CN101880423A

CN101880423A - 一种竹纤维/聚丙烯复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN101880423A
Application number: CN2010102175426A
Authority: CN
Inventors: 潘泳康; 周中玉; 王庆海; 唐颂超
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2010-11-10

Abstract

本发明揭示了一种竹纤维/聚丙烯复合材料及其制备方法。该方法具体是首先将聚丙烯、竹纤维、相容剂和增塑剂按一定比例加入捏合机、密炼机或双螺杆挤出机中进行混合后制成竹纤维/聚丙烯复合材料，再经过挤出成型、压延成型和模压成型等后道工序制得竹纤维/聚丙烯复合材料的片材、板材、管材或型材，可用于制作结构类、装饰类和包装类等制品。由于竹纤维来源于资源丰富、生长周期短和天然除霉抗菌的竹子，所以竹纤维/聚丙烯复合材料是一种新型的、可再生利用的材料。

Description

一种竹纤维/聚丙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种竹纤维/聚丙烯复合材料，更具体涉及一种竹纤维/聚丙烯复合材料的组成和制备方法，属于高分子共混、高分子成型加工领域。

背景技术

近年来，人们尝试着用天然植物纤维，如木纤维、竹纤维、麻纤维或棉纤维等来制备天然植物纤维增强聚合物基体复合材料。天然植物纤维资源丰富、价格低廉；其密度小于无机纤维，对加工设备的磨损小；其最突出的优点是具有生物降解性和可再生性。这些优点使得天然植物纤维复合材料能够在一定程度上代替合成纤维复合材料。

木纤维可与塑料制成木塑材料，应用于建筑、包装物流、装饰材料、汽车工业、日用品等行业。木塑材料不仅具有塑料的耐潮湿、不受霉菌或白蚁损害、易加工等优点；还具有木材的易切割和粘接、质感天然和环保等特性。但是，生产木塑材料需要大量砍伐生长周期长的树木，对当地的资源环境造成不利影响。

竹纤维来源于竹子，竹子相比于树木具有生长周期短，无须人工管理等优点。竹资源是我国森林资源的重要组成部分，占全国森林面积的4～5％。我国的竹资源无论从竹林面积、竹子种类，还是从经济利用水平上均居世界首位，其中竹林面积和竹子种类约各占1/4～1/3。因此我国竹资源在世界上占绝对的资源优势，被誉为“竹子王国”。将竹纤维与塑料制成竹塑材料，既可以充分利用我国丰富的可再生竹材资源，又可以避免对树木的滥砍滥伐而影响生态平衡。与纯塑料和矿物填充塑料相比，竹塑材料具有原料价格便宜、质感天然和环保等特性。因此，研究和开发竹塑材料具有重要意义。

天然竹纤维是以竹子为原料，经高温榨取竹油后的纤维状副产品，该竹纤维以2～10毫米的纤维束形式存在，其纵向由多根单纤维粘结组成，形状与大麻、黄麻、亚麻等相近，其化学成分主要有纤维素、半纤维素、木质素及多缩戊糖。

发明内容

本发明的目的在于利用竹子经高温榨取竹油后的纤维状副产品，制备竹纤维/聚丙烯复合材料，提供一种竹纤维/聚丙烯复合材料及其制备方法，使得制备的竹纤维/聚丙烯复合材料经过挤出成型、压延成型和模压成型等后道工序制得竹纤维/聚丙烯复合材料的片材、板材、管材或型材，可用于制作结构类、装饰类和包装类等制品。

本发明所提出的竹纤维/聚丙烯复合材料，是由包括如下组分和重量份数的原料制备的：聚丙烯30～70份；竹纤维30～70份；相容剂0～10份；增塑剂0～20份。

所述的聚丙烯包括均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯中的一种或一种以上组合。聚丙烯在复合材料中的用量为30～70重量份。

所述的竹纤维是以竹子为原料，经高温榨取竹油后的纤维状副产品，包括毛竹纤维、慈竹纤维、粉单竹纤维、青皮竹纤维、茶杆竹纤维、撑篙竹纤维。竹纤维可以是上述竹纤维中的一种或一种以上组合。竹纤维在复合材料中的用量为30～70重量份。

所述的相容剂是改变聚丙烯与竹纤维之间相容性的极性单体接枝聚合物，其中极性接枝单体为马来酸酐、衣康酸、富马酸、丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或一种以上组合，接枝聚合物基体为聚丙烯、聚乙烯中的一种或一种以上组合。相容剂在复合材料中的用量为0～10重量份。

所述的增塑剂是一种能够增加聚合物体系塑性的物质，能够进入聚丙烯分子之间减弱其分子之间的作用力并提高其加工流动性。增塑剂包括液体石蜡、环烷油、氢化环烷油、液体聚异丁烯、液体聚丁二烯、液体乙丙橡胶和液体异戊二烯橡胶。增塑剂可以是上述增塑剂中的一种或一种以上组合。增塑剂在复合材料中的用量为0～20重量份。

本发明所提出的竹纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，具体是首先将聚丙烯、竹纤维、相容剂和增塑剂按一定比例加入捏合机、密炼机或双螺杆挤出机中混合后制成竹纤维/聚丙烯复合材料，再经过挤出成型、压延成型和模压成型等后道工序制得竹纤维/聚丙烯复合材料的片材、板材、管材或型材。

上述方法的具体过程如下：首先，将30～70份聚丙烯、30～70份竹纤维、0～10份相容剂和0～20份增塑剂在捏合机、密炼机或双螺杆挤出机中混炼，采用捏合机的捏合温度为170～200℃，时间为10～30分钟；采用密炼机的密炼温度为180～200℃，时间为10～15分钟；采用双螺杆挤出机时，料筒的各区温度控制在160～200℃，螺杆转速为50～200rpm。然后经过挤出成型、压延成型和模压成型等后道工序制得竹纤维/聚丙烯复合材料的片材、板材、管材或型材。

本发明具有以下优点：

竹纤维是竹子经高温榨取竹油后的副产品，价格低廉、资源丰富；竹纤维/聚丙烯复合材料可进行挤出、压延和模压成型加工，材料性能可通过改变各组分的含量进行调节；增塑剂可提高竹纤维/聚丙烯复合材料的加工流动性，从而降低加工温度；竹纤维/聚丙烯复合材料可在一定程度上替代木材和塑料，有利于资源环境的保护。

具体实施方式

现结合具体实施例对本发明的内容进行详细的说明。

实施例1

本发明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成：

均聚聚丙烯 50份

慈竹纤维 50份

马来酸酐接枝聚丙烯 6份

液体石蜡 5份

首先将上述原料中的慈竹纤维在105℃的鼓风烘箱中干燥4小时；然后按均聚聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、慈竹纤维、液体石蜡的加料顺序，在180℃的密炼机中混合10分钟后出料；再经180℃的三辊压延机出片，得到竹纤维/聚丙烯复合材料。

实施例2

本发明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成：

均聚聚丙烯 40份

毛竹纤维 60份

甲基丙烯酸接枝聚丙烯 10份

液体石蜡 10份

首先将上述原料中的毛竹纤维在110℃的鼓风烘箱中干燥2小时；然后按均聚聚丙烯、毛竹纤维、甲基丙烯酸接枝聚丙烯、液体石蜡的加料顺序，在180℃的捏合机中混合30分钟后出料；再经180℃的三辊压延机出片，得到竹纤维/聚丙烯复合材料。

实施例3

本发明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成：

无规共聚聚丙烯 70份

青皮竹纤维 30份

甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯 6份

液体聚异丁烯 20份

首先将上述原料中的青皮竹纤维在105℃的鼓风烘箱中干燥2小时；然后按无规共聚聚丙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯、青皮竹纤维、液体聚异丁烯的加料顺序，在180℃的密炼机中混合15分钟后出料；再经180℃的双辊开炼机出片，得到竹纤维/聚丙烯复合材料。

实施例4

本发明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成：

嵌段共聚聚丙烯 50份

慈竹纤维 50份

丙烯酸接枝聚丙烯 8份

液体聚异丁烯 10份

首先将上述原料中的慈竹纤维在110℃的鼓风烘箱中干燥1小时；然后将嵌段共聚聚丙烯与丙烯酸接枝聚丙烯按比例预混后从主喂料装置加入双螺杆挤出机，慈竹纤维通过侧向喂料装置按比例加入塑化的熔体中，液体聚异丁烯通过计量泵按比例加入塑化的熔体中，经挤出后得到竹纤维/聚丙烯复合材料。挤出机料筒各区温度为160～200℃，螺杆转速为100rpm。

实施例5

本发明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成：

均聚聚丙烯 60份

毛竹纤维 40份

马来酸酐接枝聚丙烯 6份

液体石蜡 10份

首先将上述原料中的毛竹纤维在105℃的鼓风烘箱中干燥2小时；然后按均聚聚丙烯、毛竹纤维、马来酸酐接枝聚丙烯、液体石蜡的加料顺序，在190℃的密炼机中混合10分钟后出料；再经190℃的三辊压延机出片，得到竹纤维/聚丙烯复合材料。

实施例6

本发明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成：

无规共聚聚丙烯 30份

毛竹纤维 70份

甲基丙烯酸接枝聚丙烯 6份

液体石蜡 10份

首先将上述原料中的毛竹纤维在110℃的鼓风烘箱中干燥1小时；然后按无规共聚聚丙烯、液体石蜡、毛竹纤维、甲基丙烯酸接枝聚丙烯的加料顺序，在190℃的捏合机中混和20分钟后出料；再经190℃的三辊压延机出片，得到竹纤维/聚丙烯复合材料。

Claims

1.一种竹纤维/聚丙烯复合材料及其制备方法，其特征在于所述的竹纤维/聚丙烯复合材料是按一定重量份将聚丙烯、竹纤维、相容剂和增塑剂，经一定的混炼加工后得到竹纤维/聚丙烯复合材料。

2.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于所述的竹纤维/聚丙烯复合材料的原料组分和重量份数为：聚丙烯30～70份；竹纤维30～70份；相容剂0～10份；增塑剂0～20份。

3.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于聚丙烯是均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯中的一种或一种以上组合。

4.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于竹纤维是以竹子为原料，经高温榨取竹油后的纤维状副产品，竹纤维是毛竹纤维、慈竹纤维、粉单竹纤维、青皮竹纤维、茶杆竹纤维、撑篙竹纤维中的一种或一种以上组合。

5.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于相容剂中的极性接枝单体是马来酸酐、衣康酸、富马酸、丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或一种以上组合，接枝聚合物基体是聚丙烯、聚乙烯中的一种或一种以上组合。

6.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于增塑剂是液体石蜡、环烷油、氢化环烷油、液体聚异丁烯、液体聚丁二烯、液体乙丙橡胶和液体异戊二烯橡胶中的一种或一种以上组合。

7.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于将聚丙烯、竹纤维、相容剂和增塑剂按比例称量后，在捏合机中混炼，捏合温度为170～200℃。

8.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于将聚丙烯、竹纤维、相容剂和增塑剂按比例称量后，在密炼机中混炼，密炼温度为180～200℃。

9.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于将聚丙烯、竹纤维、相容剂和增塑剂按比例称量后，在双螺杆挤出机中混炼，机筒温度为160～200℃，螺杆转速为50～200rpm。

10.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于竹纤维/聚丙烯复合材料经过挤出成型、压延成型和模压成型等工序，得到竹纤维/聚丙烯复合材料的片材、板材、管材或型材。