CN100572440C - 一种聚丙烯/木粉复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚丙烯/木粉复合材料的制备方法，通过将聚丙烯、木粉、过氧化物和多官能团单体在密炼机中一步反应共混制备聚丙烯/木粉复合材料。过氧化物引发多官能团单体和聚丙烯之间的自由基反应，生成具有长支链结构的聚丙烯/木粉复合材料。通过调整聚丙烯和木粉的共混比例以及过氧化物和多官能团单体的用量，可以获得具有高冲击强度、高拉伸强度，高模量的聚丙烯/木粉复合材料，并且绿色环保，成本较低，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域：
本发明涉及一种高分子复合材料的制备方法，特别是一种聚丙烯/木粉复合材料的制备方法。
背景技术：
随着全球经济发展，近20多年来塑料的用量急速上升，废旧塑料垃圾对环境造成的污染也日益严重。同时森林资源被大量砍伐，已对生态环境造成极大的破坏。因此保护森林资源，保护生态环境已成为新世纪人类共同追求的目标。
木塑复合材料(Wood Plastics Composites，简称WPC)是用木粉(WF)、木纤维或植物纤维填充、增强的改性热塑性材料，兼有木材和塑料的成本和性能的优点，经成型可得到型材、板材或其他制品，具有质量轻，成本低，对设备磨损小，环保等优点。聚丙烯(PP)具有熔点高、耐热性好、密度小、力学性能优良、化学稳定性好、价格低等优点，作为木粉复合材料的基体有很多优势。然而纯聚丙烯/木粉复合材料冲击性能较差，目前国内外的研究多采用添加相容剂或者弹性体的方法来改善其冲击性能，如在我国专利CN 1821295A中就采用了加入离子聚合物(乙烯-甲基丙烯酸共聚物)作为相容剂，用量比例为混合料的5wt％～10wt％，但是此种方法成本相对较高。文献《The preparation and rheologycharacterization of long chain branching polypropylene》(Polymer 47(2006)7962～7969)提到了用反应加工的方法来制备长支化聚丙烯，聚丙烯的冲击性能有所改善。
发明内容：
本发明的目的是针对聚丙烯/木粉复合材料的冲击性能和拉伸性能不高，通过对聚丙烯引入长支链来改善复合材料的性能。
本发明一种聚丙烯/木粉复合材料的制备方法以聚丙烯/木粉体系为基础，通过添加过氧化物和多官能团单体，采用反应共混技术开发出冲击性能较好的聚丙烯/木粉复合材料。过氧化物引发多官能团单体和聚丙烯之间的自由基反应，生成具有长支链结构的聚丙烯/木粉复合材料。该方法生产工艺简单，成本较低，并且通过调节聚丙烯和木粉的比例及过氧化物和多官能团单体的含量和比例，来满足不同制品性能的要求。
本发明一种聚丙烯/木粉复合材料的制备方法如下，以下组分用量均以重量份表示：
将0.05份～2份过氧化物和0.5份～5份多官能团单体溶于10份～100份有机溶剂中，加入到40份～90份聚丙烯中，高速搅拌，使其充分混合；然后与10份～60份木粉混合均匀，170℃～190℃下在密炼机中反应共混10min～20min，密炼机转速50rpm～100rpm，得到一种聚丙烯/木粉复合材料。
本发明使用的聚丙烯为丙烯均聚物或丙烯与乙烯的共聚物，其熔融指数为3～20g/10min。
本发明使用的木粉为松木粉、竹粉或杨木粉，其粒径为50目～120目。
本发明使用的过氧化物为过氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰、过氧化二叔丁基或2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧化)己烷。
本发明使用的多官能团单体为二乙烯基苯、马来酸二烯丙酯、硫脲、二乙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯或亚油酸三甘酯。
本发明使用的有机溶剂为丙酮或环己烷。
本发明一种聚丙烯/木粉复合材料的制备方法，由于采用了过氧化物和多官能团单体反应体系，能够生成长支链聚丙烯，一方面，长支链的生成提高了聚丙烯基体的冲击强度，另一方面，接枝到聚丙烯分子链上的多官能团单体具有羟基，能够和木粉表面大量的羟基之间有一定的相互作用，从而提高界面粘结强度，使聚丙烯/木粉复合材料的冲击强度得到大幅度提高，与未进行任何处理的复合材料相比提高了大约29.44％，接近纯聚丙烯的冲击强度；拉伸强度和模量比纯聚丙烯/木粉复合材料也有较大提高，提升幅度分别达到23.75％和23.06％。因此，本发明制备的聚丙烯/木粉复合材料具有高冲击强度，较高的拉伸强度和模量，能够满足多种场合的生产工艺和使用性能的要求。
附图说明：
图1是实施例1得到的聚丙烯/木粉复合材料经过处理后的产物与纯聚丙烯的红外光谱图。
图2是实施例1得到的复合材料与对比例1得到的复合材料的储能模量G’与频率ω的流变曲线图。
具体实施方式：
下面实施例和对比例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
以下实施例和对比例所用聚丙烯为均聚聚丙烯，熔融指数为6g/10min(F401，扬子石化集团)。
木粉为松木粉，粒径70目～80目。
实施例1
将0.18g过氧化二叔丁基和0.9g三丙二醇二丙烯酸酯溶于20g丙酮溶液，加入到90g聚丙烯中，高速搅拌，使其充分混合；然后与10g木粉混合均匀，180℃下在Haake密炼机中反应共混10min，密炼机转速60rpm，得到一种聚丙烯/木粉复合材料。随后在平板硫化仪上压片制备标准样条，分别按ASTM D638，ASTMD256标准测试拉伸、冲击等性能指标。测试结果如表1所示。
图1是实施例1得到的聚丙烯/木粉复合材料经过处理后的产物与纯聚丙烯的红外光谱图。处理方法如下：将实施例1得到的聚丙烯/木粉复合材料切成小片，用滤纸包裹起来，在140℃条件下在二甲苯中加热，趁热过滤分离出木粉，然后将溶液倒入丙酮溶液，析出聚丙烯和多功能团单体接枝聚丙烯，将其抽虑分离，60℃下真空干燥24h。实施例1在1735cm-1处很明显的出现了一个特征峰，而纯聚丙烯并没有，这个峰是由于多官能团单体上酯基团中羰基的伸缩振动所引起的。可见，多功能团单体均能够接枝到聚丙烯骨架上。
图2是实施例1得到的聚丙烯/木粉复合材料与对比例1得到的聚丙烯/木粉复合材料的储能模量G’与频率ω的流变曲线图，测试条件为180℃，0.01～100rad/s，应变1％(此应变下样品均在线性粘弹区)。在低频区实施例1的G’与纯聚丙烯相比有明显的上扬。这种现象说明实施例1得到的聚丙烯/木粉复合材料有更长的松弛松弛时间，说明有长支链生成。
实施例2
改变多功能团单体的用量，三丙二醇二丙烯酸酯用量为1.8g，其他与实施例1相同。测试结果如表1所示。
实施例3
改变聚丙烯和木粉的用量，聚丙烯用量为80g，木粉用量为20g，其他与实施例1相同。测试结果如表1所示。
实施例4
改变聚丙烯和木粉的用量，聚丙烯用量为70g，木粉用量为30g，其他与实施例1相同。测试结果如表1所示。
实施例5
改变聚丙烯和木粉的用量，聚丙烯用量为60g，木粉用量为40g，其他与实施例1相同。测试结果如表1所示。
对比例1
将90g聚丙烯与10g松木粉混合均匀，180℃下在Haake密炼机中共混10min，密炼机转速60rpm，得到纯聚丙烯/木粉复合材料。随后在平板硫化仪上压片制备标准样条，分别按ASTM D638，ASTM D256标准测试拉伸、冲击等性能指标。测试结果如表1所示。
对比例2
改变聚丙烯和木粉的用量，聚丙烯用量为80g，木粉用量为20g，其他与对比例1相同。测试结果如表1所示。
对比例3
改变聚丙烯和木粉的用量，聚丙烯用量为70g，木粉用量为30g，其他与对比例1相同。测试结果如表1所示。
对比例4
改变聚丙烯和木粉的用量，聚丙烯用量为60g，木粉用量为40g，其他与对比例1相同。测试结果如表1所示。
表1
从表1可以看出，采用本发明所述的方法制备得到的聚丙烯/木粉复合材料，长支化反应对于不同木粉比例均有效，与未处理的聚丙烯/木粉复合材料相比，具有良好的冲击韧性，较高的拉伸强度和杨氏模量。因此，本发明制备的聚丙烯/木粉复合材料具有优良的综合性能，能够满足多种场合成型工艺和使用性能的要求。
Claims (5)
1.一种聚丙烯/木粉复合材料的制备方法，其特征在于制备方法如下，以下组分用量均以重量份表示：
将0.05份～2份过氧化物和0.5份～5份多官能团单体溶于10份～100份有机溶剂中，加入到40份～90份聚丙烯中，高速搅拌，使其充分混合；然后与10份～60份木粉混合均匀，170℃～190℃下在密炼机中反应共混10min～20min，密炼机转速50rpm～100rpm，得到一种聚丙烯/木粉复合材料；其中多官能团单体为二乙烯基苯、马来酸二烯丙酯、硫脲、二乙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯或亚油酸三甘酯。
2.根据权利要求1所述的一种聚丙烯/木粉复合材料的制备方法，其特征是聚丙烯为丙烯均聚物或丙烯与乙烯的共聚物，其熔融指数为3～20g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种聚丙烯/木粉复合材料的制备方法，其特征是木粉为松木粉、竹粉或杨木粉，粒径50～120目。
4.根据权利要求1所述的一种聚丙烯/木粉复合材料的制备方法，其特征是过氧化物为过氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰或2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧化)己烷。
5.根据权利要求1所述的一种聚丙烯/木粉复合材料的制备方法，其特征是有机溶剂为丙酮或环己烷。
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