一種基于生物質(zhì)的復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于木塑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于生物質(zhì)的復(fù)合材料及制備方 法。本發(fā)明可應(yīng)用于替代木材的場(chǎng)合。
【背景技術(shù)】
[0002] 竹木粉末是廢棄的材料，不僅容易造成環(huán)境污染，同時(shí)也因廢棄浪費(fèi)了寶貴的資 源。聚苯乙烯是一種廉價(jià)的塑料，單獨(dú)使用附加值不高，尤其是缺少木材厚重和裝飾的感 覺。
[0003] 在已知的竹木粉末中，由于種類多，含水量以及生長(zhǎng)年限的差異造成了與塑料融 合時(shí)，工藝和產(chǎn)品性能的不穩(wěn)定。
[0004] 木塑材料的混合增溶劑是提高木塑材料穩(wěn)定性重要的措施，現(xiàn)在主要是在木塑材 料中引入含有羥基的單體或是聚合物來增強(qiáng)塑料與含有纖維素木材的混溶性。
[0005] 可是由于苯乙烯與聚丙烯，聚乙烯結(jié)構(gòu)上的差異，在以上體系中使用的混合增溶 劑在苯乙烯中效果不是很明顯，在加工過程存在分層，塑化不均等現(xiàn)象，影響了木塑材料的 力學(xué)性能與可加工性能。
[0006] 在已使木塑材料中，密度較大，不使用在一些需要輕質(zhì)材料方面的使用，在滿足力 學(xué)性能的前提下，適當(dāng)控制木塑材料的空洞，氣孔，減輕材料的密度是重要的內(nèi)容；但是，在 加氣過程，容易產(chǎn)生氣泡發(fā)泡不均勻的現(xiàn)象，分析造成這樣的原因是與所用的混合增溶劑 以及塑料的軟化點(diǎn)，流動(dòng)性有密切的關(guān)系，適當(dāng)控制這些參數(shù)是解決這個(gè)關(guān)鍵問題的路徑。
[0007] 改性竹木粉體，含有數(shù)目較多的羥基，這些羥基在一定條件可以參與反應(yīng)，可是所 用的聚苯乙烯因分子都為非極性，與木粉之間存在了相容性的問題，為此，采用過渡層的方 法是一條可行的途徑，就是在羥基上，連接一些非極性的官能基團(tuán)，一邊接在木粉上，另一 邊接在混合增溶劑上，并梯次過度到聚苯乙烯來增加其相容性。
[0008] 木材的阻燃是一個(gè)重要的問題，現(xiàn)在阻燃劑包括含磷，含鹵素，一些重要的氧化 物，例如，氧化鎂，硼酸等。
[0009] 發(fā)泡劑種類很多，歸結(jié)起來主要是包括兩類，物理與化學(xué)發(fā)泡，物理發(fā)泡在木塑材 料中，容易溢出，采用化學(xué)發(fā)泡容易獲得較為理想的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是為了解決將廢棄材料變成有用材料的現(xiàn)有技術(shù)中存在 的問題和缺陷，而提供一種基于生物質(zhì)的復(fù)合材料及其制備方法。
[0011] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0012] -種基于生物質(zhì)的復(fù)合材料，按質(zhì)量百分比由以下組分及含量組成：改性竹木粉 末為20-60 %，聚苯乙烯為15-50 %，混合增溶劑為5-20 %，混合阻燃劑為5-15 %，發(fā)泡劑為 8-12%，環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑1-5%。
[0013] 上述所述的改性竹木粉末是指在常溫下，采用由異氰酸酯硅烷偶聯(lián)劑與乙醇按質(zhì) 量比為1 :1〇配制的混合液，按質(zhì)量比混合液：竹木粉末=1 :50噴灑在粉末的表面，攪拌均 勻得到的粒徑為5-25微米的粉體。
[0014] 上述所述的混合阻燃劑為亞磷酸三苯酯，氫氧化鋁和氧化鎂的混合物，其混合質(zhì) 量比為亞磷酸三苯酯：氫氧化鋁：氧化鎂=10 :2 :3。
[0015] 上述所述的的混合增溶劑為苯乙烯馬來酸酐、苯乙烯、丙烯酸通過陰離子聚合而 獲得的共聚物。所述的共聚物的分子結(jié)構(gòu)為：
[0016]
[0017] 其中，η小于m，η= 10-40,m= 50-100,分子量為 5000-10000 ;
[0018] 其反應(yīng)過程為：
[0019]
[0020] 其中，η大于m，η為 20-70,m為 10-30,分子量為 5000-20000。
[0021] 上述所述的發(fā)泡劑為AC化學(xué)發(fā)泡劑。
[0022] 本發(fā)明的一種基于生物質(zhì)的復(fù)合材料的制備方法，步驟是將稱量好的組合物組分 放在攪拌機(jī)中，以100-150轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速攪拌50-70分鐘，混合均勻后放在雙螺桿擠出機(jī)中擠 出顆粒粉體，包裝
[0023] 有益效果：本發(fā)明采用可再生物質(zhì)竹木粉和塑料生產(chǎn)制備出環(huán)境友好型防腐材 料，性能優(yōu)異。不吸濕，不腐爛，不破裂，不變形，防蟲蛀，對(duì)冷、熱環(huán)境不敏感，可廣泛作承載 結(jié)構(gòu)材料使用，而且制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下列舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，所述的實(shí)施例僅僅用于幫助理解本發(fā) 明，并不用于限定本發(fā)明。
[0025] 實(shí)施例1 :
[0026] -種基于生物質(zhì)的復(fù)合材料，質(zhì)量組分如下：改性竹木粉末50%，聚苯乙烯20%， 混合增溶劑15 %，混合阻燃劑5 %，發(fā)泡劑8 %，環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑2 %。
[0027] 上述一種基于生物質(zhì)的復(fù)合材料的制備方法如下：分別稱取改性竹木粉末50g， 聚苯乙烯20g，混合增溶劑15g，混合阻燃劑5g，發(fā)泡劑8g，環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑2g。將竹木粉 末在80°C烘箱中干燥12h，將改性竹木粉末，聚苯乙烯，混合增溶劑，混合阻燃劑，發(fā)泡劑， 環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑放在攪拌機(jī)中，以110轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速，攪拌混合55分鐘后，再放在雙螺桿 擠出機(jī)中擠出，將擠出的顆粒包裝。
[0028] 實(shí)施例效果：拉升強(qiáng)度11. 3MPa，沖擊強(qiáng)度2. 7KJ/m2,彎曲強(qiáng)度12. 5MPa，硬度 76HRR，24h吸水率 0· 5%。
[0029] 實(shí)施例2 :
[0030] -種基于生物質(zhì)的復(fù)合材料，質(zhì)量組分如下：改性竹木粉末45%，聚苯乙烯30%， 混合增溶劑16 %，混合阻燃劑3 %，發(fā)泡劑1 %，環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑5 %。
[0031] 上述一種基于生物質(zhì)的復(fù)合材料的制備方法如下：分別稱取改性竹木粉末45g， 聚苯乙烯30g，混合增溶劑16g，混合阻燃劑3g，發(fā)泡劑lg，環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑5g。將改性竹 木粉末在80°C烘箱中干燥12h，將改性竹木粉末，聚苯乙烯，混合增溶劑，混合阻燃劑，發(fā)泡 劑，環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑放在攪拌機(jī)中，以100轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速，攪拌混合70分鐘后，在雙螺桿 擠出機(jī)中擠出，將擠出的顆粒包裝。
[0032] 實(shí)施例效果：拉升強(qiáng)度10. 6MPa，沖擊強(qiáng)度2. 6KJ/m2,彎曲強(qiáng)度12MPa，硬度77HRR， 24h吸水率0. 4%。
[0033] 實(shí)施例3 :
[0034] -種基于生物質(zhì)的復(fù)合材料，質(zhì)量組分如下：改性竹木粉末45%，聚苯乙烯35%， 混合增溶劑5 %，混合阻燃劑8 %，發(fā)泡劑5 %，環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑2 %。
[0035] 上述一種基于生物質(zhì)的復(fù)合材料的制備方法如下：分別稱取改性竹木粉末45g， 聚苯乙烯35g，混合增溶劑5g，混合阻燃劑8g，發(fā)泡劑5g，環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑2g。將改性竹 木粉末在80°C烘箱中干燥12h，將改性竹木粉末，聚苯乙烯，混合增溶劑，混合阻燃劑，發(fā)泡 劑，環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑放在攪拌機(jī)中，以130轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速，攪拌混合60分鐘后，在雙螺桿 擠出機(jī)中擠出，將擠出的顆粒包裝。
[0036] 實(shí)施例效果：拉升強(qiáng)度llMPa，沖擊強(qiáng)度2. 8KJ/m2,彎曲強(qiáng)度12MPa，硬度78HRR， 24h吸水率0. 4%。
[0037] 實(shí)施例4 :
[0038] -種基于生物質(zhì)的復(fù)合材料，質(zhì)量組分如下：改性竹木粉末40%，聚苯乙烯25%， 混合增溶劑20 %，混合阻燃劑5 %，發(fā)泡劑5 %，環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑5 %。
[0039] 上述一種基于生物質(zhì)的復(fù)合材料的制備方法如下：分別稱取竹木粉末40g，聚苯 乙烯25g，混合增溶劑20g，混合阻燃劑5g，發(fā)泡劑5g，環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑5g。將改性竹木粉 末在80°C烘箱中干燥12h，將改性竹木粉末，聚苯乙烯，混合增溶劑，混合阻燃劑，發(fā)泡劑， 環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑放在攪拌機(jī)中，以140轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速，攪拌混合60分鐘后，在雙螺桿擠出 機(jī)中擠出，將擠出的顆粒包裝。
[0040] 實(shí)施例效果：拉升強(qiáng)度10. 5MPa，沖擊強(qiáng)度2. 8KJ/m2,彎曲強(qiáng)度12MPa，硬度76HRR， 24h吸水率0. 3%。
[0041] 實(shí)施例5:
[0042] -種基于生物質(zhì)的復(fù)合材料，質(zhì)量組分如下：改性竹木粉末30%，聚苯乙烯35%， 混合增溶劑20 %，混合阻燃劑8 %，發(fā)泡劑6 %，環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑1 %。
[0043] 上述一種基于生物質(zhì)的復(fù)合材料的制備方法如下：分別稱取改性竹木粉末30g， 聚苯乙烯35g，混合增溶劑20g，混合阻燃劑8g，發(fā)泡劑6g，環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑lg。將改性竹 木粉末在80°C烘箱中干燥12h，將改性竹木粉末，聚苯乙烯，混合增溶劑，混合阻燃劑，發(fā)泡 劑，環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑放在攪拌機(jī)中，以150轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速，攪拌混合50分鐘后，在雙螺桿 擠出機(jī)中擠出，將擠出的顆粒包裝。
[0044] 實(shí)施例效果：拉升強(qiáng)度11. 3MPa，沖擊強(qiáng)度2. 7KJ/m2,彎曲強(qiáng)度11. 7MPa，硬度 75HRR，24h吸水率 0· 3%。
[0045] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來 說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為 本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于生物質(zhì)的復(fù)合材料，其特征是，按質(zhì)量百分比由以下組分及含量組成：改 性竹木粉末為20-60 %，聚苯乙烯為15-50 %，混合增溶劑為5-20 %，混合阻燃劑為5-15 %， 發(fā)泡劑為8-12%，環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑1-5%。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生物質(zhì)的復(fù)合材料，其特征是，所述的改性竹木粉 末是指在常溫下，采用由異氰酸酯硅烷偶聯(lián)劑與乙醇按質(zhì)量比為1 :1〇配制的混合液，按質(zhì) 量比混合液：竹木粉末=1 :50噴灑在粉末的表面，攪拌均勻得到的粒徑為5-25微米的粉 體。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生物質(zhì)的復(fù)合材料，其特征是，所述的混合阻燃劑 為亞磷酸三苯酯，氫氧化鋁和氧化鎂的混合物，其混合質(zhì)量比為亞磷酸三苯酯：氫氧化鋁： 氧化鎂=10 :3。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生物質(zhì)的復(fù)合材料，其特征是，所述的的混合增溶 劑為苯乙烯馬來酸酐、苯乙烯、丙烯酸通過陰離子聚合而獲得的共聚物。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于生物質(zhì)的復(fù)合材料，其特征是，所述的共聚物的分 子結(jié)構(gòu)為：其中，η 小于 m，η = 10-40, m = 50-100,分子量為 5000-10000 ; 其反應(yīng)過程為：其中，η大于m，η為20-70, m為10-30,分子量為5000-20000。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生物質(zhì)的復(fù)合材料，其特征是，所述的發(fā)泡劑為AC 化學(xué)發(fā)泡劑。7. -種根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的基于生物質(zhì)的復(fù)合材料的制備方法，其特征是， 將稱量好的組合物組分放在攪拌機(jī)中，以100-150轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速攪拌50-70分鐘，混合均勻后 放在雙螺桿擠出機(jī)中擠出顆粒粉體，包裝。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于生物質(zhì)的復(fù)合材料及其制備方法。所述復(fù)合材料的組合物按質(zhì)量百分比由組分：改性竹木粉末為30-50％，聚苯乙烯為20-35％，混合增溶劑為5-20％，混合阻燃劑為3-8％，發(fā)泡劑為1-8％，環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑為1-5％組成。制備方法是將配比稱量好的各組分放入在攪拌機(jī)中以100-150轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速攪拌50-70分鐘，混合均勻后放在雙螺桿擠出機(jī)中擠出顆粒粉體，包裝。本發(fā)明通過采用可再生物質(zhì)竹木粉和塑料生產(chǎn)制備出環(huán)境友好型防腐材料，性能優(yōu)異。不吸濕，不腐爛，不破裂，不變形，防蟲蛀，對(duì)冷、熱環(huán)境不敏感，可廣泛作承載結(jié)構(gòu)材料使用，而且成本低廉。
【IPC分類】C08L35/06, C08L25/06, C08K3/22, C08K5/523, C08L97/02, C08J9/10
【公開號(hào)】CN105348836
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510759656
【發(fā)明人】高延敏, 蔣詩(shī)旭
【申請(qǐng)人】江蘇科技大學(xué)
【公開日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年11月10日