技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种增强型木塑复合材料及其制备方法。
背景技术
木塑复合材料(Wood-PlasticsComposites，简称WPC)是利用热熔塑胶，包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及它们的共聚物等作为胶粘剂，用木质粉料如木材、农植物秸秆、农植物壳类物粉料为填充料，经挤压法成型或压制法、注塑法成型所形成的复合材料。
近年来，由于木塑复合材料的木质材料正在扩大向各种植物纤维材料发展，因此，从广泛意义上讲，木塑复合材料是以各种植物纤维为基体，与不同塑料形成的一类新型复合材料。该材料具有植物纤维和高分子材料两者的优点，能替代木材，可有效地缓解我国森林资源贫乏、木材供应紧缺的矛盾，主要应用在建材、汽车工业、货物的包装运输、仓储业、装饰材料及日常生活用具等方面。由于植物纤维的可再生性、可被环境消纳性，所以WPC是一种极具发展前途的绿色环保材料，其生产技术也被认为是一项有生命力的创新技术。
木塑复合材料不仅具有原木特有的木质感，而且它具有较好的机械性能、尺寸稳定性好，耐水性、耐磨性、耐化学腐蚀性优良，维护要求低，易于成型，可二次加工等众多优异性能，但仍存在拉伸强度、冲击强度不足，老化速度快等问题。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种增强型木塑复合材料及其制备方法，可有效解决现有的木塑复合材料拉伸强度、冲击强度不足，老化速度快等问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种增强型木塑复合材料，包括以下重量份的组分：
改性木粉30～60份、聚氯乙烯50～100份、引发剂5～10份、多亚甲基多苯基异氰酸酯5～10份、三氯生5～10份、六氢蛇麻丙酮5～10份，光稳定剂1～5份、润滑剂2～5份以及碳酸钙5～15份；
所述改性木粉通过以下方法制备得到：
(1)在2.2～3.8MPa下，对木粉进行蒸汽爆破处理1～15min，得到预处理木粉；
(2)将偶联剂溶于乙醇和水(V:V＝4～9:1)的混合溶液中，然后加入预处理木粉，最后用盐酸调节溶液pH值为2～4后于40～60℃条件下搅拌2～4h，过滤，将滤渣置于110～130℃条件下干燥1～1.5h，得到改性木粉；其中，偶联剂、乙醇和水的混合溶液以及木粉的质量比为3～6:100:30～60。
进一步地，一种增强型木塑复合材料，包括以下重量份的组分：改性木粉40份、聚氯乙烯50份、引发剂8份、多亚甲基多苯基异氰酸酯6份、虫瘿8份、三氯生8份、六氢蛇麻丙酮6份、光稳定剂1.5份、润滑剂3份以及碳酸钙8份。
进一步地，引发剂为过氧化苯甲酰或叔丁基过氧化氢。
进一步地，偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、过氧化氢异丙苯、铝酸酯或乙烯-丙烯酸甲酯。
进一步地，偶联剂、乙醇和水的混合溶液以及木粉的质量比为1:50:10。
进一步地，润滑剂为硬胆酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸铅、聚乙烯蜡、石蜡或氧化聚乙烯蜡。
进一步地，光稳定剂为光稳定剂ZX-70、光稳定剂622或受阻胺光稳定剂HS-944。
上述增强型木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方分别称取改性木粉、聚氯乙烯、引发剂、多亚甲基多苯基异氰酸酯以及碳酸钙，置于混合机中混合均匀，得混合物；
(2)将步骤(1)中所得的混合物置于双辊温度为170℃～180℃的开放式混炼机中，混融10～15min，再将虫瘿、三氯生、六氢蛇麻丙酮与光稳定剂加入开放式混炼机中，继续混融8～10min，得混融物；
(3)将步骤(2)中所得的混融物与润滑剂混合，置于平板硫化机中，在175℃～190℃，11～15MPa条件下，热压8～12min，再于室温下冷压5～8min，得增强型木塑复合材料。
进一步地，步骤(3)中在平板硫化机中的处理条件为：180℃，12.5MPa条件下，热压10min，再于室温下冷压8min。
本发明的有益效果为：通过蒸汽爆破的方式对木粉进行预处理，可使木粉中的纤维素含量提高，还会使木粉表面变得凹凸粗糙，可提升木塑复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度。
采用偶联剂对经蒸汽爆破处理后的木粉进行处理，制得改性木粉，木粉与偶联剂质量比为10:1时，木粉改性处理的效果最佳；将改性木粉与聚氯乙烯进行熔融复合，制得力学性能优良、吸水率低及具有较好外观的木塑复合物。
多亚甲基多苯基异氰酸酯中的-N＝C＝O官能团能和改性木粉中的-OH基团建立共价键，形成脲链，而多亚甲基多苯基异氰酸酯的聚合物链与聚氯乙烯基体具有良好的相容性，通过多亚甲基多苯基异氰酸酯的作用，可提升复合材料的抗冲击强度以及拉伸强度。
通过添加虫瘿、三氯生以及六氢蛇麻丙酮，可有效解决木塑复合材料的虫害问题，添加光稳定剂可有效解决木塑复合材料老化速度快的问题。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1
一种增强型木塑复合材料，包括以下重量份的组分：改性木粉30份、聚氯乙烯60份、过氧化苯甲酰5份、多亚甲基多苯基异氰酸酯5份、虫瘿5份、三氯生5份、六氢蛇麻丙酮6份、光稳定剂6221份、聚乙烯蜡2份以及碳酸钙5份，改性木粉粒径为50目。
其中，改性木粉通过以下方法制备得到：
(1)取过50目筛的木粉，在2.8MPa的条件下，蒸汽爆破处理3min，得到预处理木粉；
(2)将硅烷偶联剂KH550溶于乙醇和水(V:V＝4:1)的混合溶液中，然后加入预处理木粉，最后用盐酸调节溶液pH值为2后于60℃条件下搅拌3h，过滤，将滤渣置于115℃条件下干燥1h，得到改性木粉；其中，硅烷偶联剂KH550、乙醇和水的混合溶液和木粉的质量比为3:100:30。
上述增强型木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方称取改性木粉、聚氯乙烯、过氧化苯甲酰、多亚甲基多苯基异氰酸酯以及碳酸钙置于混合机中混合均匀，得混合物；
(2)将步骤(1)中的混合物加入双辊温度为175℃的开放式混炼机中，混融12min，再将虫瘿、三氯生、六氢蛇麻丙酮以及光稳定剂622加入开放式混炼机中，继续混融8min，得混融物；
(3)将步骤(2)中的混融物与聚乙烯蜡混合，置于平板硫化机中，在170℃，15MPa的条件下，热压8min，再于室温下冷压5min，得到增强型木塑复合材料。
实施例2
一种增强型木塑复合材料，包括以下重量份的组分：改性木粉40份、聚氯乙烯50份、过氧化苯甲酰8份、多亚甲基多苯基异氰酸酯6份、虫瘿8份、三氯生8份、六氢蛇麻丙酮6份、光稳定剂6221.5份、聚乙烯蜡3份以及碳酸钙8份，改性木粉粒径为70目。
其中，改性木粉通过以下方法制备得到：
(1)取过70目筛的木粉，在2.2MPa的条件下，蒸汽爆破处理1min，得到预处理木粉；
(2)将硅烷偶联剂KH550溶于乙醇和水(V:V＝5:1)的混合溶液中，然后加入预处理木粉，最后用盐酸调节溶液pH值为3后于60℃条件下搅拌3h，过滤，将滤渣置于115℃条件下干燥1h，得到改性木粉；其中，硅烷偶联剂KH550、乙醇和水的混合溶液和木粉的质量比为4:100:40。
上述增强型木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方称取改性木粉、聚氯乙烯、过氧化苯甲酰、多亚甲基多苯基异氰酸酯以及碳酸钙置于混合机中混合均匀，得混合物；
(2)将步骤(1)中的混合物加入双辊温度为170℃的开放式混炼机中，混融12min，再将虫瘿、三氯生、六氢蛇麻丙酮以及光稳定剂622加入开放式混炼机中，继续混融10min，得混融物；
(3)将步骤(2)中的混融物与聚乙烯蜡混合，置于平板硫化机中，在180℃，12.5MPa的条件下，热压10min，再于室温下冷压8min，得到增强型木塑复合材料。
实施例3
一种增强型木塑复合材料，包括以下重量份的组分：改性木粉60份、聚氯乙烯70份、过氧化苯甲酰10份、多亚甲基多苯基异氰酸酯10份、虫瘿10份、三氯生10份、六氢蛇麻丙酮10份、光稳定剂6225份、聚乙烯蜡5份以及碳酸钙15份，改性木粉粒径为80目。
其中，改性木粉通过以下方法制备得到：
(1)取过80目筛的木粉，在2.5MPa的条件下，蒸汽爆破处理2min，得到预处理木粉；
(2)将硅烷偶联剂KH550溶于乙醇和水(V:V＝9:1)的混合溶液中，然后加入预处理木粉，最后用盐酸调节溶液pH值为4后于60℃条件下搅拌3h，过滤，将滤渣置于125℃条件下干燥1h，得到改性木粉；其中，硅烷偶联剂KH550、乙醇和水的混合溶液和木粉的质量比为6:100:60。
上述增强型木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方称取改性木粉、聚氯乙烯、过氧化苯甲酰、多亚甲基多苯基异氰酸酯以及碳酸钙置于混合机中混合均匀，得混合物；
(2)将步骤(1)中的混合物加入双辊温度为180℃的开放式混炼机中，混融12min，再将虫瘿、三氯生、六氢蛇麻丙酮以及光稳定剂622加入开放式混炼机中，继续混融9min，得混融物；
(3)将步骤(2)中的混融物与聚乙烯蜡混合，加入平板硫化机中，在190℃，11MPa的条件下，热压15min，再于室温下冷压5min，得到增强型木塑复合材料。
实施例4
一种增强型木塑复合材料，包括以下重量份的组分：改性木粉50份、聚氯乙烯65份、多亚甲基多苯基异氰酸酯10份、虫瘿6份、三氯生7份、六氢蛇麻丙酮9份、光稳定剂6222份、聚乙烯蜡2份以及碳酸钙9份，改性木粉粒径为75目。
其中，改性木粉通过以下方法制备得到：
(1)取过75目筛的木粉，在2.5MPa的条件下，蒸汽爆破处理1.5min，得到预处理木粉；
(2)将硅烷偶联剂KH550溶于乙醇和水(V:V＝6:1)的混合溶液中，然后加入预处理木粉，最后用盐酸调节溶液pH值为3后于60℃条件下搅拌3h，过滤，将滤渣置于110℃条件下干燥1.3h，得到改性木粉；其中，硅烷偶联剂KH550、乙醇和水的混合溶液和木粉的质量比为5:100:50。
上述增强型木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方称取改性木粉、聚氯乙烯、多亚甲基多苯基异氰酸酯以及碳酸钙置于混合机中混合均匀，得混合物；
(2)将步骤(1)中的混合物加入双辊温度为175℃的开放式混炼机中，混融15min，再将虫瘿、三氯生、六氢蛇麻丙酮以及光稳定剂622加入开放式混炼机中，继续混融10min，得混融物；
(3)将步骤(2)中的混融物与聚乙烯蜡混合，加入平板硫化机中，在180℃，13MPa的条件下，热压9min，再于室温下冷压6min，得到增强型木塑复合材料。
实施例5
一种增强型木塑复合材料，包括以下重量份的组分：改性木粉45份、聚氯乙烯70份、过氧化苯甲酰5份、虫瘿5份、三氯生8份、光稳定剂6223份、聚乙烯蜡3份以及碳酸钙12份，改性木粉粒径为120目。
其中，改性木粉通过以下方法制备得到：
(1)取过120目筛的木粉，在2.2MPa的条件下，蒸汽爆破处理1min，得到预处理木粉；
(2)将硅烷偶联剂KH550溶于乙醇和水(V:V＝5:1)的混合溶液中，然后加入预处理木粉，最后用盐酸调节溶液pH值为3后于60℃条件下搅拌3h，过滤，将滤渣置于115℃条件下干燥1h，得到改性木粉；其中，硅烷偶联剂KH550、乙醇和水的混合溶液和木粉的质量比为4.5:100:45。
上述增强型木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方称取改性木粉、聚氯乙烯、过氧化苯甲酰以及碳酸钙置于混合机中混合均匀，得混合物；
(2)将步骤(1)中的混合物加入双辊温度为176℃的开放式混炼机中，混融10min，再将虫瘿、三氯生以及光稳定剂622加入开放式混炼机中，继续混融8min，得混融物；
(3)将步骤(2)中的混融物与聚乙烯蜡混合，加入平板硫化机中，在180℃，12.5MPa的条件下，热压11min，再于室温下冷压7min，得到增强型木塑复合材料。
实施例6
一种增强型木塑复合材料，包括以下重量份的组分：改性木粉55份、聚氯乙烯60份、六氢蛇麻丙酮7份、光稳定剂6224份、聚乙烯蜡5份以及碳酸钙12份，改性木粉粒径为60目。
其中，改性木粉通过以下方法制备得到：
(1)取过60目筛的木粉，在2.4MPa的条件下，蒸汽爆破处理1.5min，得到预处理木粉；
(2)将硅烷偶联剂KH550溶于乙醇和水(V:V＝8:1)的混合溶液中，然后加入预处理木粉，最后用盐酸调节溶液pH值为2后于60℃条件下搅拌3h，过滤，将滤渣置于130℃条件下干燥1h，得到改性木粉；其中，硅烷偶联剂KH550、乙醇和水的混合溶液和木粉的质量比为5.5:100:55。
上述增强型木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方称取改性木粉、聚氯乙烯以及碳酸钙置于混合机中混合均匀，得混合物；
(2)将步骤(1)中的混合物加入双辊温度为173℃的开放式混炼机中，混融13min，再称取六氢蛇麻丙酮6以及光稳定剂622加入开放式混炼机中，继续混融10min，得混融物；
(3)将步骤(2)中的混融物与聚乙烯蜡混合，加入平板硫化机中，在175℃，13.5MPa的条件下，热压10min，再于室温下冷压7min，得到增强型木塑复合材料。
对比例1
该木塑复合材料成分及含量与实施例2相比缺少虫瘿、三氯生和六氢蛇麻丙酮，其余成分及含量与实施例2相同，制备方法也相同。
对比例2
该木塑复合材料成分及含量与实施例2相比缺少虫瘿、三氯生、六氢蛇麻丙酮及光稳定剂622，其余成分及含量与实施例2相同，制备方法也相同。
实验例
在同等条件下，利用微机控制电子万能试验机和冲击试验机对实施例1～6所得产品进行拉伸强度和抗冲击强度检测，检测结果见表1：
表1拉伸强度和抗冲击强度检测结果
根据表1可知，实施例1～4所得增强型木塑复合材料的拉伸强度和抗冲击强度明显优于实施例5和6所得增强型木塑复合材料，其中，实施例2的效果最佳。
实施例1～4均含有多亚甲基多苯基异氰酸酯，而实施例5和6均未含有多亚甲基多苯基异氰酸酯，并且实施例4不含过氧化苯甲酰，表明多亚甲基多苯基异氰酸酯具有提升木塑复合材料的拉伸强度和抗冲击强度的作用，而过氧化苯甲酰对木塑复合材料的拉伸强度和抗冲击强度并无影响。
对比例1和对比例2的木塑复合材料与实施例2的增强型木塑复合材料在相同环境下(温度20-25℃，充足光照，微潮湿环境下)的存放时间比较，对比例2较对比例1与实施例2，老化速度最快，且对比例1和对比例2均易被虫子驻咬，实施例2可以存放更长的时间，且未发现被虫子驻咬，也不会出现发霉等菌类侵蚀现象。