[发明专利]木塑复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种木塑复合材料，木塑复合材料按重量份计，包括：热塑性树脂30～80％，生物质纤维10～50％，偶联剂0.2～4％，活性碳酸钙1～20％，塑料加工助剂1～8％，生物炭0.5～20％。通过在木塑复合材料的配方体系中引入生物炭，改善生物质纤维与热塑性树脂的界面相容性和散热性能，显著提高木塑复合材料在常温和高温下的力学性能。同时，生物炭是来源于生物质废料高温裂解后的产物，这样也起到变废为宝的效果。本发明提供的木塑复合材料的制备方法操作简单，对设备要求低，适于工业化生产，具有广阔的市场应用前景。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，特别地，涉及一种木塑复合材料及其制备方法。

背景技术

木塑复合材料(简称WPC)是一种以生物质纤维和热塑性树脂为主要原料，再加入一些助剂(着色剂、偶联剂和润滑剂)后通过挤出成型、模压成型、注塑成型等方式加工而成的环保型复合材料。尽管木塑复合材料具有环保、加工性好和可循环利用等优点，但其在常温和高温下的综合力学性能偏低导致应用领域偏窄，是目前制约木塑复合材料发展的主要因素之一。生物质纤维的亲水性和热塑性树脂的疏水性使两者之间的界面相容性较差，导致其结合力较小，从而引起制品的拉伸强度和冲击强度等力学性能降低。此外，热塑性树脂和生物质纤维都是热的不良导体，在室外阳光长期暴晒下，由于热量不能及时传导散热会引起组分发生分解反应而使木塑复合材料的物理机械性能迅速下降，同时，由于传热不畅，木塑型材表面温度比本体温度高，导致热应力不一致，引起木塑型材表面开裂。这些缺点严重限制了其进一步的发展。因此需要对生物质纤维和热塑性树脂的界面进行改性，以改善它们之间的相容性，同时，对其进行热传导改善，提高复合材料的性能和耐用性。

对于生物质纤维与热塑性树脂的界面相容性的改善，一般有如下方法：通过改变热塑性树脂或生物质纤维的化学结构、微晶形态、表面微观形貌、表面能等来提高其相容性，但该方法势必会造成原料成本的上升。或者，加入一些碳纤维类增强材料来改善木塑复合材料的抗张强度和刚度，尽管改善较为显著，但碳纤维成本较高，不经济。

发明内容

本发明提供了一种木塑复合材料及其制备方法，以解决现有木塑复合材料在常温和高温下的综合力学性能偏低的问题。

本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种木塑复合材料，木塑复合材料按重量份计，包括：热塑性树脂30～80份，生物质纤维10～50份，偶联剂0.2～4份，活性碳酸钙1～20份，塑料加工助剂1～8份，生物炭0.5～20份。

热塑性树脂为聚烯烃聚合物和/或聚烯烃聚合物回收料。

生物质纤维为木粉、谷糠、椰壳粉、秸秆粉和玉米秆粉中的一种或多种。

偶联剂为马来酸酐接枝聚乙烯、硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种或多种。

塑料加工助剂为乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸锌、PE蜡、抗氧剂1010、脂肪烃蜡和氧化聚乙烯中的一种或多种。

生物炭为以茶残渣、农作物秸秆、玉米棒、甘蔗渣和谷糠中的一种或多种为原料制得的产物。

进一步地，木塑复合材料按重量份计，包括：热塑性树脂40～60份，生物质纤维10～30份，偶联剂2～4份，活性碳酸钙4～17份，塑料加工助剂2～6份，生物炭5～20份。

进一步地，木塑复合材料按重量份计，包括：热塑性树脂50份，生物质纤维20份，偶联剂3份，活性碳酸钙13份，塑料加工助剂4份，生物炭10份。

进一步地，生物炭为以茶残渣为原料制得的产物。

进一步地，生物炭为以茶残渣为原料在惰性气氛中经过300～500℃处理2～10小时后所得产物，优选地，生物炭为以茶残渣为原料在氮气气氛中经过400℃处理4小时后所得产物。