一种仿木家具用耐老化木塑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种仿木家具用耐老化木塑复合材料及其制备方法。
背景技术
木塑复合材料是国内外蓬勃兴起的一类新型材料，一般是利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等塑料，代替通常的树脂胶粘剂，与超过50％以上的木粉、稻壳、秸秆等废植物纤维混合成新的木质材料，再经挤压、模压、注射成型等塑料加工工艺生产出板材，它们主要用于建材、家具、物流包装等行业。
目前，木塑复合材料的制备方法主要有三种：第一种是实体木材中加入塑料或酚醛树脂、尿醛树脂、聚酯树脂型的复合材料；第二种是木纤维与热塑性高分子聚合物混合制成的复合材料，即将木粉与高分子聚合物在加热条件下充分混合，然后注入模具中热压后制成成品。第三种是将原木粉、塑料、改性剂或相容剂混合，经过一定程度的接枝反应而制得。例如，中国发明专利CN1227297C是利用木粉及塑料或废旧塑料为主要原料，配以少量助剂，专用接技剂对木粉及塑料表面进行接枝改性处理，采用连续挤出工艺，利用各种断面形状的模具，挤出生产各种高性能复合材料，但是这类木粉和塑料的复合材料，存在色彩单调、色光不鲜艳、色彩不均匀等缺陷，得不到理想的彩色木塑复合材料，且传统的复合材料一般用于室内家具，一般不会考虑高湿度、高温度等特殊情况，其耐老化性能有待提高，故有必要研究一种仿木家具用耐老化木塑复合材料及其制备方法。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种仿木家具用耐老化木塑复合材料及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种仿木家具用耐老化木塑复合材料，包括以下成分：聚丙烯100-200份、秸秆300-500份、引发剂1-3份、粘合剂2-5份、石油沥青50-80份、酸性催化剂3-6份、硅烷偶联剂10-18份、硅烷化玻璃纤维20-30份和填料200-300份。
优选的，所述的聚丙烯平均粒径为20-80μm，标准差为5-12μm。
优选的，所述的引发剂为过氧化物类引发剂，优选为过氧化苯甲酰。
优选的，所述的粘合剂为酚醛树脂。
优选的，所述的石油沥青为针入度25-55(1/10mm，25℃)，软化点为55-65℃。
优选的，所述的酸性催化剂为无机酸催化剂，进一步优选为稀硫酸或者稀盐酸。
优选的，所述的硅烷偶联剂为KH550或者KH570。
优选的，所述的硅烷化玻璃纤维的制备方法，包括以下步骤：将10-40重量份的双氧水逐滴加入1重量份的原料玻璃纤维中，搅拌均匀后，加热升温至105℃，回流3-6小时，过滤、干燥后得到羟基化玻璃纤维；在羟基化玻璃纤维中加入20重量份的丙酮和5-20重量份的γ―氨丙基三乙氧基硅烷，加热升温至80℃，反应4-10小时，过滤、干燥后得到硅烷化玻璃纤维。
优选的，所述的填料为掺杂有少量博耐特的轻质碳酸钙；所述的轻质碳酸钙为大直径片状碳酸钙。
进一步优选的，所述的大直径片状碳酸钙的直径为4-10μm，径厚比为(20-50):1。
一种仿木家具用耐老化木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
A、依次将聚丙烯、秸秆、粘合剂、石油沥青、硅烷偶联剂、硅烷化玻璃纤维和填料放入高速混料机进行混料处理，搅拌均匀；
B、将步骤A中得到的混合物加热至185-210℃，然后缓慢加入引发剂和酸性催化剂，加入完毕后搅拌20-30min，并放入双螺杆挤出机中熔融共混挤出；
C、将步骤B中得到的混合物经挤出机机头拉出、冷却、吹干、切粒后即得。
博耐特是基于六铝酸钙(CA6)矿物相的一种新型合成致密耐火骨料。CA6具有以下主要性能：很高的耐火度；在含铁熔渣中的溶解度低；在还原气氛(如一氧化碳)中的稳定性高；在碱性环境中的化学稳定性好；对熔融金属和熔渣的润湿性低(钢铁和有色金属)。
博耐特作为骨料应用于耐火材料中从而提高耐火材料的耐腐蚀性能已经得到广泛报道，本发明中利用博耐特的高熔点、低膨胀系数的特点，可以显著提升木塑复合材料的耐老化性能；但是由于博耐特中的六铝酸钙有可能形成片状结构或者等轴晶体，而片状结构更有利于提升材料的耐老化性能和耐冲击性能，故防止六铝酸钙的颗粒团聚形成等轴晶体就非常有必要。本发明通过将其与大直径片状碳酸钙结合使用，有利于形成片状结构的六铝酸钙。
本发明的有益之处在于：本发明的仿木家具用耐老化木塑复合材料，包括以下成分：聚丙烯100-200份、秸秆300-500份、引发剂1-3份、粘合剂2-5份、石油沥青50-80份、酸性催化剂3-6份、硅烷偶联剂10-18份、硅烷化玻璃纤维20-30份和填料200-300份。本发明的仿木家具用耐老化木塑复合材料与传统的木塑复合材料相比，主要区别在于：一是对玻璃纤维进行硅烷化改性，从而可以显著提升玻璃纤维参与反应的效果；二是加入石油沥青，并对其针入度和软化点进行了限定，从而保证最终得到的复合材料具有非常好的仿古木纹，从而显著提升了制备的仿古家具的经济价值；三是采用石油沥青还具有有机溶剂的效果，加入引发剂与酸性催化剂可以有效提升各原料之间的连接效果，从而有效增强复合材料的强度。四是加入掺杂有少量博耐特的大直径片状碳酸钙，博耐特中的六铝酸钙在大直径片状碳酸钙表面成片状分布，分散效果好，有效防止了六铝酸钙的颗粒团聚，从而可以有效提升木塑复合材料的耐老化性能。
具体实施方式
实施例1
一种仿木家具用耐老化木塑复合材料，包括以下成分：聚丙烯180份、秸秆350份、引发剂1.5份、粘合剂3份、石油沥青70份、酸性催化剂5份、硅烷偶联剂12份、硅烷化玻璃纤维25份和填料220份。
所述的聚丙烯平均粒径为20-80μm，标准差为5-12μm。
所述的引发剂为过氧化苯甲酰。
所述的粘合剂为酚醛树脂。
所述的石油沥青为针入度25-55(1/10mm，25℃)，软化点为55-65℃。
所述的酸性催化剂为稀硫酸。
所述的硅烷偶联剂为KH550。
所述的硅烷化玻璃纤维的制备方法，包括以下步骤：将20重量份的双氧水逐滴加入1重量份的原料玻璃纤维中，搅拌均匀后，加热升温至105℃，回流5小时，过滤、干燥后得到羟基化玻璃纤维；在羟基化玻璃纤维中加入20重量份的丙酮和12重量份的γ―氨丙基三乙氧基硅烷，加热升温至80℃，反应6小时，过滤、干燥后得到硅烷化玻璃纤维。
所述的填料为掺杂有质量比为1.5％博耐特的轻质碳酸钙；所述的轻质碳酸钙为大直径片状碳酸钙；所述的大直径片状碳酸钙的直径为4-10μm，径厚比为(20-50):1。
实施例2
一种仿木家具用耐老化木塑复合材料，包括以下成分：聚丙烯200份、秸秆300份、引发剂1份、粘合剂2份、石油沥青80份、酸性催化剂3份、硅烷偶联剂18份、硅烷化玻璃纤维20份和填料300份。
所述的聚丙烯平均粒径为20-80μm，标准差为5-12μm。
所述的引发剂为过氧化苯甲酰。
所述的粘合剂为酚醛树脂。
所述的石油沥青为针入度25-55(1/10mm，25℃)，软化点为55-65℃。
所述的酸性催化剂为稀盐酸。
所述的硅烷偶联剂为KH570。
所述的硅烷化玻璃纤维的制备方法，包括以下步骤：将40重量份的双氧水逐滴加入1重量份的原料玻璃纤维中，搅拌均匀后，加热升温至105℃，回流3小时，过滤、干燥后得到羟基化玻璃纤维；在羟基化玻璃纤维中加入20重量份的丙酮和20重量份的γ―氨丙基三乙氧基硅烷，加热升温至80℃，反应4小时，过滤、干燥后得到硅烷化玻璃纤维。
所述的填料为掺杂有质量比为1.7％博耐特的轻质碳酸钙；所述的轻质碳酸钙为大直径片状碳酸钙；所述的大直径片状碳酸钙的直径为4-10μm，径厚比为(20-50):1。
实施例3
一种仿木家具用耐老化木塑复合材料，包括以下成分：聚丙烯100份、秸秆500份、引发剂3份、粘合剂5份、石油沥青80份、酸性催化剂3份、硅烷偶联剂18份、硅烷化玻璃纤维20份和填料300份。
所述的聚丙烯平均粒径为20-80μm，标准差为5-12μm。
所述的引发剂为过氧化苯甲酰。
所述的粘合剂为酚醛树脂。
所述的石油沥青为针入度25-55(1/10mm，25℃)，软化点为55-65℃。
所述的酸性催化剂为稀硫酸。
所述的硅烷偶联剂为KH570。
所述的硅烷化玻璃纤维的制备方法，包括以下步骤：将10重量份的双氧水逐滴加入1重量份的原料玻璃纤维中，搅拌均匀后，加热升温至105℃，回流6小时，过滤、干燥后得到羟基化玻璃纤维；在羟基化玻璃纤维中加入20重量份的丙酮和5重量份的γ―氨丙基三乙氧基硅烷，加热升温至80℃，反应10小时，过滤、干燥后得到硅烷化玻璃纤维。
所述的填料为掺杂有质量比为1.2％博耐特的轻质碳酸钙；所述的轻质碳酸钙为大直径片状碳酸钙；所述的大直径片状碳酸钙的直径为4-10μm，径厚比为(20-50):1。
实施例4
一种仿木家具用耐老化木塑复合材料，包括以下成分：聚丙烯175份、秸秆485份、引发剂3份、粘合剂2份、石油沥青60份、酸性催化剂5份、硅烷偶联剂12份、硅烷化玻璃纤维27份和填料215份。
所述的聚丙烯平均粒径为20-80μm，标准差为5-12μm。
所述的引发剂为过氧化苯甲酰。
所述的粘合剂为酚醛树脂。
所述的石油沥青为针入度25-55(1/10mm，25℃)，软化点为55-65℃。
所述的酸性催化剂为稀盐酸。
所述的硅烷偶联剂为KH570。
所述的硅烷化玻璃纤维的制备方法，包括以下步骤：将35重量份的双氧水逐滴加入1重量份的原料玻璃纤维中，搅拌均匀后，加热升温至105℃，回流3小时，过滤、干燥后得到羟基化玻璃纤维；在羟基化玻璃纤维中加入20重量份的丙酮和20重量份的γ―氨丙基三乙氧基硅烷，加热升温至80℃，反应4小时，过滤、干燥后得到硅烷化玻璃纤维。
所述的填料为掺杂有质量比为1.6％博耐特的轻质碳酸钙；所述的轻质碳酸钙为大直径片状碳酸钙；所述的大直径片状碳酸钙的直径为4-10μm，径厚比为(20-50):1。
实施例5
一种仿木家具用耐老化木塑复合材料，包括以下成分：聚丙烯100份、秸秆500份、引发剂1.2份、粘合剂4.5份、石油沥青65份、酸性催化剂3.5份、硅烷偶联剂18份、硅烷化玻璃纤维20份和填料250份。
所述的聚丙烯平均粒径为20-80μm，标准差为5-12μm。
所述的引发剂为过氧化苯甲酰。
所述的粘合剂为酚醛树脂。
所述的石油沥青为针入度25-55(1/10mm，25℃)，软化点为55-65℃。
所述的酸性催化剂为稀硫酸。
所述的硅烷偶联剂为KH570。
所述的硅烷化玻璃纤维的制备方法，包括以下步骤：将18重量份的双氧水逐滴加入1重量份的原料玻璃纤维中，搅拌均匀后，加热升温至105℃，回流4.5小时，过滤、干燥后得到羟基化玻璃纤维；在羟基化玻璃纤维中加入20重量份的丙酮和15重量份的γ―氨丙基三乙氧基硅烷，加热升温至80℃，反应10小时，过滤、干燥后得到硅烷化玻璃纤维。
所述的填料为掺杂有质量比为1.5％博耐特的的轻质碳酸钙；所述的轻质碳酸钙为大直径片状碳酸钙；所述的大直径片状碳酸钙的直径为4-10μm，径厚比为(20-50):1。
对比例1
将实施例1中的石油沥青替换为软化点为75℃的石油沥青，其余配比和制备方法不变。
对比例2
将实施例1中的石油沥青替换为软化点为45℃的石油沥青，其余配比和制备方法不变。
对比例3
将实施例1中的硅烷化玻璃纤维替换为未改性的常规玻璃纤维，其余配比和制备方法不变。
对比例4
将实施例1中的大直径片状碳酸钙替换为常规的粒径为5-10微米的轻质碳酸钙，其余配比和制备方法不变。
以上实施例1-5和对比例1-4的仿木家具用耐老化木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
A、依次将聚丙烯、秸秆、粘合剂、石油沥青、硅烷偶联剂、硅烷化玻璃纤维和填料放入高速混料机进行混料处理，搅拌均匀；
B、将步骤A中得到的混合物加热至195℃，然后缓慢加入引发剂和酸性催化剂，加入完毕后搅拌25min，并放入双螺杆挤出机中熔融共混挤出；
C、将步骤B中得到的混合物经挤出机机头拉出、冷却、吹干、切粒后即得。
测试例
性能测试采用ASTM(美国测试与材料协会)标准对上述制得的木塑复合材料进行拉伸强度、缺口冲击强度和弯曲强度性能测试：
1、拉伸强度：采用ASTM%20D638方法测定材料的拉伸强度；
2、缺口冲击强度：采用ASTM%20D256方法测定材料的缺口冲击强度；
3、弯曲强度：采用ASTM%20D790方法测定材料的弯曲强度和弯曲模量。
以下对实施例1-5和对比例1-4制备的仿木家具用耐老化木塑复合材料进行测试(测试5个数据取平均值)，得到如下测试数据，具体数据见表1。
备注：以上的老化后的测试数据均为木塑复合材料经过100℃×24h的热空气老化后的测试结果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
