CN101983981A - 动态固化环氧树脂/植物纤维/聚丙烯复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动态固化环氧树脂/植物纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：在密炼机、开炼机或螺杆挤出机中，向聚丙烯中依次加入植物纤维、马来酸酐接枝的聚丙烯、环氧树脂和固化剂进行混炼，其中所用的聚丙烯为均聚聚丙烯，共混时间为7～15min，得到动态固化环氧树脂/植物纤维/聚丙烯复合材料。本发明的有益效果在于：本发明制得的动态固化环氧树脂/植物纤维/聚丙烯复合材料，性能稳定，适用性强，可满足工程材料的要求，可用作土木建筑、汽车配件、家用电器等材料，所提供的制备方法操作方便，工艺简单，有良好的工业化前景，在刚性和模量不降低的条件下，拉伸强度和冲击强度有所提高。

Description

动态固化环氧树脂/植物纤维/聚丙烯复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚合物复合材料的制备方法，特别是一种动态固化环氧树脂/植物纤维/聚丙烯复合材料的制备方法。

背景技术

动态硫化技术主要应用于橡胶/塑料共混体系，而其应用于热固性树脂/热塑性树脂体系，少见文献报道。环氧树脂是一种重要热固性树脂，具有优异的粘接性、耐磨性、电绝缘性能、化学稳定性、耐高低温性、较高模量和刚性以及收缩率低、易加工成型等优点，在胶粘剂、电子仪表、轻工、建筑、机械、航天航空、涂料、粘接以及电子电气绝缘材料，先进复合材料基体等领域得到广泛应用。聚丙烯是目前用量最大的一种聚烯烃树脂，具有良好的力学性能，但其刚性和模量不高，难以满足工程材料的要求。为了提高聚丙烯的刚性和模量，通常在其中加入无机填料、玻璃纤维、植物纤维等。

在塑料填充体系中，填料的选择对填充改性的效果和成本影响很大。与常用的无机填料相比，植物纤维具有密度低、资源丰富、可降解、对加工设备磨损小等优点，且所得复合材料有良好的木质感，因而在建筑、交通、轻工等领域具有广阔的应用前景。塑料中加入植物纤维填料虽可在一定程度上提高塑料的刚性，但植物纤维极性较强，与非极性的聚丙烯界面相容性较差，往往使基体变得更脆，降低了复合材料的冲击性能和尺寸稳定性，而且流动性变差，不利于加工。因此，综合提高强度、韧性和加工流动性等性能，成为提升木塑复合材料性价比的关键技术。为了解决这个问题，以往常借助于偶联剂对植物纤维表面进行改性，以增加树脂和填料间的粘结力，改善和提高复合材料的各种性能。偶联剂虽与植物纤维表面有较强的相互作用，但它的官能团与非极性的聚丙烯难有较强的相互作用。采用改性聚烯烃作为界面改性剂已屡见不鲜，其应用日益广泛，如丙烯酸接枝聚丙烯和马来酸酐接枝聚丙烯对聚丙烯/植物纤维复合材料的性能有一定程度的改性。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对上述现有技术而提出一种动态固化环氧树脂/植物纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，该方法具有生产工艺简单，加工性能好和适用性强等优点。

本发明为解决上述提出的问题所采用解决方案为：动态固化环氧树脂/植物纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：在密炼机、开炼机或螺杆挤出机中，在190-200℃的共混温度下，向聚丙烯中依次加入植物纤维、马来酸酐接枝的聚丙烯、环氧树脂和固化剂进行混炼，其中所用的聚丙烯为均聚聚丙烯，各原料所占重量份数：聚丙烯为100重量份，植物纤维的用量为2～40重量份，马来酸酐接枝的聚丙烯(PP-MA)的用量为1～15重量份，环氧树脂用量为1～20重量份，固化剂用量为0.1～5重量份，共混时间为7～15min，得到动态固化环氧树脂/植物纤维/聚丙烯复合材料。

按上述方案，所述的环氧树脂为双酚A二缩水甘油醚型环氧树脂，其分子量为500～2000，双酚F二缩水甘油醚型环氧树脂，其分子量为500～2000或线型酚醛多缩水甘油醚型环氧树脂，其分子量为500～2000。

按上述方案，所述的固化剂为二氰胺、咪唑化合物或二酰肼化合物。

按上述方案，所述的咪唑化合物为2-甲基咪唑或2-乙基-4-甲基咪唑(EMI-2，4)。

按上述方案，所述的二酰肼化合物为己二酸二酰肼，间苯二酸二酰肼或葵肼。

按上述方案，所述的植物纤维为木粉、竹粉、秸秆粉或稻壳粉，其粉体粒径为50～300目。

本发明提出一种增加聚丙烯/植物纤维复合材料界面作用以及促进植物纤维在聚丙烯基体中均匀分散的新方法，该方法具有生产工艺简单，加工性能好，适用性强等优点，具有活性基团的马来酸酐接枝的聚丙烯可以与环氧树脂中羟基和环氧基团发生反应，促进了环氧树脂与聚丙烯的相容性，加入固化剂后，由于在高剪切力的作用下，环氧树脂“就地固化”并分散成微米级颗粒，均匀地分布在聚丙烯中，极大地提高了聚丙烯的刚性和模量。

本发明的有益效果在于：本发明制得的动态固化环氧树脂/植物纤维/聚丙烯复合材料，性能稳定，适用性强，可满足工程材料的要求，可用作土木建筑、汽车配件、家用电器等材料，所提供的制备方法操作方便，工艺简单，有良好的工业化前景，与传统无机填料和玻璃纤维增强聚丙烯相比，本发明制得的材料，在刚性和模量不降低的条件下，拉伸强度和冲击强度有所提高。

具体实施方式

下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。

实施例的给出原则是尽可能多的给出技术方案给出的多种物质以不同条件进行搭配组合。

实施例1-7动态固化环氧树脂/植物纤维/聚丙烯复合材料的制备方法

按表-1中的配方，在190℃的温度下，在密炼机或开炼机中首先加入聚丙烯，然后依次加入竹粉(200目)或秸秆粉(100目)、PP-MA、环氧树脂(双酚A二缩水甘油醚型，牌号：DGEBA)、2-乙基-4-甲基咪唑(EMI-2，4)，共混时间为10分钟，出料。将制得的复合材料用平板硫化机模压成片。按标准尺寸裁制样条，试样分别按ASTM D638，ASTM D790，ASTM D256标准测试拉伸、弯曲、冲击等性能指标。测试结果如表-1所示。

表-1

实例              1      2      3      4      5      6      7      8

配方(重量份数)

聚丙烯            100    100    100    100    100    100    100    100

环氧树脂                        5      10     15     5      10     15

PP-MA                    10     5      10     10     10     15     15

EMI-2，4                        0.2    0.4    0.6    0.2    0.4    0.6

竹粉(200目)              10     10     15     20

秸秆粉(100目)                                        10     15     20

物理机械性能

冲击强度，J/m     30     31     36     36     42     34     36     34

拉伸强度，MPa     30.5   31.6   35.2   37.1   36.2   34.4   35.1   35.6

断裂伸长率，％    410    56     47     26     32     33     28     19

弯曲模量，MPa     1310   1785   1908   2100   2203   1827   1985   2145

实施例8-14动态固化环氧树脂/聚丙烯复合材料的制备方法

按表-2中的配方，在190℃的温度下，在密炼机或开炼机中首先加入聚丙烯，然后依次加入木粉(100目)或稻壳粉(100目)、PP-MA、环氧树脂(双酚A二缩水甘油醚型，牌号：DGEBA)、二氰胺固化剂，共混时间为8分钟，出料。试样制备和测试标准按实例1-7进行操作。测试结果如表-2所示。

表-2

实例             8      9      10     11     12     13     14

配方(重量份数)

聚丙烯           100    100    100    100    100    100    100

环氧树脂         5             5      10     5      10     15

PP-MA                   10     5      10     10     10     10

二氰胺           0.1           0.1    0.2    0.1    0.2    0.3

木粉(100目)                    5      10     15

稻壳粉(100目)                                            5       10

物理机械性能

冲击强度，J/m    28      29      35      38      33      36      37

拉伸强度，MPa    34.0    29.5    34.4    35.8    35.2    36.4    35.4

断裂伸长率，％   25      240     44      35      37      28      15

弯曲模量，MPa    1714    1209    1865    2004    1810    1975    2096

实施例15-20动态固化环氧树脂/植物纤维/聚丙烯复合材料的制备方法

按表-3中的配方，在190℃的温度下，在密炼机或开炼机中首先加入聚丙烯，然后依次加入竹粉(200目)或秸秆粉(100目)、PP-MA、环氧树脂(双酚F二缩水甘油醚型环氧树脂或线型酚醛多缩水甘油醚型环氧树脂)、己二酸二酰肼，共混时间为10分钟，出料。将制得的复合材料用平板硫化机模压成片。按标准尺寸裁制样条，试样分别按ASTM D638，ASTMD790，ASTMD256标准测试拉伸、弯曲、冲击等性能指标。测试结果如表-1所示。

表-3

实例                     15     16     17     18     19     20

配方(重量份数)

聚丙烯                   100    100    100    100    100    100

双酚F二缩水甘油醚型      5      10     15

线型酚醛多缩水甘油醚型                        5      10     15

PP-MA                    5      10     10     10     15     15

己二酸二酰肼             0.4    0.6    0.8    0.4    0.6    0.8

竹粉(200目)              10     15     20

秸秆粉(100目)                                 10     15     20

物理机械性能

冲击强度，J/m            37     35     42     36     39     38

拉伸强度，MPa            36.3   38.2   37.2   35.4   35.6   36.8

断裂伸长率，％           41     26     33     34     23     18

弯曲模量，MPa            1879   2020   2183   1847   1965   2145

本发明所列举的各原料都能实现本发明，以及各原料的上下限取值、区间值都能实现本发明，本发明的工艺参数(如温度、时间等)的上下限取值以及区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (6)

1.动态固化环氧树脂/植物纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：在密炼机、开炼机或螺杆挤出机中，在190-200℃的共混温度下，向聚丙烯中依次加入植物纤维、马来酸酐接枝的聚丙烯、环氧树脂和固化剂进行混炼，其中所用的聚丙烯为均聚聚丙烯，各原料所占重量份数：聚丙烯为100重量份，植物纤维的用量为2～40重量份，马来酸酐接枝的聚丙烯的用量为1～15重量份，环氧树脂用量为1～20重量份，固化剂用量为0.1～5重量份，共混时间为7～15min，得到动态固化环氧树脂/植物纤维/聚丙烯复合材料。

2.按权利要求1所述的动态固化环氧树脂/植物纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于所述的环氧树脂为双酚A二缩水甘油醚型环氧树脂，其分子量为500～2000，双酚F二缩水甘油醚型环氧树脂，其分子量为500～2000或线型酚醛多缩水甘油醚型环氧树脂，其分子量为500～2000。

3.按权利要求1或2所述的动态固化环氧树脂/植物纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于所述的固化剂为二氰胺、咪唑化合物或二酰肼化合物。

4.按权利要求3所述的动态固化环氧树脂/植物纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于所述的咪唑化合物为2-甲基咪唑或2-乙基-4-甲基咪唑。

5.按权利要求3所述的动态固化环氧树脂/植物纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于所述的二酰肼化合物为己二酸二酰肼，间苯二酸二酰肼或葵肼。

6.按权利要求1或2所述的动态固化环氧树脂/植物纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于所述的植物纤维为木粉、竹粉、秸秆粉或稻壳粉，其粉体粒径为50～300目。