CN101967288A - 一种木粉填充聚丙烯复合材料及制备方法 - Google Patents

一种木粉填充聚丙烯复合材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种木粉填充聚丙烯复合材料及其制备方法，按质量百分含量由以下组分组成：聚丙烯20-30％；木粉60-70％；高分子相容剂3-7％；分散剂1-2％；偶联剂1-2％；抗氧剂1-2％；其中，所述聚丙烯为市场上回收的高流动性的聚丙烯回收料，在230℃，2.16公斤的测试条件下，其熔体流动速率在15g/10min以上；所述木粉为市场上回收的木料，木粉粒径80-100目。本发明可以回收废旧塑料及木材，不但消耗了大量的木屑料和PP回料，避免了环境污染，而且木粉填充复合材料综合性能优异，具备塑料和木材的优良特性。

Description

一种木粉填充聚丙烯复合材料及制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种木粉填充聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
随着环保意识的增强，要求保护森林资源的呼声日趋高涨，而大量废旧塑料制品(如薄膜、包装袋、快餐盒等)被抛向人类赖以生存的自然环境，造成严重的“白色污染”，因此回收利用低成本的废旧木材和塑料，成为工业界和科学界普遍关注的问题。由于对废木材和植物焚烧处理时，产生的二氧化碳对地球有温室效应，因此木材加工厂也在努力寻找把其转化为高附加值新产品的有效方法。同时，塑料的回收利用也是塑料工业技术重点开发的方向，塑料能否回收利用已成为塑料加工业选材的重要依据之一。
发明内容
本发明提供了一种木粉填充聚丙烯复合材料及其制备方法，其能回收废旧木材和塑料，保护环境；且制备的木粉填充聚丙烯复合材料具备塑料和木材的优良特性。
本发明的技术方案是：
一种木粉填充聚丙烯复合材料，按质量百分含量由以下组分组成：
聚丙烯        20-30％
木粉          60-70％
高分子相容剂  3-7％
分散剂        1-2％
偶联剂        1-2％
抗氧剂    1-2％
其中，所述聚丙烯为市场上回收的高流动性的聚丙烯回收料，在230℃，2.16公斤的测试条件下，其熔体流动速率在15g/10min以上；
所述木粉为市场上回收的木料，木粉粒径80-100目。
如上所述的木粉填充聚丙烯复合材料的制备方法，包括：
(1)按上述的质量百分含量配比分别秤取各组分，将木粉和偶联剂在高速搅拌机上搅拌5～10分钟，控制搅拌温度在90～110℃，完成对木粉表面的活化处理；
(2)将聚丙烯和高分子相容剂放入步骤(1)混合好的物料中高速搅拌3～5分钟，控制搅拌温度在70～80℃；
(3)将分散剂和抗氧剂放入步骤(2)混合好的物料中高速搅拌3～5分钟，控制搅拌温度在70-90℃；
(4)将步骤(3)中混合好的物料加入到双螺杆挤出机中，通过熔融挤出造粒；
双螺杆挤出机工艺条件为：双螺杆挤出机温度：一区温度：120～130℃；二区温度：130～140℃；三区温度：140～150℃；四区温度：140～170℃；五区温度：140～170℃；六区温度：140～170℃；七区温度：140～170℃；八区温度：150～160℃；机头温度：140～150℃；停留时间：1～2min。熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
本发明的木粉填充聚丙烯复合材料，以木材加工厂的边角木屑料和市场回收的PP回料为主要原料，不但消耗了大量的木屑料和PP回料，避免了环境污染，而且通过本发明方法制备的木粉填充复合材料综合性能优异，具备塑料和木材的优良特性，广泛应用于家具产品、建筑制品、工业用品、包装运输各个领域。
具体实施方式
本发明的木粉填充聚丙烯复合材料，按质量百分含量由以下组分组成：
聚丙烯        20-30％
木粉          60-70％
高分子相容剂  3-7％
分散剂        1-2％
偶联剂        1-2％
抗氧剂        1-2％
其中，所述聚丙烯为市场上回收的高流动性的聚丙烯回收料，在230℃，2.16公斤的测试条件下，其熔体流动速率在15g/10min以上；
所述木粉为市场上回收的木料，木粉粒径80-100目。
进一步地，所述木粉是经过活化处理后的木粉。活化处理可以使用本领域里比较通用的一项技术，通过对木粉进行活化处理，可以得到综合性能更加优异的复合材料。
进一步地，所述高分子相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯或马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物。
进一步地，所述分散剂为乙烯基双硬脂酰胺、改性乙烯基双硬脂酰胺、PE蜡、OP蜡、EVA蜡中的一种，或二种以上的混合物。
进一步地，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
进一步地，所述抗氧剂由四[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯主抗氧剂和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯酯)辅抗氧剂以1∶1-1∶3复配而成。
如上所述的木粉填充聚丙烯复合材料的制备方法，包括：
(1)按上述的质量百分含量配比分别秤取各组分，将木粉和偶联剂在高速搅拌机上搅拌5～10分钟，控制搅拌温度在90～110℃，完成对木粉表面的活化处理；
(2)将聚丙烯和高分子相容剂放入步骤(1)混合好的物料中高速搅拌3～5分钟，控制搅拌温度在70～80℃；
(3)将分散剂和抗氧剂放入步骤(2)混合好的物料中高速搅拌3～5分钟，控制搅拌温度在70-90℃；
(4)将步骤(3)中混合好的物料加入到双螺杆挤出机中，通过熔融挤出造粒；
双螺杆挤出机工艺条件为：双螺杆挤出机温度：一区温度：120～130℃；二区温度：130～140℃；三区温度：140～150℃；四区温度：140～170℃；五区温度：140～170℃；六区温度：140～170℃；七区温度：140～170℃；八区温度：150～160℃；机头温度：140～150℃；停留时间：1～2mi n。熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
下面结合具体实施例进行说明：
在下列实施列中，所用聚丙烯材料选用了高流动性聚丙烯，在230℃，2.16公斤的测试条件下，其熔体流动速率在15g/10min以上；所用相容剂为PP-g-MAH，典型牌号为宁波能之光化工有限公司的200A或沈阳四维化工有限公司的SWJ-1B；所用的偶联剂为硅烷偶联剂KH-550或KH-560；所用抗氧剂为Ciba公司生产，商品牌号分别为Irganox1010和Irganox168按1∶1复配。所用分散剂为市售的PE蜡或OP蜡。
实施例1：
按质量百分含量将PP再生料(熔体流动速率18g/10min)20％，木粉70％，相容剂200A 7％，分散剂1％，偶联剂1％，抗氧剂1％在高速搅拌机中混合均匀。将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融共混，挤出造粒成合金材料。其中，螺杆各区温度设置分别为：一区温度：120～130℃；二区温度：130～140℃；三区温度：140～150℃；四区温度：140～170℃；五区温度：140～170℃；六区温度：140～170℃；七区温度：140～170℃；八区温度：150～160℃；机头温度：140～150℃；停留时间：1～2min。熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
实施例2：
按质量百分含量将PP再生料(熔体流动速率18g/10min)22％，木粉68％，相容剂200A 6％，分散剂1％，偶联剂1.5％，抗氧剂1.5％在高速搅拌机中混合均匀。将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融共混，挤出造粒成合金材料。其中，螺杆各区温度设置分别为：一区温度：120～130℃；二区温度：130～140℃；三区温度：140～150℃；四区温度：140～170℃；五区温度：140～170℃；六区温度：140～170℃；七区温度：140～170℃；八区温度：150～160℃；机头温度：140～150℃；停留时间：1～2min。熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
实施例3：
按质量百分含量将PP再生料(熔体流动速率18g/10min)25％，木粉66％，相容剂200A 5％，分散剂1.5％，偶联剂1.5％，抗氧剂1％在高速搅拌机中混合均匀。将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融共混，挤出造粒成合金材料。其中，螺杆各区温度设置分别为：一区温度：120～130℃；二区温度：130～140℃；三区温度：140～150℃；四区温度：140～170℃；五区温度：140～170℃；六区温度：140～170℃；七区温度：140～170℃；八区温度：150～160℃；机头温度：140～150℃；停留时间：1～2min。熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
实施例4：
按质量百分含量将PP再生料(熔体流动速率18g/10min)28％，木粉64％，相容剂200A 3％，分散剂2％，偶联剂1.5％，抗氧剂1.5％在高速搅拌机中混合均匀。将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融共混，挤出造粒成合金材料。其中，螺杆各区温度设置分别为：一区温度：120～130℃；二区温度：130～140℃；三区温度：140～150℃；四区温度：140～170℃；五区温度：140～170℃；六区温度：140～170℃；七区温度：140～170℃；八区温度：150～160℃；机头温度：140～150℃；停留时间：1～2min。熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
实施例5：
按质量百分含量将PP再生料(熔体流动速率18g/10min)30％，木粉60％，相容剂200A 4％，分散剂2％，偶联剂2％，抗氧剂2％在高速搅拌机中混合均匀。将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融共混，挤出造粒成合金材料。其中，螺杆各区温度设置分别为：一区温度：120～130℃；二区温度：130～140℃；三区温度：140～150℃；四区温度：140～170℃；五区温度：140～170℃；六区温度：140～170℃；七区温度：140～170℃；八区温度：150～160℃；机头温度：140～150℃；停留时间：1～2min。熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
性能评价方式及实行标准
将按上述方法完成造粒的木粉填充聚丙烯复合材料的粒子材料事先在80～90℃的烘箱下干燥2小时，控制水分≤0.2％，然后将干燥好的粒子材料在注塑成型机上注塑出标准测试样条。
拉伸性能按ASTM D-638进行，试样尺寸为180×12.7×3.2mm，拉伸速度为50mm/min；悬臂梁缺口冲击强度按ASTM D-256进行，试样尺寸为64×12.7×3.2mm，缺口深度为试样厚度的1/3；比重按ISO 1183进行。
材料的综合性能通过测试所得的拉伸强度、断裂伸长率、IZOD缺口冲击强度、比重的数值进行评判。
下表1是实施例1至5的各组分配比及性能测试表：
Figure BSA00000279955700061
Figure BSA00000279955700071
表1
通过上表1，可以看出本发明各实施例制备的材料性能与选用的基体树脂、木粉填充量、高分子相容剂及分散剂等有关。随着活性木粉份量的提高，材料的拉伸强度和弯曲强度会逐步提高，但木塑复合材料的冲击强度会降低，同时，随着木粉含量的增加，因粉料较多，会造成挤出成型时下料困难。鉴于性能和加工的情况，当木粉的含量在65％左右时，效果最佳。
而且通过上表1可以看出，采用本发明的共混方法制备出的木粉填充聚丙烯复合材料，木粉的添加量比较多，达到60％以上，也因此木粉填充聚丙烯复合材料表现为更高的性能，如吸水率更低，不会翘曲变形，更易加工等，且成本比较低。
以上对本发明所提供的木粉填充聚丙烯复合材料及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体各例对太发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种木粉填充聚丙烯复合材料，其特征在于，按质量百分含量由以下组分组成：
聚丙烯        20-30％
木粉          60-70％
高分子相容剂  3-7％
分散剂        1-2％
偶联剂        1-2％
抗氧剂        1-2％
其中，所述聚丙烯为市场上回收的高流动性的聚丙烯回收料，在230℃，2.16公斤的测试条件下，其熔体流动速率在15g/10min以上；
所述木粉为市场上回收的木料，木粉粒径80-100目。
2.根据权利要求1所述的木粉填充聚丙烯复合材料，其特征在于：所述木粉是经过活化处理后的木粉。
3.根据权利要求1所述的木粉填充聚丙烯复合材料，其特征在于：所述高分子相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯或马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物。
4.根据权利要求1所述的木粉填充聚丙烯复合材料，其特征在于：所述分散剂为乙烯基双硬脂酰胺、改性乙烯基双硬脂酰胺、PE蜡、OP蜡、EVA蜡中的一种，或二种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的木粉填充聚丙烯复合材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
6.根据权利要求1所述的木粉填充聚丙烯复合材料，其特征在于：所述抗氧剂由四[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯主抗氧剂和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯酯)辅抗氧剂以1∶1-1∶3复配而成。
7.一种如权利要求1至6任一权利要求所述的木粉填充聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
(1)按权利要求1所述的质量百分含量配比分别秤取各组分，将木粉和偶联剂在高速搅拌机上搅拌5～10分钟，控制搅拌温度在90～110℃，完成对木粉表面的活化处理；
(2)将聚丙烯和高分子相容剂放入步骤(1)混合好的物料中高速搅拌3～5分钟，控制搅拌温度在70～80℃；
(3)将分散剂和抗氧剂放入步骤(2)混合好的物料中高速搅拌3～5分钟，控制搅拌温度在70-90℃；
(4)将步骤(3)中混合好的物料加入到双螺杆挤出机中，通过熔融挤出造粒；
双螺杆挤出机工艺条件为：双螺杆挤出机温度：一区温度：120～130℃；二区温度：130～140℃；三区温度：140～150℃；四区温度：140～170℃；五区温度：140～170℃；六区温度：140～170℃；七区温度：140～170℃；八区温度：150～160℃；机头温度：140～150℃；停留时间：1～2min。熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
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