一种亚临界水挤出制备木塑复合材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种亚临界水挤出制备木塑复合材料的方法，属于高分子材料反应性挤出研究领域。将占反应物总质量百分含量为40％～80％的热塑性高分子材料、占反应物总质量百分含量为60％～15％的木粉和占反应物总质量为0％～10％的界面反应性助剂相混合，混合物在具有亚临界水挤出反应条件和一定转速的双螺杆挤出机中进行熔融挤出共混反应，挤出产物经冷却、造粒、干燥，然后经开炼机开炼、压片，制得木塑复合材料。本发明专利技术是在原有的双螺杆挤出共混法制备木塑复合材料的基础上的进一步改进。本发明专利技术进一步增进了塑料与木纤维表面的反应，共混及反应过程易控制，产率高、能耗低、污染小、易于规模化，所制得的木塑复合材料力学性能优异。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，属于高分子材料反应性挤出研究领域。将占反应物总质量百分含量为40％～80％的热塑性高分子材料、占反应物总质量百分含量为60％～15％的木粉和占反应物总质量为0％～10％的界面反应性助剂相混合，混合物在具有亚临界水挤出反应条件和一定转速的双螺杆挤出机中进行熔融挤出共混反应，挤出产物经冷却、造粒、干燥，然后经开炼机开炼、压片，制得木塑复合材料。本专利技术是在原有的双螺杆挤出共混法制备木塑复合材料的基础上的进一步改进。本专利技术进一步增进了塑料与木纤维表面的反应，共混及反应过程易控制，产率高、能耗低、污染小、易于规模化，所制得的木塑复合材料力学性能优异。【专利说明】
本专利技术属于高分子材料反应性挤出研宄领域，涉及一种亚临界水挤出制备木塑复 合材料的方法；是在原有的双螺杆挤出共混法制备木塑复合材料基础上所进行的进一步改 进，即在具有亚临界水挤出反应条件和一定的螺杆转速的双螺杆挤出机中进行熔融共混挤 出反应。 技术背景 木材是世界上四大原材料（木材、水泥、钢铁、塑料）中唯一可再生的材料，同时又 是生态环保材料。社会对于木材产品的需求越来越多，然而木材资源主要来源于森林资源， 随着现代社会经济的发展，社会对森林资源的生态功能也越来越重视，这就导致了木材资 源的紧张，所以提高木材的使用率和再利用率就显得十分重要。 随着环境的日益恶化和石油资源的大量消耗，可再生资源植物纤维在生活及生产 中应用的研宄正在受到越来越多的关注，将可降解的植物纤维用作复合材料的填充剂不仅 可使生物资源得到合理应用，还可使减少不可再生石油资源的使用量。木塑复合材料是一 种不使用任何有毒化学物质且经久耐用、绿色环保的复合材料，具有耐水、耐腐蚀、力学性 能及尺寸稳定性良好等特点。 然而木塑复合材料在制备的过程中还存在着一些技术上的难题，由于木质纤维呈 现较强的极性，而聚合物呈现非极性，这两者极性之间的差异使得两种材料之间的相容性 较差，材料发生破坏时一般会出现在界面，因此界面相容性及界面粘结性的改善是提高木 塑复合材料力学性能的关键。 木材植物细胞的微细结构包括纤维、导管、薄壁细胞等。其结构是研宄木材植物纤 维的关键。微细纤维是构成纤维素细胞壁骨架的最基本的单位，而半纤维素、木素则是微细 纤维（及纤维）间的"填充剂"和"粘合剂"。在对植物纤维进行预处理的过程中这些"填充 剂"和"粘合剂"将会被部分或全部溶解，微细纤维之间就会松散，使得植物细胞中的微细纤 维暴露出来。这些"填充剂"和"粘合剂"溶解的越彻底，其微细纤维暴露的就越清晰。 在木塑复合材料的复合过程中，由于大部分热塑性塑料是非极性的，具有疏水性 的基团，而木纤维表面却存在着大量的极性羟基和酚羟基等官能团，这些基团具有很强的 亲水性，所以，木材和塑料之间很难实现界面之间的融合。再者，由于羟基之间很容易形成 氢键，使得木纤维之间具有很强的氢键作用力，导致木纤维在热塑性塑料中的分散不均。 木塑复合材料是以热塑性塑料作为连续相而木纤维作为分散相分散的热塑性复 合材料，两相之间的界面往往通过物理或者化学的方法结合成一个整体，使其同时兼具有 木材和塑料的特性。增强木塑复合材料界面结合力的物理改性方法主要有：热处理法、放射 处理法、表面放电处理、蒸汽气爆法等方法。物理处理方法虽然简单实用，但是效果却不一 定明显。化学方法则是通过化学反应来减少木材表面的羟基数目，降低聚合物与木材表面 之间的相斥作用，提高界面的粘合力，或使其能够在木纤维与聚合物之间建立物理或化学 键的结合。主要的方法有：相容剂法、偶联剂法、表面接枝法、醚化、乙酰化等。其中偶联剂 法是相对比较有效的一种方法。 热处理法是处理木质纤维最常见的处理方法。用于木材植物纤维的改性和前处 理，木质纤维中含有结合水和游离水，这对复合过程不利，共混过程中由于温度的升高而失 水，从而在复合材料中产生空隙和内部的缺陷。通过热处理可以使得木纤维表面的羟基的 含量有所降低，有利于木纤维与聚合物基体的粘结。但是也会使细胞壁结构不稳定，并且高 温会使植物纤维发生各向异性收缩、破裂甚至会导致细胞壁的破坏。所以对于不同种类的 木纤维采用的热处理的温度也不相同。 放射处理法是一种通过外界能量来使得材料在结构上发生有利变化的技术。采用 伽马放射源进行辐射，处理前需加入一些添加剂，这样可以获得更好的处理效果。 放电处理法包括低温等离子放电、电晕放电、溅射放电等。低温等离子放电处理主 要引发自由基产生聚合、化学修饰等作用。溅射放电处理主要是引起木材物理方面的变化， 比如表面的粗糙度增加等，以增强界面之间的粘结性能。电晕放电处理的作用主要是提高 高分子材料的表面能，提高与纤维分子表面的亲和性。 碱处理是一种传统的化学改性木纤维的处理方法，很广泛的应用于天然纤维的表 面处理，一般使用的是较低浓度的氢氧化钠溶液。碱处理可以溶解纤维表面的果胶、半纤 维、木质素和其它一些低分子杂质，但不会改变纤维素的化学结构，能使得纤维表面粗糙， 增进了与塑料基体之间有效地接触表面。但碱处理工艺要求设备条件较为苛刻，比如需要 不锈钢、耐腐蚀的设备，同时需要消耗大量的碱，使得运行成本大大增加。 酸处理中常用到的酸有：硫酸、醋酸、盐酸等。浓酸可以使纤维素得到有效的降解， 但酸具有腐蚀性和毒性，需要特殊的反应设备，并需要设计较好的回收工艺。虽然稀酸预处 理已经解决了强酸处理的一些弊端，但其酸处理的后续工艺不仅费时而且能耗大，经济效 益低下，环境污染严重。 表面接枝法是将烯类有机单体接枝到木纤维表面以增加木纤维与聚合物间粘结 性的一种方法。在木纤维素表面接枝上某些烯类单体的聚合物，可以很好地改善木材的吸 水性及其与塑料材料的浸润性、粘合性。 蒸汽气爆法是一种较新颖的木质纤维的物理改性方法，其处理过程不含回收废弃 物的问题，具有高效率、高强度、低能耗、低污染、低成本等优点。同时又能够破坏纤维中的 部分木聚糖，对分离不彻底的木质素形成降解产物。它通过引起木质纤维微观结构的变化 使得木材植物的细胞壁发生破裂，可以去除植物纤维中的半纤维素，从而使得植物纤维中 的微细纤维含量增加、比表面积增大。同时，气爆法可以去除植物纤维中的水溶性物质和树 脂类物质，从而改变了纤维的微观结构和化学反应性能。 气爆法一般是在0· 69?4. 83MPa的压力下，用蒸汽将纤维加热到160?260°C，然 后在几分钟甚至几秒中内突然减压至常压，使得细胞中的水瞬间汽化，空隙中的气体迅速 膨胀，产生了"爆破"效果，使得部分木素分离，破坏了木质素和半纤维素对纤维素的保护作 用，使得纤维素分子暴露出来，有利于木纤维与热塑性塑料的相互作用。 超/亚临界流体有着独特的物理化学性能，如优异的溶解能力、较高的离子浓度、 较低的粘度、较高的扩散系数和热传递系数。超/亚临界流体主要包括：水、醇类的化合物 (甲醇、乙醇、丙醇）、〇) 2等，这些物质的超/亚临界状态已被报导用于生物质液化、处理有 机废水、固体垃圾、废旧橡胶等，应用广泛。 Cansell F等通过对超临界水的研宄，对临界区的水的性能进行了具体的描述，认 为水是一种在临界区域物理、化学性质可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种亚临界水挤出制备木塑复合材料的方法，其具体步骤为：A.将占反应物总质量百分含量为40％～80％的热塑性高分子材料、占反应物总量百分含量为15％～60％的木粉和占反应物总量为0％～10％的界面反应性试剂相混合；B.将上述混合物一并加入到一定转速的双螺杆挤出机中熔融挤出，同时在双螺杆挤出机的机筒中部注入水，使其熔融挤出共混过程处于亚临界水的状态之下；C.反应产物经真空脱出挥发分，冷却、造粒、干燥，然后经开炼机开炼、压片，制得木塑复合材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张玲，李玉华，曹明浪，孔维荣，张云灿，
申请(专利权)人：南京工业大学，南京强韧塑胶有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32