一种木塑复合材料及其制备方法
本发明涉及木塑复合材料，尤其涉及一种木塑复合材料及其制备方法。
背景技术：
1、木塑复合材料（wood-plastic composites, wpc）是以热塑性树脂为基体、植物纤维为填料的一类绿色环保材料，广泛应用于建材、汽车内饰、包装等领域。传统木塑复合材料的制备通常采用线性偶联剂（如硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂等）对植物纤维进行表面改性，以改善纤维与树脂基体之间的界面结合。
2、现有技术中，cn104987512b公开了一种木塑复合材料及其制备方法，采用马来酸酐接枝聚乙烯（mape）作为增容剂，通过双螺杆挤出工艺制备木塑复合材料。该方法利用马来酸酐基团与植物纤维表面羟基的酯化反应，在一定程度上改善了界面结合力。然而，该方法的增容剂为线性结构，官能团密度有限，难以在纤维表面形成多点共价锚定，界面仍然以物理吸附为主导，在高填充条件下（纤维含量>50 wt%）极易出现分层、力学性能急剧下降等问题。
3、此外，传统木塑复合材料在加工过程中，植物纤维带入的自由水会在高温下汽化，导致熔体内部产生气泡和孔隙，严重损害复合材料的致密性和耐水性。常规解决方案是增加纤维预干燥工序或改造生产线添加真空排气装置，但这无疑增加了设备投入和能耗成本。
4、因此，本领域迫切需要开发一种能够在常规挤出设备上实现高填充、高强度、优异耐水性的木塑复合材料制备技术，同时降低对设备改造和复杂工艺的依赖。
技术实现思路
1、本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种木塑复合材料及其制备方法。
2、本发明的第一目的是提供一种木塑复合材料，包括以下重量份的组分：热塑性树脂基体20～30份、植物纤维60～80份、超支化增容剂2～8份、微胶囊化流变调控助剂0.5～3份及其他常规助剂0.5～2份；
3、其中，所述超支化增容剂为以季戊四醇或二乙醇胺为分子内核，通过聚合法，引入环氧基或酸酐基作为末端活性官能团，合成数均分子量为2000～10000、支化度≥0.4的超支化聚合物；
4、微胶囊化流变调控助剂包括芯材和包覆在其外的壁材，所述芯材为负载有排水组分与流变调节组分的多孔载体，所述壁材为脲-甲醛预聚体。
5、进一步地，超支化增容剂的制备方法如下：
6、步骤a：内核预活化，将季戊四醇与无水碳酸钾加入无水四氢呋喃中，氮气保护下，搅拌活化；
7、步骤b：支化增长，向步骤a所得混合物中滴加二羟甲基丙酸和对甲苯磺酸的thf溶液，缓慢升温至60～70℃，回流反应4～6 h；
8、步骤c：末端环氧基化，降温至50℃，加入环氧氯丙烷，滴加naoh水溶液控制ph 9～10，反应3～5 h；反应结束后冷却，倒入冰丙酮中沉淀，过滤，用去离子水/丙酮交替洗涤至洗出液无氯离子，真空干燥至恒重。
9、进一步地，步骤c制备得到的超支化增容剂的环氧值为0.3～0.8 mol/100g。
10、进一步地，超支化增容剂的制备方法如下：
11、步骤a：内核预活化，将二乙醇胺与无水碳酸钾加入无水四氢呋喃中，氮气保护下，搅拌活化；
12、步骤b：支化增长，向步骤a所得混合物中滴加二羟甲基丙酸的thf溶液，缓慢升温至60～70℃，回流反应4～6 h；
13、步骤c：酸酐封端，降温至55℃，加入均苯四甲酸酐反应进行酸酐封端；反应结束后冷却，倒入冰丙酮中沉淀，过滤，用去离子水/丙酮交替洗涤至洗出液无氯离子，真空干燥至恒重。
14、进一步地，步骤c制备得到的超支化增容剂的酸酐值为0.3～0.8 mol/100g。
15、进一步地，排水组分选自酸酐类化合物、硅烷类化合物中的一种或多种；流变调节组分为硬脂酸盐。
16、进一步地，微胶囊化流变调控助剂制备方法如下：
17、步骤1：芯材负载，将排水组分与流变调节组分的混合物溶于乙醇/丙酮，加入多孔载体，超声分散，旋转蒸发除去溶剂，得芯材；
18、步骤2：乳化造粒，将负载芯材分散于含span-80的水相中，高速剪切乳化；
19、步骤3：壁材包覆与固化，滴加脲-甲醛预聚体，用稀hcl调ph 4～5，40～50℃反应2～3 h，升温至60℃熟化1 h；过滤，温水洗涤，真空干燥，筛分保留40～150目。
20、进一步地，脲-甲醛预聚体的用量为芯材质量的20～40%。
21、进一步地，其他常规助剂包括抗氧剂1010、uv-327、ebs润滑剂中的一种或多种。
22、本发明的第二目的是提供一种如上述木塑复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按重量称取组分后混合，投入双螺杆挤出机，挤出冷却切粒。
23、本发明通过引入一种结构可控的超支化增容剂作为“分子桥”，并在加工过程中辅以微胶囊化流变调控技术，主动地在植物纤维与树脂基体之间构建一个以化学键为主导、兼具界面微交联与水分原位管理的稳固结合体系，从而实现高填充、高性能与低成本的统一。
24、本发明最根本的技术原理在于实现了木塑界面从“物理吸附”向“多点共价锚定 +原位微交联”的范式转变。传统木塑体系中，树脂与植物纤维之间主要依赖微弱的范德华力或氢键结合，界面清晰且极易在应力或水分子作用下发生脱粘与分层。
25、本发明引入的超支化增容剂具有三维立体拓扑结构与大量末端活性官能团（如环氧基、酸酐基）。在熔融加工温度下，这些官能团优先与植物纤维表面的羟基发生开环反应，形成稳定的 fiber–o–coupler 共价键；同时，增容剂在界面区域诱导树脂基体产生轻度微交联，形成 matrix–coupler–matrix 的交联网络。二者共同构筑起“植物纤维 – 氧原子 –增容剂 – 交联树脂”的连续共价键通道，从原子层面消除了弱边界层，使原本物理堆积的“海岛结构”转变为一体化的界面互穿网络（ipn）。
26、在上述原子级键合的基础上，超支化增容剂在每颗植物纤维表面形成一层均匀的、具有反应活性的界面相。该界面相不仅能有效传递应力、抑制高填充条件下的孔隙与裂纹萌生，还起到“润湿包覆”的作用，使植物纤维在树脂中高度分散且无裸露点。
27、与此同时，微胶囊化流变调控助剂在加工过程中逐步释放排水与流变调节组分，原位消耗植物纤维带入的自由水，并将其转化为无害小分子排出，同时降低高填充熔体的表观粘度。该协同机制使得复合材料在植物纤维填充量高达70%以上的极端条件下，仍保持致密的结构与稳定的加工流变行为，从根本上突破了传统木塑的填充上限。
28、本发明的技术关键点在于：
29、（1）本发明通过以季戊四醇或二乙醇胺为分子内核、ab2型单体逐步聚合、末端环氧基/酸酐基封端，合成数均分子量2000～10000、支化度≥0.4的超支化原位反应型增容剂。该增容剂具有三维立体拓扑结构和大量末端活性官能团，可在熔融加工温度下与植物纤维表面的羟基发生开环反应，形成多点共价锚定，同时在界面区域诱导树脂基体产生轻度微交联，构筑“植物纤维–氧原子–增容剂–交联树脂”的连续共价键通道。
30、（2）本发明通过微胶囊化流变调控助剂技术，将排水组分（酸酐类、硅烷类）与流变调节组分（硬脂酸盐、润滑型低聚物）吸附于多孔载体中并经脲-甲醛预聚体包覆，形成在160～200℃逐步破裂释放的功能微胶囊。该助剂在加工过程中原位消耗植物纤维带入的自由水并将其转化为无害小分子排出，同时降低高填充熔体的表观粘度，实现水分原位管理与流变协同调控。
31、（3）本发明通过超支化增容剂与微胶囊化流变调控助剂的协同作用，在植物纤维表面形成均匀的、具有反应活性的界面相，实现“润湿包覆”效应，使植物纤维在树脂中高度分散且无裸露点，从根本上突破了传统木塑的填充上限，使复合材料在植物纤维填充量高达70%以上的极端条件下仍保持致密的结构与稳定的加工流变行为。
32、（4）本发明采用常规密炼机或双螺杆挤出机即可实现高填充木塑复合材料的制备，无需改造现有生产线，增容剂兼具高反应活性与优异的熔体相容性，能够在常规挤出温度下快速与植物纤维及树脂发生反应，工艺简单、成本低、易于工业化生产。
33、与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：
34、（1）界面结合力显著提升。本发明引入的超支化增容剂具有三维立体拓扑结构与大量末端环氧基/酸酐基，在熔融加工温度下与植物纤维表面羟基形成多点共价锚定，同时诱导树脂基体微交联，构筑了以化学键为主导的界面互穿网络（ipn）。sem断面观察显示，纤维拔出现象基本消失，界面模糊化，证明界面结合力获得质的飞跃。
35、（2）高填充突破。通过超支化增容剂的“润湿包覆”效应与微胶囊流变调控助剂的协同作用，复合材料在植物纤维填充量高达70 wt%以上仍保持致密结构与稳定加工性。对比实验表明，相同填充量下传统偶联剂体系的缺口冲击强度下降超过40%，而本发明体系保持优异力学性能。
36、（3）耐水性优异。微胶囊化流变调控助剂原位消耗植物纤维带入的自由水，将其转化为无害小分子排出，消除了水致界面脱粘的根源。24 h吸水率较传统体系降低50%以上，长期耐水性能大幅提升。
37、（4）工艺兼容性强。本发明所用超支化增容剂与微胶囊化流变调控助剂均可在常规挤出温度下发挥作用，无需改造现有密炼机或双螺杆挤出机生产线，无需额外增加预干燥或真空排气工序，工艺简单、能耗低、易于工业化推广。