一种高强度和生物耐久性的木塑复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度和生物耐久性的木塑复合材料及其制备方法，该材料包括如下质量百分数的原料：改性木质素10‑20%、木粉40‑50%、密度为0.90‑0.96g/cm

A kind of wood plastic composite with high strength and Biological durability and its preparation method

The invention relates to a wood plastic composite material with high strength and Biological durability and a preparation method thereof. The material comprises raw materials with the following mass percentage: modified lignin 10 \u2011 20%, wood powder 40 \u2011 50%, density 0.90 \u2011 0.96g/cm

【技术实现步骤摘要】
一种高强度和生物耐久性的木塑复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种复合材料，尤其是一种高强度和生物耐久性的木塑复合材料，还涉及其制备方法，属于木塑复合材料领域。
技术介绍
木塑复合材料（Wood-PlasticComposites）简写WPC，主要是指聚乙烯、聚丙稀等塑料与木质纤维材料复合而成的一类高性能、高附加值的绿色环保型复合材料。塑料成本高，并且由于木塑复合材料中含有一定数量的木纤维，当其长期用于户外环境时，阳光、雨水以及适宜的温度都为真菌的生长提供了客观条件，因此易受使用环境中真菌、细菌等微生物的影响而导致霉变、腐朽进而劣化降低使用寿命。木质素是制浆造纸过程中的副产物，来源广泛、价廉易得。目前已有利用木质素和塑料复合制备新型塑性材料的专利技术，因此可以将木质素用于木塑复合材料的制备，但是木质素中含有活性基团，极易团聚，在复合材料中均匀分散困难，并且由于极性使得木质素与塑料的界面结合性也比较差，可能导致复合材料的性能不好，是木质素基木塑复合材料制备上面临的难题。而对木质素进行改性，可以提高其反应活性、增加支链，改善其与塑料的界面结合作用，有利于形成良好的界面结合层，因此，对木质素进行羟甲基化改性，再利用改性木质素制备木塑复合材料，能够改善并提高改性木质素基木塑复合材料的综合性能。现有技术往往只能提高复合材料某一方面的性能，如强度等，如何同时提高多方面的性能是值得研究的。例如：如何同时解决目前常见的木塑复合材料制备原料中塑料成本高、产品易被真菌侵蚀等问题，也是当下的技术问题。r>
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种高强度和生物耐久性的木塑复合材料及其制备方法，本专利技术的技术方案具体如下：一种木质素改性方法，按以下进行：将木质素溶解在氢氧化钠溶液中，调节溶液pH至11，水浴加热，到达反应温度80-100℃后加入甲醛，木质素与甲醛质量比为1:1-6:1，反应2-4h后冷却至室温，用盐酸调节溶液pH值至2-4，再将析出的改性木质素离心，用蒸馏水冲洗后在鼓风干燥机中50-60℃烘干，得到改性木质素。进一步地，氢氧化钠溶液浓度为1mol/L，甲醛的浓度为37%，盐酸浓度为12%。本专利技术还涉及的一种高强度和生物耐久性的木塑复合材料，包括如下质量百分数的原料：上述的改性木质素10-20%、木粉40-50%、密度为0.90-0.96g/cm3的聚乙烯20-25%、相容剂5-10%、填料8%、润滑剂1%以及分散剂1%。本专利技术还涉及的木塑复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤（1）、干燥：将改性木质素和木粉干燥；步骤（2）、混料：将改性木质素10-20%、木粉40-50%、密度为0.90-0.96g/cm3的聚乙烯20-25%、相容剂5-10%、填料8%、润滑剂1%以及分散剂1%在高速混合机中混合；步骤（3）、混炼、造粒：将混合后的原料送至挤出机中进行熔融混炼，一区至七区温度分别为80-110℃、180-200℃、180-200℃、180-200℃、180-200℃、160-180℃、160-180℃；步骤（4）、对辊挤出、热压成型：将造好粒的材料送到在对辊机中热压挤出，最后在热压机中热压成型，热压温度为160-180℃，加热预压时间为6min左右，加压时间为2min左右，加压压力为5-8Mpa，即获得具有良好力学性能、吸水性能、界面结合性能、生物耐久性的环保型木塑复合材料。进一步地，步骤（1）中，将改性木质素在40-70℃下干燥24h，木粉在100-105℃下干燥4h。进一步地，步骤（2）中，混合时间为20min，转速为1000r/min。进一步地，步骤（3）中，喂料转速6r/min，主机转速60r/min；将混炼后的细条形材料放在切粒机中切粒，切粒机转速为20r/min；将混合后的原料送至双螺杆挤出机中进行熔融混炼。进一步地，步骤（4）中，辊筒温度为160-180℃，辊距为1mm。进一步地，相容剂为马来酸酐接枝改性的聚乙烯，填料为碳酸钙，润滑剂为石蜡，分散剂由质量百分数为0.5%硬脂酸和质量百分数为0.5%硬脂酸钙组成。进一步地，步骤（4）中，将材料放在模具中作为形状固定装置后，在平板硫化机中热压成型。本专利技术的木质素经羟甲基化改性后，改性木质素中的羟基与相容剂中羰基能够形成氢键结合，进而与聚乙烯分子相互作用，从而改善复合材料的界面结合性，提高复合材料的静曲强度、冲击强度。与未经过改性的木质素相比能够更好的提高界面结合强度，进而提高力学强度。同时显著地提高木塑复合材料的抗真菌侵蚀作用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：（1）本专利技术所使用的木质素为造纸工业副产物，来源广泛、无毒无害，是一种价格低廉的原料，可以缓解塑料用量大的化工问题，并且不仅可以废物利用，同时还更加环保。（2）本专利技术的木质素经过羟甲基化改性后，改性木质素中的羟基与相容剂中的羰基形生氢键结合，能够与聚乙烯、相容剂更好地发生作用产生结合，形成更为均一的体系，从而改善木塑复合材料的界面结合性，形成更好的界面结合层。与没有经过改性的木质素相比，复合材料内部更加密实、均匀，空隙少、无裂缝，力学强度得到提高。与未改性木质素相比，改性木质素制备的复合材料静曲强度提高了37.24%，拉伸强度提高了4.22%，冲击强度提高了32.05%。（3）本专利技术制备的改性木质素复合材料与未添加木质素的木塑复合材料相比，抗白腐、褐腐的能力分别提高了72%、69%；与未改性木质素相比，抗白腐、褐腐的能力分别提高了56%、52%，体现出显著的抗真菌作用，在木塑复合材料的老化过程中，可以提高其生物耐久性，具有广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术的改性木质素与WPC力学性能的关系；图2为本专利技术的改性木质素与WPC吸水性能关系；图3为本专利技术的木塑复合材料的储能模量与损耗因子曲线；图4为本专利技术的木塑复合材料的DSC曲线；图5为本专利技术的木塑复合材料断面形貌的SEM观察图；其中，（a）添加15%木质素；（b）添加15%实施例4的羟甲基化木质素。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是对本专利技术一部分实例，而不是全部的实例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1本实施例的木质素改性方法，按以下进行：木质素改性：将木质素溶解在1mol/L氢氧化钠溶液中，调节溶液pH至11，水浴加热，到达反应温度80℃后加入37%浓度的甲醛，木质素与甲醛质量比为2:1，反应2h后冷却至室温，用12%盐酸调节溶液pH值至2，再将析出的改性木质素离心，用蒸馏水冲洗后在鼓风干燥机中50℃烘干，得到改性木质素。本实施例的木塑复合材料的制备方法，包括如下步骤：...

【技术保护点】
1.一种木质素改性方法，其特征在于：按以下进行：/n将木质素溶解在氢氧化钠溶液中，调节溶液pH至11，水浴加热，到达反应温度80-100℃后加入甲醛，木质素与甲醛质量比为1:1-6:1，反应2-4h后冷却至室温，用盐酸调节溶液pH值至2-4，再将析出的改性木质素离心，用蒸馏水冲洗后在鼓风干燥机中50-60℃烘干，得到改性木质素。/n

【技术特征摘要】
1.一种木质素改性方法，其特征在于：按以下进行：
将木质素溶解在氢氧化钠溶液中，调节溶液pH至11，水浴加热，到达反应温度80-100℃后加入甲醛，木质素与甲醛质量比为1:1-6:1，反应2-4h后冷却至室温，用盐酸调节溶液pH值至2-4，再将析出的改性木质素离心，用蒸馏水冲洗后在鼓风干燥机中50-60℃烘干，得到改性木质素。


2.根据权利要求1所述的木质素改性方法，其特征在于：氢氧化钠溶液浓度为1mol/L，甲醛的浓度为37%，盐酸浓度为12%。


3.一种高强度和生物耐久性的木塑复合材料，其特征在于：包括如下质量百分数的原料：
权利要求1或2所述的改性木质素10-20%、木粉40-50%、密度为0.90-0.96g/cm3的聚乙烯20-25%、相容剂5-10%、填料8%、润滑剂1%以及分散剂1%。


4.权利要求3所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤（1）、干燥：将改性木质素和木粉干燥；
步骤（2）、混料：
将改性木质素10-20%、木粉40-50%、密度为0.90-0.96g/cm3的聚乙烯20-25%、相容剂5-10%、填料8%、润滑剂1%以及分散剂1%在高速混合机中混合；
步骤（3）、混炼、造粒：
将混合后的原料送至挤出机中进行熔融混炼，一区至七区温度分别为80-110℃、180-200℃、180-200℃、180-200℃、180-200℃、160-180℃、160-180℃；
步骤（4）、对...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏炎，赵毅力，罗蓓，徐志伟，李方方，
申请(专利权)人：西南林业大学，
类型：发明
国别省市：云南;53