[发明专利]核壳结构的层层自组装型耐候木塑复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了核壳结构的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，通过双螺杆挤出成型制备木塑复合材料，通过水热合成法制备稀土元素掺杂的H₂Ti₂O₅·H₂O纳米管并通过SiO₂纳米粒子包覆的方式，以稀土元素掺杂的H₂Ti₂O₅·H₂O纳米管核心形成核壳结构，在保留H₂Ti₂O₅·H₂O纳米管对光的吸收屏蔽作用的同时，使其在“外壳”的保护下，消除或降低其光催化作用产生的负面影响，最后采用层层自组装的方式使其以纳米膜的形式包覆木纤维基复合材料表面，使其获得耐候性能。

技术领域

本发明属于农林副产品的综合利用技术领域，具体涉及到应用于户外建筑装饰材料领域的核壳结构的层层自组装型耐候木塑复合材料及其制备方法。

背景技术

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。