CN101033339B - 一种木塑材料及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种木塑材料及其制作方法，涉及一种矿化垃圾中的废塑料等制备的木塑材料的组成，进一步涉及这种木塑材料的制造方法。该材料的组分和含量的质量百分比是废旧塑料∶木粉∶废化学纤维∶硅烷偶联剂∶2，6-二叔丁基对甲酚∶硬脂酸∶石蜡＝(25％～45％)∶(50％～55.5％)∶(4％～15％)∶(0.2％～1.0％)∶(0.5％～2.0％)∶(0.3％～0.5％)∶(0～1.0％)。先将矿化垃圾中的废旧塑料、废化学纤维和木粉破碎、清洗、干燥，然后混合造粒、挤出成型。该材料具有耐腐蚀、耐候性好、外观和加工性能接近木材的特点。可以加工成板材、型材和其它制品，可达到相关的国家标准，用途广泛，并且可以进行二次利用。本发明工艺简单易控制，对环境污染小，具有广泛的经济和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种木塑材料的组分，进一步涉及这种材料的制作工艺，具体是以矿化垃圾中废旧塑料、废化学纤维、废木料为主要原料，生产木塑材料的方法。属于固体废物资源化领域。
背景技术
全球森林资源日趋枯竭，木材的供应量减少，需求量却在不断增加，自七十年代以来，高分子材料科技工作者及工业界一直在作不懈的努力，进行“以塑代木”的研究和开发工作。木塑复合材料引起了科技界和工业界的极大关注。木塑复合材料通过改性可以充分利用塑料和木材的各自优点而消除它们的许多固有缺点——既克服了木材强度低和变异性等使用局限性，又克服了有机材料的低模量等缺点，具有比单一高分子聚合材料更好的力学性质，可以充分发挥复合用不同材料的优点，改进材料的物理力学性能和加工性能。作为一种环境友好材料，木塑产品有着广阔的市场前景。
目前木塑复合材料研究的重点之一就是回收废旧塑料的应用，特别是工业生产中所产生的塑料边角废料的应用。将木粉与废旧塑料共混制得木塑复合材料是一种有效的回收利用废旧塑料的方法，同时也综合利用了木质纤维素固体废弃物，提高了木材的利用率，节约了原木材，是一种真正意义上的环保材料。由回收废旧塑料与木材复合而成的木塑材料同新树脂所制得的木塑材料不仅可以消耗回收木材纤维和回收塑料，而且本身还可以加以回收利用，并具备和新原材料生产的复合材料相似的强度和物理性能。发达国家的许多学者在利用工业生产中所产生的塑料边角料，来生产木塑材料这方面做了大量的研究工作，我国在使用回收材料生产木塑材料产品以及对木塑材料进行回收方面的研究则还较少。利用废旧回收塑料生产的木塑复合材料还面临很多的问题，例如，利用熔融混合法生产的回收材料的冲击性能有所下降，弯曲性能不好，需要进一步改善；回收塑料的量不够，难以满足大规模生产的需求。
经过对发明的技术的检索，查到了国内外有关的公开发明专利：一项为“木粉混合材料及其制作方法”(申请号为02121222.8)，选用聚氯乙稀(PVC)，聚丙烯(PP)，聚乙烯(PE)等之一种的粉料，50～65％的木粉，8～12％的固化剂(标号为425-525#的水泥)，制作方法包括选材、粉碎、配比、搅拌加热、挤压成型、冷却固化、切割成品等工艺步骤。另一项为“一种改性木塑复合材料及其用途及其制造方法”(申请号为02104432.5)，利用木粉及塑料或废旧塑料为主要原料，配以少量助剂，用专用接枝剂对木粉及塑料表面进行接枝改性处理，采用连续挤出工艺生产改性木塑复合材料。还有一项为“一种木塑复合材料及其制备方法和应用”(申请号为02160123.2)，除了包含有回收塑料、木质纤维以及相容剂等组分，还包含有粉煤灰和/或工业矿渣组成的增强填充剂，采用的制备工艺为熔融共混方法。这几种发明中所采用的回收塑料，均是以工业生产中的边角废料为主。到目前为止还没有将矿化垃圾中筛分的废旧塑料、废化学纤维、废木料作为原料制成木塑材料的报道。
发明内容
本发明的目的是公开一种利用矿化垃圾中废旧塑料、废化学纤维、废木料为主要原料的木塑材料的组成。这种木塑材料具有耐腐蚀、耐候性好、外观和加工性能接近木材的特点。本发明另外一个目的是提供一种生产该木塑材料的方法。该方法工艺简单、成本低廉。具体是以矿化垃圾中的废塑料、废化学纤维、废木屑作为原料生产获得该木塑材料的。
为了达到上述目的，本发明经过对我国大部分城市的生活垃圾处理方式仍以填埋为主的研究发现，经过填埋场填埋的生活垃圾在物理、化学和生物的作用下发生了改变，达到稳定化，由原生垃圾慢慢地转变为具有泥土芬芳气味的陈腐垃圾。矿化垃圾经开采、筛分后，可以得到50％～60％的的有机细料，30％～35％的可回收利用的物品(化学纤维、塑料、玻璃、金属等)；大约有20％～25％的粗料须回填到填埋场中去，腾出的75％～80％的填埋空间用于填埋新鲜生活垃圾，由此可以延长填埋场使用年限。矿化垃圾中的塑料主要为塑料袋、薄膜、泡沫塑料及盖、盒等硬质塑料，其中又以塑料袋、膜占了大多数。废化学纤维的回收利用技术尚不成熟，成为目前废弃物资源化的一个难点。
本发明的木塑材料的组分和含量(质量百分比)是废旧塑料∶木粉∶废化学纤维∶硅烷偶联剂(KH570)∶2，6-二叔丁基对甲酚∶硬脂酸∶石蜡＝(25％～45％)∶(50％～55.5％)∶(4％～15％)∶(0.2％1.0％)∶(0.5％～2.0％)∶(0.3％～0.5％)∶(0～1.0％)。
所述的废旧塑料是从矿化垃圾中筛得的，按任意比例混合使用PP和PE混合物。
所述的废化学纤维是人造棉、涤纶、腈纶、锦纶、氨纶、维纶、氯纶中的一种，或上述几种的任意比例混合的混合物。
本发明采用如下工艺：
先分别将矿化垃圾中筛分得的废旧塑料和化学纤维破碎至4～6mm，送入设有机械搅拌器的水槽，用机械搅拌器进一步除去粘附在塑料和纤维表面的松散污垢，如砂子、泥土等，使之沉入槽底；然后将清洗后的粉状废旧塑料和化学纤维送进离心机中甩干，脱水干燥；将废旧塑料造粒，再将废木料用木粉机制成粒度为20目的木粉，进行干燥，使木粉含水率小于5％；再按质量百分比分别量取如下组分，废旧塑料∶木粉∶废化学纤维∶硅烷偶联剂∶2，6-二叔丁基对甲酚∶硬脂酸∶石蜡＝(25％～45％)∶(50％～55.5％)∶(4％～15％)∶(0.2％～1.0％)∶(0.5％～2.0％)∶(0.3％～0.5％)∶(0～1.0％)；将纤维与塑料加入高速混合机，先以700rpm转速进行低速混合1分钟，然后加入硅烷偶联剂后以1400rpm转速高速混合4～6分钟；停机后将经过干燥的木粉与2，6-二叔丁基对甲酚、硬脂酸、石蜡和颜料加入，再以1400rpm转速高速混合20～25分钟；将经过高速混合的均匀混合料用造粒机造粒，切下的粒子投入排气式、反向式双螺杆挤出机，利用加热和螺杆剪切作用使塑料变成熔体，在压力作用下通过模塑直接挤出成型，最后冷却定型成型材或板材或其它设计要求的制品。
本发明具有如下的优点：
1.本发明利用的原料均为经过填埋达到稳定化的固体废弃物，材质混杂程度较高；尤其是废纤维，目前还没有成熟有效的资源化方法。对废塑料和废纤维的开发和利用有效防止了这些固体废弃物可能产生的二次污染，有着良好的环境效益和社会效益。
2.由于化学纤维的长径比较大，在纤维增强复合材料中，纤维长度是复合材料机械性能的决定因素之一，本发明在木塑材料中添加废化学纤维，废化学纤维的填充有效地提高了木塑材料的强度和韧性。因此，本发明的材料的强度有效地得到提高，能达到和接近行业标准要求。
3.本发明制作工艺较为简单，在生产过程中较少产生废水、废气。制成的产品外观极似木材，可用加工木材的方法进行加工。
4.本发明的木塑材料是可以在破碎之后进行二次利用的材料。在产品加工过程中产生的部分木塑材料废料，可以投入高速涡轮塑料研磨机中进行研磨后，重新进入双螺杆挤出机，和其它组分一起再次挤出。制作过程中很少产生废料。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图
具体实施方式
实施例1
请参阅附图1。
将矿化垃圾中筛分的塑料(LDPE和PP质量比为5∶2)和化学纤维(腈纶和涤纶质量比为1∶1)，除去尘土，用塑料破碎机破碎至4～6mm，清洗后干燥至含水率小于5％。将矿化垃圾中的废木块破碎至6mm以下，用磨粉机磨至粒径小于20目。
原料的重量配比为(以产品总质量为基准)：废旧塑料：25％；木粉：55.5％；废化学纤维：15％；硅烷偶联剂(KH570)：1.5％；2，6-二叔丁基对甲酚：2.0％；硬脂酸：0.5％；石蜡：1.5％。
将化学纤维与塑料加入高速混合机，现以700rpm低速短暂混合1分钟，然后加入0.5％硅烷偶联剂以1400rpm转速高速混合4～6分钟；停机后加入干燥后的木粉与2，6-二叔丁基对甲酚、硬脂酸、石蜡，再高速混合20～25分钟。将经过高速混合的均匀混合料用造粒机造粒，切下的粒子投入排气式、反向式双螺杆挤出机，螺杆转速100rpm，反映挤出时间160s，挤出机各段温度100℃～180℃，机头温度160～180℃。利用加热和螺杆剪切作用使塑料变成熔体，在压力作用下通过模塑直接挤出成型，最后冷却定型制成板材。该板材性能测试如下表。
测试数据如下：
| 性能 | 数值 | 单位 | 测试标准 |
| 吸水率 | 0.5％ | ||
| 拉伸强度 | 12 | Mpa | GB/T 1040-92 |
| 拉伸模量 | 1980 | Mpa | GB/T 1040-92 |
| 冲击强度 | 14 | KJ/m<sup>2</sup> | GB/T 1043-93 |
| 性能 | 数值 | 单位 | 测试标准 |
| 弯曲强度 | 26 | Mpa | GB/T 9341-2000 |
| 弯曲模量 | 1730 | Mpa | GB/T 9341-2000 |
| 维卡软化点 | 130 | ℃ | GB/T 1633-2000 |
实施例2
将矿化垃圾中的塑料(LDPE材质)和化学纤维(腈纶)，除去尘土，用塑料破碎机破碎至4～6mm，清洗后干燥至含水率小于5％。将矿化垃圾中的废木块破碎至6mm以下，用磨粉机磨至粒径小于20目。
原料的重量配比为(以产品总质量为基准)：废旧塑料：45％；木粉：50％；废化学纤维：4.0％；硅烷偶联剂(KH570)：0.2％；2，6-二叔丁基对甲酚：0.5％；硬脂酸：0.3％；石蜡：0.0％。
将化学纤维与塑料加入高速混合机，现以700rpm低速短暂混合1分钟，然后加入0.5％硅烷偶联剂以1400rpm转速高速混合4～6分钟；停机后加入干燥后的木粉与2，6-二叔丁基对甲酚、硬脂酸、石蜡，再高速混合20～25分钟。将经过高速混合的均匀混合料用造粒机造粒，切下的粒子投入排气式、反向式双螺杆挤出机，螺杆转速100rpm，反映挤出时间160s，挤出机各段温度100℃～180℃，机头温度160～180℃。利用加热和螺杆剪切作用使塑料变成熔体，在压力作用下通过模塑直接挤出成型，最后冷却定型制成型材。
测试数据如下：
| 性能 | 数值 | 单位 | 测试标准 |
| 吸水率 | 0.5％ | ||
| 拉伸强度 | 16 | Mpa | GB/T 1040-92 |
| 拉伸模量 | 1870 | Mpa | GB/T 1040-92 |
| 冲击强度 | 12 | KJ/m<sup>2</sup> | GB/T 1043-93 |
| 弯曲强度 | 28 | Mpa | GB/T 9341-2000 |
| 弯曲模量 | 1780 | Mpa | GB/T 9341-2000 |
| 维卡软化点 | 125 | ℃ | GB/T 1633-2000 |
Claims (2)
1.一种木塑材料，其特征在于：该材料的原料组分和含量的质量百分比是废旧塑料∶木粉∶废化学纤维∶硅烷偶联剂∶2，6-二叔丁基对甲酚∶硬脂酸∶石蜡＝(25％～45％)∶(50％～55.5％)∶(4％～15％)∶(0.2％～1.0％)∶(0.5％～2.0％)∶(0.3％～0.5％)∶(0～1.0％)；所述的废旧塑料是从矿化垃圾中筛得的，按任意比例混合使用的PP和PE混合物；所述的废化学纤维是人造棉、涤纶、腈纶、锦纶、氨纶、维纶、氯纶中的一种，或上述几种的任意比例混合的混合物；
先分别将矿化垃圾中筛分得的废旧塑料和化学纤维破碎至4～6mm，送入设有机械搅拌器的水槽，用机械搅拌器进一步除去粘附在塑料表面的松散砂子、泥土，使之沉入槽底；然后将清洗后的粉状废旧塑料和化学纤维送进离心机中甩干，脱水干燥；将废旧塑料造粒，再将废木料用木粉机制成粒度为20目的木粉，进行干燥，使木粉含水率小于5％；再按质量百分比分别量取如下组分，废旧塑料∶木粉∶废化学纤维∶硅烷偶联剂∶2，6-二叔丁基对甲酚∶硬脂酸∶石蜡＝(25％～45％)∶(50％～55.5％)∶(4％～15％)∶(0.2％～1.0％)∶(0.5％～2.0％)∶(0.3％～0.5％)∶(0～1.0％)；将纤维与塑料加入高速混合机，先以700rpm转速进行低速混合1分钟，然后加入硅烷偶联剂后以1400rpm转速高速混合4～6分钟；停机后将经过干燥的木粉与2，6-二叔丁基对甲酚、硬脂酸和石蜡加入，再以1400rpm转速高速混合20～25分钟；将经过高速混合的均匀混合料用造粒机造粒，切下的粒子投入排气式、反向式双螺杆挤出机，利用加热和螺杆剪切作用使塑料变成熔融体，在压力作用下通过模塑直接挤出成型，最后冷却定型成型材或板材。
2.一种权利要求1的木塑材料的制作方法，其特征在于：先分别将矿化垃圾中筛分得的废旧塑料和化学纤维破碎至4～6mm，送入设有机械搅拌器的水槽，用机械搅拌器进一步除去粘附在塑料表面的松散砂子、泥土，使之沉入槽底；然后将清洗后的粉状废旧塑料和化学纤维送进离心机中甩干，脱水干燥；将废旧塑料造粒，再将废木料用木粉机制成粒度为20目的木粉，进行干燥，使木粉含水率小于5％；再按质量百分比分别量取如下组分，废旧塑料∶木粉∶废化学纤维∶硅烷偶联剂∶2，6-二叔丁基对甲酚∶硬脂酸∶石蜡＝(25％～45％)∶(50％～55.5％)∶(4％～15％)∶(0.2％～1.0％)∶(0.5％～2.0％)∶(0.3％～0.5％)∶(0～1.0％)；将纤维与塑料加入高速混合机，先以700rpm转速进行低速混合1分钟，然后加入硅烷偶联剂后以1400rpm转速高速混合4～6分钟；停机后将经过干燥的木粉与2，6-二叔丁基对甲酚、硬脂酸和石蜡加入，再以1400rpm转速高速混合20～25分钟；将经过高速混合的均匀混合料用造粒机造粒，切下的粒子投入排气式、反向式双螺杆挤出机，利用加热和螺杆剪切作用使塑料变成熔融体，在压力作用下通过模塑直接挤出成型，最后冷却定型成型材或板材。
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