一种层层自组装型耐候木塑复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种层层自组装型耐候木塑复合材料及其制备方法，以木粉和聚丙烯为主要原料，邻苯二甲酸二辛酯为塑化剂，乙烯‑乙酸乙烯酯共聚物为增容剂，偶氮二甲酰胺为发泡剂，滑石粉和硬脂酸锌为润滑剂，通过双螺杆挤出成型制备木塑复合材料，以H2Ti2O5•H2O纳米管作为纳米光吸收剂并用γ‑氨丙基三乙氧基硅烷对其改性，将木塑复合材料在纳米管/γ‑氨丙基三乙氧基硅烷分散液和聚苯乙烯磺酸钠溶液中交替浸泡若干次，采用层层自组装的方式将H2Ti2O5•H2O纳米管以纳米膜的形式包覆在木塑复合材料表面，使得其获得较好的耐候性能，能够有效防止木塑复合材料在户外使用过程中发生光氧氧化而被破坏。

A layer by layer self-assembly weatherproof wood plastic composite material and its preparation method

The invention discloses a layer self assembled weatherproof wood plastic composite material and its preparation method, with wood powder and polypropylene as the main raw material, phthalic acid two octyl ester as plasticizer, vinyl acetate vinyl acetate copolymer as compatibilizer, azo two formamide as foaming agent, talc powder and zinc stearate as lubricants, through double snails. Wood plastic composites were prepared by rod extrusion, and H2Ti2O5 H2O nanotubes were used as nanoscale absorbents and modified by gamma amino propyl triethoxyl silane. The wood plastic composite was soaked in nanotube / gamma triethyl triethoxy silane dispersion and sodium polystyrene sulfonate solution for several times, and layer self assembly was adopted. The H2Ti2O5 H2O nanotube is coated on the surface of the wood plastic composite material in the form of nano film, so that it can obtain better weather resistance and can effectively prevent the wood plastic composite from being destroyed by oxygen oxidation during the outdoor use process.

【技术实现步骤摘要】
一种层层自组装型耐候木塑复合材料及其制备方法
本专利技术属于农林副产品的综合利用
，具体涉及到应用于户外建筑装饰材料领域的一种层层自组装型耐候木塑复合材料及其制备方法。
技术介绍
从上个世纪90年代开始，木塑复合材料迎来了爆发式增长的时代，在过去的20多年中，世界木塑复合材料市场以每年两位数的增长率迅速发展，2016年末，全球木塑复合材料需求量超过300万吨，其总值可达60亿美元左右。木塑复合材料是一种以木粉、木屑、谷壳、农作物秸秆、甘蔗渣等低值生物质纤维为基质，混合塑料加工而成的一种复合材料。它综合了植物纤维和塑料双方的优点，同时也克服了二者的一些固有缺点，如：有木质材料的外观，同时没有木材的节疤、斜纹，还可以通过覆膜或添加着色剂制成各种颜色和花纹的产品；物理性能好，比塑料硬度大，比木材的尺寸稳定性好；和塑料一样易加工成型，同时向像木材一样，具有二次加工型，可以使用螺栓、钉子固定；不怕虫蛀、耐腐蚀、吸水率低，耐候性强，使用年限久；一次性成型，无需使用胶黏剂，不含甲醛；维护成本低且属于绿色材料，可以回收使用。木塑复合材料最主要的作用便是替代实木应用于各个行业，其在对结构和性能要求比较低的建筑装饰产品方面应用最广，大约占木塑复合材料产品的75%，户外产品主要包括座椅、栈桥、铺板、墙板、栏杆、篱笆等，室内产品主要包括门条线、踢脚线、装饰板等。尽管木塑复合材料在建筑装饰领域比传统木质有着诸多优势，但随着时代的发展和人们需求的提高，其在户外及室内的应用中均存在很多问题。一方面，老化褪色已成为当前户外木塑产品使用中存在的关键问题之一。同其它高分子材料一样，木塑制品在户外使用时，户外自然环境中的阳光、氧气和水分等因素都会对其表观性能和力学性能造成危害，表观性能的破坏主要是指材料发生褪色及黄变，表现在力学性能上是脆性增大，冲击强度降低。材料的老化失效问题严重影响和制约木塑产品的性能和市场竞争力，进而妨碍木塑行业的发展。因此，如何提高木塑复合材料的耐候性已成为研究的焦点之一，抗老化型木塑产品成为函待开发的产品。从高分子材料的老化机理、影响因素等方面出发，能够发现光氧氧化（尤其是紫外光）是木塑复合材料老化最主要的原因，添加光稳定剂是改善高分子材料耐候性最常用、最方便以及最经济的方法，但传统的光稳定剂或多或少存在一些问题，无法满足当今社会对木塑复合材料的需要，如：①紫外线吸收剂能够吸收具有高能量的紫外光，然后通过荧光、磷光、热等方式将这部分能量转移出去，避免高分子材料吸收紫外光而发生降解，是目前最常用的光稳定剂，主要种类有水杨酸酯类、二苯甲酮类、苯并三唑类和三嗪类等。但是紫外线吸收剂可能自身在紫外光的作用下发生分解，逐渐耗尽，使高分子材料失去耐候性能。同时，其对紫外线的吸收是限度的，必须在一定的浓度下才能产生较好的作用；同时其需要一定的吸收深度，因此，对于一些较薄的材料作用有限。②激发态猝灭剂与紫外线吸收剂类似，都是通过转移紫外线的能量而保护高分子材料不被降解。二价镍的络合物或盐是目前应用最广泛的激发态猝灭剂，但其在高温（300℃）下会分解，生成硫化镍产生环境污染。③光屏蔽剂是指能够完全吸收或反射紫外光的物质，它能阻止紫外光穿过并进入高分子材料内部造成材料分子链的断裂，类似于在紫外光和高分子材料间加了一道屏障，主要有炭黑、氧化锌和一些颜料。光屏蔽剂对不同高分子材料的保护作用是不同的，因为其与高分子材料的吸光光谱不同，对一种高分子材料无害的紫外光可能会降解另一种材料；另外，光屏蔽本身可能与某类高分子材料反应。如，氧化铁是一种常见的光屏蔽剂，但其却会催化聚氯乙烯（PVC）氧化分解。除此之外，光屏蔽剂通常是一种颜料，具有染色性，这大大限制了其应用范围。④受阻胺光稳定剂能阻止光氧化链式反应的过程，通过分解氢过氧化物，捕获链式反应产生的的自由基，传递激发态能量从而切断链式反应，防止高分子材料被氧化分解。但由于受阻胺光稳定剂呈碱性，在PVC，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），聚碳酸酯（PC）等含酸性组分的高分子材料中的应用受到极大限制。开发新型的无机纳米材料，用于改善木塑复合材料的耐候性和耐候性是目前的一个研究热点，纳米TiO2正是其中的典型代表。金红石型纳米TiO2能够通过巨大的表面积和超多的界面散射掉部分射在高分子材料表面的紫外光；另外，还能够通过电子跃迁吸收掉部分紫外光，这为其作为光稳定剂来提高木塑复合材料的耐候性提供了理论基础。但是这些无机纳米材料通常是以共混的形式与纤维基复合材料复合，为了复合材料达到较好的耐候性能，要求无机纳米材料有相对较高的添加量，使得产品成本过高；另外，无机纳米光稳定剂的添加有可能降低木纤维和合成高分子材料之间的相容性，导致复合材料力学性能劣化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对目前木塑复合材料在应用过程中存在的易老化的耐候问题，而传统光稳定剂也暴露出种种缺陷，如有机光稳定剂不能长效抗老化、有一定的环境污染等问题，无机纳米耐候剂通过共混方式掺入复合材料中，导致用量较大、成本较高，TiO2及纳米管类光吸收剂的光吸收效率较低的问题，提供一种层层自组装型耐候木塑复合材料及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种层层自组装型耐候木塑复合材料的制备方法，其包括以下步骤：1）将20-30份木粉过100-150目筛，干燥，然后加入木粉重量2-4%的钛酸酯偶联剂，于80-90℃搅拌反应3-5h，然后继续搅拌冷却至室温，得到改性木粉；2）将步骤1）得到的改性木粉、60-100份聚丙烯、2-5份邻苯二甲酸二辛酯、8-12份乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、1-3份偶氮二甲酰胺、2-8份滑石粉和1-3份硬脂酸锌混合后，于130-160℃下搅拌10-20分钟，得到混合物料；3）将上述混合物料置于双螺杆挤出机中挤出，经模具定型，冷却，牵引和切割，得到木塑复合材料；4）将木塑复合材料放置于1-1.5M的NaOH溶液中，在65-75℃下浸泡25-35min，得到预处理后的木塑复合材料，该预处理使得木纤维表面部分水解，暴露出更多的羟基和羧基，从而更容易吸附聚电解质；5）制备稀土元素掺杂的H2Ti2O5•H2O纳米管：将二氧化钛粉末和稀土元素的的盐加入NaOH溶液中，在N2气氛中搅拌混合1.5-2.5h后，将乳浊液倒入反应釜中，然后于90-150℃下反应8-30h，然后将反应釜冷却，除去上层清液得到反应中间产物，最后往中间产物中添加酸液并搅拌酸化，使得整个体系的pH值保持在1.5-3并继续搅拌18-24h，然后过滤，收集沉淀物并用去离子水洗涤至中性，然后将沉淀物干燥，得到稀土元素掺杂的H2Ti2O5•H2O纳米管；6）将0.2-0.3份稀土元素掺杂的H2Ti2O5•H2O纳米管、0.5份γ-氨丙基三乙氧基硅烷和9份无水乙醇混合成分散液，超声振荡15-25min，得到纳米管/γ-氨丙基三乙氧基硅烷分散液；7）将步骤4）预处理后的木塑复合材料在上述纳米管/γ-氨丙基三乙氧基硅烷分散液（带整电的聚电解质溶液）和聚苯乙烯磺酸钠溶液（带负电的聚电解质溶液）中交替浸泡若干次，每次浸泡20-25min，然后烘干，得到层层自组装型耐候木塑复合材料。步骤1），所述木粉在90-110℃下干燥18-24h。步骤3），双螺杆挤出机挤出成型过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种层层自组装型耐候木塑复合材料的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：1）将20‑30份木粉过100‑150目筛，干燥，然后加入木粉重量2‑4%的钛酸酯偶联剂，于80‑90℃搅拌反应3‑5h，然后冷却至室温，得到改性木粉；2）将步骤1）得到的改性木粉、60‑100份聚丙烯、2‑5 份邻苯二甲酸二辛酯、8‑12 份乙烯‑乙酸乙烯酯共聚物、1‑3份偶氮二甲酰胺、2‑8份滑石粉和1‑3份硬脂酸锌混合后，于130‑160℃下搅拌10‑20分钟，得到混合物料；3）将上述混合物料置于双螺杆挤出机中挤出成型，得到木塑复合材料；4）将木塑复合材料放置于1‑1.5M的NaOH溶液中，在65‑75℃下浸泡25‑35 min，得到预处理后的木塑复合材料；5）制备稀土元素掺杂的H2Ti2O5•H2O纳米管：将二氧化钛粉末和稀土元素的盐加入NaOH溶液中，在N2气氛中搅拌混合1.5‑2.5 h后，将乳浊液倒入反应釜中，然后于90‑150 ℃下反应8‑30 h，然后将反应釜冷却，除去上层清液得到反应中间产物，最后往中间产物中添加酸液并搅拌酸化，使得整个体系的pH值保持在1.5‑3并继续搅拌18‑24 h，然后过滤，收集沉淀物并用去离子水洗涤至中性，然后将沉淀物干燥，得到稀土元素掺杂的H2Ti2O5•H2O纳米管；6）将0.2‑0.3份稀土元素掺杂的 H2Ti2O5•H2O纳米管、0.5 份 γ‑氨丙基三乙氧基硅烷和9份无水乙醇混合成分散液，超声振荡15‑25 min，得到纳米管/γ‑氨丙基三乙氧基硅烷分散液；7）将步骤4）预处理后的木塑复合材料在上述纳米管/γ‑氨丙基三乙氧基硅烷分散液和聚苯乙烯磺酸钠溶液中交替浸泡若干次，每次浸泡20‑25 min，然后烘干，得到层层自组装型耐候木塑复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种层层自组装型耐候木塑复合材料的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：1）将20-30份木粉过100-150目筛，干燥，然后加入木粉重量2-4%的钛酸酯偶联剂，于80-90℃搅拌反应3-5h，然后冷却至室温，得到改性木粉；2）将步骤1）得到的改性木粉、60-100份聚丙烯、2-5份邻苯二甲酸二辛酯、8-12份乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、1-3份偶氮二甲酰胺、2-8份滑石粉和1-3份硬脂酸锌混合后，于130-160℃下搅拌10-20分钟，得到混合物料；3）将上述混合物料置于双螺杆挤出机中挤出成型，得到木塑复合材料；4）将木塑复合材料放置于1-1.5M的NaOH溶液中，在65-75℃下浸泡25-35min，得到预处理后的木塑复合材料；5）制备稀土元素掺杂的H2Ti2O5•H2O纳米管：将二氧化钛粉末和稀土元素的盐加入NaOH溶液中，在N2气氛中搅拌混合1.5-2.5h后，将乳浊液倒入反应釜中，然后于90-150℃下反应8-30h，然后将反应釜冷却，除去上层清液得到反应中间产物，最后往中间产物中添加酸液并搅拌酸化，使得整个体系的pH值保持在1.5-3并继续搅拌18-24h，然后过滤，收集沉淀物并用去离子水洗涤至中性，然后将沉淀物干燥，得到稀土元素掺杂的H2Ti2O5•H2O纳米管；6）将0.2-0.3份稀土元素掺杂的H2Ti2O5•H2O纳米管、0.5份γ-氨丙基三乙氧基硅烷和9份无水乙醇混合成分散液，超声振荡15-25min，得到纳米管/γ-氨丙基三乙氧基硅烷分散液；7）将步骤4）预处理后的木塑复合材料在上述纳米管/γ-氨丙基三乙氧基硅烷分散液和聚苯乙烯磺酸钠溶液中交替浸泡若干次，每次浸泡20-25min，然后烘干，得到层层自组...

【专利技术属性】
技术研发人员：费鹏，陆丹羽，刘胜，汤林枭，陈天衡，刘玉娟，蔡杰，
申请(专利权)人：闽南师范大学，
类型：发明
国别省市：福建,35