述木粉熱處理的溫度為220℃。
本發(fā)明所述的熱處理木塑復合材料的制備方法，所述恒溫干燥箱的溫度為103℃。
本發(fā)明所述的熱處理木塑復合材料的制備方法，所述密煉機的轉(zhuǎn)速設(shè)定為40-50rpm。
本發(fā)明所述的熱處理木塑復合材料的制備方法，所述注塑成型的溫度為175℃。
本發(fā)明所述的熱處理木塑復合材料的制備方法，所述木粉為人工林馬尾松木粉或杉木木粉。
當木粉在220 ℃熱處理時，隨處理時間的延長，復合材料的吸水率逐漸下降，該溫度下熱處理3 h 的木粉填充的復合材料其吸水率變化最明顯，與未處理對照樣比下降了33.55%。這是因為在高溫作用下木粉的化學成分發(fā)生了變化，部分羥基與羥基之間相互結(jié)合形成氫鍵，或者發(fā)生鏈的斷裂，降低了木粉的吸水作用，從而提高木塑復合材料的尺寸穩(wěn)定性。而在相同的處理條件下，杉木木粉/HDPE 復合材料的吸水率小于馬尾松木粉/HDPE 復合材料的吸水率。
熱處理杉木木粉與未處理木粉填充的復合材料，其吸水厚度膨脹率均隨浸水時間的延長，呈先逐漸增加而后趨于穩(wěn)定的趨勢，在50 天左右基本平衡了。但200 ℃熱處理1 h 與2 h 后的木粉填充的復合材料其吸水厚度膨脹率與未處理對照試樣比有較明顯的增加，分別增加了12.28%和14.13%，其原因還有待進一步的分析；220 ℃熱處理3 h 后的木粉填充的復合材料其吸水厚度膨脹率最小，較未處理對照樣降低了30.97%，其他條件熱處理木粉填充的復合材料的吸水厚度膨脹率的變化與未處理對照樣相近。
不同條件熱處理后的杉木木粉對復合材料拉伸強度的影響與馬尾松木粉的略有不同。熱處理溫度為180、200 ℃時，隨處理時間的延長，木粉填充的復合材料其拉伸強度與未處理對照樣比變化不明顯，變化幅度在0.20%-2.37%之間；而220 ℃時，隨處理時間的延長，填充的復合材料其拉伸強度明顯降低，熱處理1、2 和3 h 后的木粉填充的復合材料其拉伸強度分別降低了1.12%、8.76%和12.85%。這可能是因為杉木木粉在高溫作用下發(fā)生熱降解，產(chǎn)生鏈間的斷裂，使得木粉與塑料基體之間的結(jié)合程度減弱，進而影響其拉伸性能。
經(jīng)不同條件熱處理后的兩種木粉填充的復合材料其彎曲強度變化規(guī)律與該材料的拉伸強度相似。當處理時間為1 h 時，隨著溫度的升高，熱處理后的木粉填充的復合材料的彎曲強度逐漸下降，較未處理對照試樣分別下降了0.65%、3.73%和4.10%，而其他條件熱處理后的木粉填充的復合材料的彎曲強度與未處理對照試樣比無明顯的變化。這可能是因為在200℃以上的溫度作用下馬尾松木粉中含有的松脂被揮發(fā)出來，降低了木粉的剛性，減弱了木粉對塑料的增強作用，使得復合材料的彎曲強度有所降低。
杉木木粉經(jīng)不同條件熱處理后使復合材料的沖擊強度有不同程度的降低，總體而言，隨熱處理溫度升高、時間延長，降低幅度明顯。在180 ℃熱處理時，熱處理1 h 后的木粉填充的復合材料其沖擊強度與未處理對照試樣比增加了3.41%，但2 h 以上的熱處理使復合材料的沖擊強度有不同程度的降低，降幅在1.28%-3.27%之間。
熱處理馬尾松木粉/HDPE復合材料的拉伸強度、沖擊強度和彎曲性能隨木粉熱處理條件的變化均未發(fā)生明顯的變化；對熱處理杉木木粉/HDPE復合材料而言，當木粉在200℃以下經(jīng)不同時間處理后其力學性能的變化也不大，但在220℃熱處理時，隨時間的延長，復合材料的拉伸強度、彎曲強度和沖擊強度均明顯降低，尤其是該溫度下熱處理3h后的木粉填充的復合材料降低最多，分別降低了12.85%、8.31%和34.85%。