一种抗静电型塑木复合材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及塑木复合材料领域，尤其涉及一种低成本、阻燃性能优的抗静电型塑木复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.随着全球资源日趋枯竭，社会环保意识日见高涨，对木材和石化产品应用提出了更高要求。在这样的背景下塑木复合材料已被当今世界上许多国家逐步推广应用的绿色环保新型材料。
3.在中国，塑木材料是一个非常年轻的新兴环保产业。塑木复合材料的应用也更为广泛，包括门窗产品、隔热系统、公园长椅、花棚和塔式建筑的太阳能屏幕等。中国塑木复合材料用量年平均增速高达30％。市场空间十分巨大。
4.但是目前，仍缺乏合适的抗静电型塑木复合材料及其制备方法。
5.中国专利cn201710343103.1公开了采用单独的石墨进行制备抗静电塑木复合材料。但是由于石墨是片状晶体结构，仅仅借助偶联剂的改性，导致石墨与木粉、塑料的相容性均比较差，在与塑料及木粉等原料进行双螺杆挤出机熔融造粒的时候会大量团聚而难以均匀分散，在后续成型时又存在易迁出到表面的问题。这些问题一方面导致木塑表面抗静电的均匀性差，表面部分区域的抗静电性能好，部分区域抗静电性能差，而且表面随着使用过程的磨损会快速失去抗静电性能；另一方面更重要是由于木塑内部石墨含量过低，在制备成长方体或立方体抗静电枕木时经过切割的两个端面几乎无抗静电性能，无法用于对抗静电性能要求较高的枕木及火药包装箱领域使用，因为这些领域要求六个面都有优良的抗静电性能。
6.中国专利申请cn201910703766.9虽然具有优良的抗静电性能，但是成本太高，不适合用于大范围推广应用。
7.此外，随着国家对阻燃及防火要求的提高，这些抗静电枕木不仅要求具有全方位均匀、优良的抗静电性能，还应有一定的阻燃能力，另外，成本也要相对较低，便于仓储库房、火车、造船业等能够大面积应用。
8.由此，亟需一种新的抗静电型塑木复合材料及其制备方法来解决上述技术问题。


技术实现要素：

9.本发明提供了一种低成本、阻燃性能优的抗静电型塑木复合材料，其由以质量份计的如下原料组成：
[0010][0011][0012]
其中，所述聚氯乙烯为pvc-s-700，标准料，可购自中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司。
[0013]
其中，所述木粉为普通市售木粉，含水量≤1％，粒度为80-120目，可购自灵寿县泰润矿产品有限公司。
[0014]
其中，所述超导电炭黑细粉的粒度为100-200目，型号为sp40，可购自河北墨钰化工有限公司。
[0015]
其中，所述导电磁铁微粉为四氧化三铁微粉，粒度为200-300目，可购自天津铸信金属材料有限公司。
[0016]
其中，所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯，型号sz11，可购自黄山贝诺科技有限公司。
[0017]
其中，所述偶联剂为硅烷偶联剂kh550，cas：919-30-2。
[0018]
其中，所述热稳定剂为硬脂酸钙与硬脂酸锌的混合物，二者质量比为1.5-2.5:1，优选2:1
[0019]
其中，所述润滑剂为硬脂酸。
[0020]
其中，所述紫外光吸收剂为2,4-二羟基二苯甲酮。
[0021]
本发明还提供了上述低成本、阻燃性能优的抗静电型塑木复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0022]
(1)将配方量的苯乙烯、马来酸酐、乙二醇单甲醚、引发剂bpo加入反应釜中，室温下搅拌均匀后，再加入超导电炭黑细粉及导电磁铁微粉，充分混合均匀后，升温至115-120℃保温反应一段时间，
[0023]
(2)待取样检测游离的苯乙烯＜0.5％(溶液的质量分数)后，启动真空系统，在110-130℃温度下减压脱除溶剂乙二醇单甲醚及其它残留的原料，待无物料被蒸出后(即挥发份＜1％)，放出釜内物料，冷却、粉碎至80-120目，即得改性的抗静电料；
[0024]
(3)将步骤(2)得到的抗静电料、以及配方量的木粉先在常温状态下充分混合均匀，然后经过生物质颗粒机进行干法造粒，得到颗粒尺度为6-8mm的抗静电木粉复合粒料；
[0025]
(4)将步骤(3)中得到的抗静电木粉复合粒料、以及配方量的聚氯乙烯、相容剂、偶联剂、热稳定剂、润滑剂及紫外光吸收剂先在110-120℃温度下充分混合均匀，得到预混料，然后将预混料经过双螺杆挤出机挤出造粒，得到成品复合粒料；
[0026]
(5)将步骤(4)制得的成品复合粒料，放入锥形双螺杆型材挤出机，进行挤出成型；
[0027]
(6)将步骤(5)中挤出成型后的型材经冷却定型、定长切割，即可得到上述的低成本、阻燃性能优的抗静电型塑木复合材料。
[0028]
其中，所述步骤(1)中，保温反应2-3h。
[0029]
其中，所述步骤(2)中，减压脱除时的真空度为-0.095至-0.099mpa，优选-0.098mpa，减压脱除时的温度为110-130℃，优选120℃。
[0030]
其中，所述步骤(3)中，所采用的的生物质颗粒机为型号ld720、功率160kw的新型立式环模颗粒机，购自铭创(山东)机械有限公司。
[0031]
其中，所述步骤(4)中，经过双螺杆挤出机挤出造粒时，机筒温度为180-190℃，螺杆转速50-80rpm。
[0032]
其中，所述步骤(5)中，挤出成型的工艺条件为：机筒温度为190-200℃，螺杆转速为10-25rpm。
[0033]
本发明具有以下有益技术效果：
[0034]
(1)本发明先用苯乙烯、马来酸酐、在乙二醇单甲醚溶剂中对超导电炭黑细粉和导电磁铁微粉进行表面共聚合改性处理，得到与树脂体系相容性优良的改性抗静电料。
[0035]
(2)再将改性抗静电料与木粉在生物质颗粒机中进行均匀混合，干法造粒，造出的颗粒物经过粉碎再与聚氯乙烯以及相容剂、偶联剂、热稳定剂、润滑剂、紫外光吸收剂等助剂进行混合及熔融挤出造粒、高温成型得到产品，这进一步保证了木粉的均匀性。
[0036]
(3)这样最终得到的塑木复合材料具有成本低、阻燃性能及抗静电性能优良的特点。
具体实施方式
[0037]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0038]
根据表1中所示的配方，按照以下制备方法，制备得到实施例1-4的抗静电型塑木复合材料。所述制备方法，包括以下步骤：
[0039]
(1)将配方量的苯乙烯、马来酸酐、乙二醇单甲醚、引发剂bpo加入反应釜中，室温下搅拌均匀后，再加入超导电炭黑细粉及导电磁铁微粉，充分混合均匀后，升温至118℃保温反应2.5h，
[0040]
(2)待取样检测游离的苯乙烯＜0.5％(溶液的质量分数)后，启动真空系统，在120
℃温度下在-0.098mpa减压脱除溶剂乙二醇单甲醚及其它残留的原料，待无物料被蒸出后(即挥发份＜1％)，放出釜内物料，冷却、粉碎至100目，即得改性的抗静电料；
[0041]
(3)将步骤(2)得到的抗静电料、以及配方量的木粉先在常温状态下充分混合均匀，然后经过生物质颗粒机进行干法造粒，得到颗粒尺度为7mm的抗静电木粉复合粒料；
[0042]
(4)将步骤(3)中得到的抗静电木粉复合粒料、以及配方量的聚氯乙烯、相容剂、偶联剂、热稳定剂、润滑剂及紫外光吸收剂先在115℃温度下充分混合均匀，得到预混料，然后将预混料经过双螺杆挤出机挤出造粒，得到成品复合粒料；其中，经过双螺杆挤出机挤出造粒时，机筒温度为185℃，螺杆转速65rpm；
[0043]
(5)将步骤(4)制得的成品复合粒料，放入锥形双螺杆型材挤出机，进行挤出成型；
[0044]
(6)将步骤(5)中挤出成型后的型材经冷却定型、定长切割，即可得到上述的低成本、阻燃性能优的抗静电型塑木复合材料，其中，挤出成型的工艺条件为：机筒温度为195℃，螺杆转速为18rpm。
[0045]
表1实施例的塑木复合材料配方(单位为质量份)
[0046][0047][0048]
对比例1
[0049]
采用cn201710343103.1实施例1的产品进行对比。
[0050]
对比例2
[0051]
采用cn201910703766.9实施例1的产品进行对比。
[0052]
性能测试
[0053]
将上述实施例制得的塑木复合材料按照gb17657-2013的标准进行耐沸水性、静曲强度检测。
[0054]
抗静电性能检测依据gb/t 1410-2006《固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法》。
[0055]
阻燃性能(氧指数)的测试：将面料颗粒依据gb/t 2406.2-2009《塑料用氧指数法测定燃烧行为》标准按照i型进行制样，然后检测氧指数。
[0056]
测试结果见下表2中所示。
[0057]
表2实施例及对比例的塑木复合材料的性能测试结果
[0058][0059][0060]
从表1可以看出，
[0061]
(1)本发明产品静曲强度及耐沸水煮性能较优，而且无论是四个表面及两个切割端面，其表面电阻率较低，抗静电性能较好，而且阻燃等级高，原料成本基本在7000元/吨，成本较低，达到产品的应用要求且性价比高；
[0062]
(2)本发明产品的抗静电性能如木塑表面的电阻率及切割端面的电阻率基本都在7.7-8.2x106这个范围内，尤其是经过端面切割后，其表面电阻率并没有出现明显变化，这说明了本发明产品中的抗静电组分可以均匀分布在木塑材料内部，并没有发生明显的迁移、富集等现象，整体内部各个位置均能够很好地保持着优良的抗静电性能；
[0063]
(3)本发明产品的阻燃性能出众，氧指数均在34％以上，达到达到难燃级别；
[0064]
(4)本发明产品能够兼顾全面的抗静电性能及出色的阻燃性能，而且所用原料成本较低，最终木塑的成本也较低，原料成本基本≤7000元/吨，具有非常重要的应用价值；
[0065]
(5)对比例1作为突出抗静电性能的木塑板材，为了提高其抗静电性能，其大量使用石墨材料，导致石墨材料向表面迁移严重，其四个表面抗静电性能较好，但是严重影响力学性能，静曲强度较差，而且由于大量石墨迁移至表面，导致两个切割端面的表面电阻率较大，达到6.3
×
10
10
，几乎无抗静电性能，而且其阻燃性能及耐沸水煮性能较差，无法满足本发明所用于的特殊领域。
[0066]
(6)对比例2虽然可以实现了抗静电材料在体系内的相对均匀分布，木塑板材表面及切割端面的抗静电性能相对较好，由于使用大量的高强度纤维材料，其抗弯曲性能较好，但是其原料成本在25000元/吨以上，远高于本发明产品，而且其塑料材质用量过大，阻燃性能较差，氧指数远低于本发明产品。
[0067]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。