CN102174270A

CN102174270A - 一种增塑增韧木粉/聚丙烯复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102174270A
Application number: CN2011100641914A
Authority: CN
Inventors: 潘泳康; 徐正哲; 唐颂超; 王庆海
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2011-09-07

Abstract

本发明揭示了一种增塑增韧木粉/聚丙烯复合材料的制备方法。具体是首先将增塑剂与纳米粒子用高剪切乳化机、乳化泵或超速搅拌机混合后制成纳米溶胶，然后通过计量泵将该溶胶注入双螺杆挤出机中与聚丙烯和木粉进行熔融共混，制得增塑增韧木粉/聚丙烯复合材料，再经过模压、压延、挤出、注射成型等后道工序制得增塑增韧木粉/聚丙烯复合材料的制品。与目前广泛使用的普通木塑复合材料相比，增塑增韧木粉/聚丙烯复合材料具有更好的加工流动性和冲击韧性。

Description

一种增塑增韧木粉/聚丙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种增塑增韧木粉/聚丙烯复合材料，更具体涉及一种增塑增韧木粉/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

我国是一个森林资源相对匮乏的国家，每年面临着600万米³的木材供应缺口。然而，我国的木材利用率却很低，在木材的加工和使用过程中有20～30％的木粉和边角余料未被有效利用。据统计，我国每年由于木材加工余下的废弃木粉量达到数百万吨，其他天然纤维如稻糠等的产量更是达到上千万吨，这些资源如能得到有效开发和利用，将能够产生巨大的经济效益和环保效益。与此同时，塑料制品在生产和生活中的应用越来越广泛，因塑料废弃物处理不当而造成的“白色污染”问题已经成为一大环保难题。有关数据表明：我国塑料废弃物已占到城市垃圾总量的25～35％，城市人口每年产生的废旧塑料达到240～280万吨，日益成为环卫部门的严重负担。如果能将废旧塑料制品有效地利用起来，与木粉等木材加工业的废弃物经过特殊处理制成高附加值的木塑复合材料(Wood Plastic Composites，简称WPC)，将对环保和经济发展产生巨大的推动作用。

木塑复合材料是指采用木质纤维和热塑性塑料(含回收料)，经混炼加工制成的新型绿色环保材料。它具有以下的特点：①兼具热塑性塑料的成型加工性能和木材的机械加工性能；②具有与硬木相当的抗压、抗冲击等物理机械性能；③耐水、耐腐蚀，耐虫蛀性能明显优于普通木材；④木塑材料的性能可通过加入不同的助剂进行调整。在许多领域，木塑复合材料已成为钢材、塑料等主要工程材料的代用品，应用于建筑、包装物流、装饰材料、汽车工业、日用品等行业。

木质材料主要来自废木材，也可利用果壳、稻草等其他材料，其形态可以是粉状、纤维、颗料、碎料甚至单板。能够与木材复合的塑料范围则相当广泛，主要是各种密度的聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)等热塑性树脂。其中，采用聚乙烯、聚丙烯树脂与木粉熔融共混生产的木塑材料能够在多种场合替代木材使用，所以其发展尤为迅速。随着木粉含量的提高，木塑复合材料的质感以及切割和粘接等性能越接近于实木，然而其加工流动性和冲击韧性急剧下降。因此，研究如何提高木塑复合材料的加工流动性和冲击韧性具有一定的实用价值。

发明内容

本发明的目的在于改善木塑复合材料的加工流动性和冲击韧性，提供一种增塑增韧木粉/聚丙烯复合材料及其制备方法，使得制备的增塑增韧木粉/聚丙烯复合材料经过模压、压延、挤出、注射成型等后道工序制得增塑增韧木粉/聚丙烯复合材料的制品，可用于制作结构类、装饰类和包装类等制品。该方法首先将纳米粒子分散于液体增塑剂中制成纳米溶胶，然后将此溶胶与聚丙烯和木粉在双螺杆挤出机等聚合物加工设备中熔融共混，制得增塑增韧木粉/聚丙烯复合材料。

本发明所提出的增塑增韧木粉/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20～50份；木粉50～80份；相容剂0～10份；增塑剂0～15份；纳米粒子0～5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20～50重量份。

所述的木粉按树种分类包括杨木粉、桐木粉、杉木粉、松木粉、粘木粉、樟木粉，其细度从20目到100目不等。木粉可以是上述木粉中的一种或一种以上组合。木粉在复合材料中的用量为50～80重量份。

所述的相容剂是改善聚丙烯与木粉之间相容性的极性单体接枝聚合物，其中极性接枝单体可以是马来酸酐、衣康酸、富马酸、苯乙烯、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0～15重量份。

所述的无机纳米粒子具有增强、增韧作用，在聚合物中起异相成核作用，改变聚合物的力学性能和结晶性能。无机纳米粒子包括纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米蒙脱土和纳米凹凸棒土。纳米粒子可以是上述纳米粒子中的一种或一种以上组合。纳米粒子在复合材料中的用量为0～5重量份。

本发明所提出的增塑增韧木粉/聚丙烯复合材料的制备方法，具体是首先将增塑剂与纳米粒子用高剪切乳化机、乳化泵或超速搅拌机混合后制成纳米溶胶，然后通过计量泵将该溶胶注入双螺杆挤出机中与聚丙烯和木粉进行熔融共混，制得增塑增韧木粉/聚丙烯复合材料，再经过模压、压延、挤出、注射成型等后道工序制得增塑增韧木粉/聚丙烯复合材料的制品。

上述方法的具体过程如下：首先，将0～5份纳米粒子与0～15份增塑剂用高剪切乳化机、乳化泵或超速搅拌机中的一种或一种以上组合进行混合，时间为5～20分钟，制得纳米溶胶；然后，将纳米溶胶按一定比例通过计量泵注入双螺杆挤出机，与20～50份聚丙烯、50～80份木粉进行熔融共混，制得增塑增韧木粉/聚丙烯复合材料。挤出机的料筒温度为140～200℃，螺杆转速为50～200rpm。

本发明具有以下优点：

通过将纳米粒子在增塑剂中进行预分散制成纳米溶胶，解决了纳米粒子的分散性问题。采用纳米溶胶对木粉/聚丙烯复合材料进行增塑，能够影响聚丙烯的结晶行为、结晶结构和力学性能，能够提高木塑复合材料的加工流动性和冲击韧性，能够降低木塑复合材料的加工温度和色泽，能够制备高木粉含量的木塑复合材料。

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：

首先将上述原料中的松木粉在110℃的鼓风烘箱中干燥2小时；然后将液体石蜡与纳米二氧化硅用高剪切乳化机进行混合，时间为5分钟，制得纳米溶胶；最后将均聚聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯用低速搅拌机混合均匀后从主加料器加入双螺杆挤出机，将松木粉通过侧向加料器加入双螺杆挤出机，将所制得的纳米溶胶通过计量泵加入双螺杆挤出机，得到增塑增韧木粉/聚丙烯复合材料。挤出机料筒温度为160～200℃，螺杆转速为100rpm。

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：

首先将上述原料中的杉木粉在100℃的鼓风烘箱中干燥3小时；然后将液体石蜡与纳米二氧化硅用高剪切乳化机进行混合，时间为5分钟，制得纳米溶胶；最后将无规共聚聚丙烯、甲基丙烯酸甲酯接枝聚乙烯用低速搅拌机混合均匀后从主加料器加入双螺杆挤出机，将杉木粉通过侧向加料器加入双螺杆挤出机，将所制得的纳米溶胶通过计量泵加入双螺杆挤出机，得到增塑增韧木粉/聚丙烯复合材料。挤出机料筒温度为150～190℃，螺杆转速为120rpm。

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：

首先将上述原料中的松木粉在110℃的鼓风烘箱中干燥2小时；然后将液体聚异丁烯与纳米蒙脱土用超速搅拌机进行混合，时间为10分钟，制得纳米溶胶；最后将均聚聚丙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯用低速搅拌机混合均匀后从主加料器加入双螺杆挤出机，将松木粉通过侧向加料器加入双螺杆挤出机，将所制得的纳米溶胶通过计量泵加入双螺杆挤出机，得到增塑增韧木粉/聚丙烯复合材料。挤出机料筒温度为140～190℃，螺杆转速为140rpm。

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：

首先将上述原料中的杉木粉在100℃的鼓风烘箱中干燥3小时；然后将液体聚异丁烯与纳米凹凸棒土用高剪切乳化机进行混合，时间为10分钟，制得纳米溶胶；最后将嵌段共聚聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯用低速搅拌机混合均匀后从主加料器加入双螺杆挤出机，将杉木粉通过侧向加料器加入双螺杆挤出机，将所制得的纳米溶胶通过计量泵加入双螺杆挤出机，得到增塑增韧木粉/聚丙烯复合材料。挤出机料筒温度为140～190℃，螺杆转速为150rpm。

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：

首先将上述原料中的松木粉在110℃的鼓风烘箱中干燥2小时；然后将液体石蜡与纳米蒙脱土用超速搅拌机进行混合，时间为10分钟，制得纳米溶胶；最后将均聚聚丙烯、苯乙烯接枝聚丙烯用低速搅拌机混合均匀后从主加料器加入双螺杆挤出机，将松木粉通过侧向加料器加入双螺杆挤出机，将所制得的纳米溶胶通过计量泵加入双螺杆挤出机，得到增塑增韧木粉/聚丙烯复合材料。挤出机料筒温度为150～190℃，螺杆转速为120rpm。

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：

首先将上述原料中的杉木粉在100℃的鼓风烘箱中干燥3小时；然后将液体石蜡与纳米凹凸棒土用高剪切乳化机进行混合，时间为10分钟，制得纳米溶胶；最后将无规共聚聚丙烯、甲基丙烯酸接枝聚丙烯用低速搅拌机混合均匀后从主加料器加入双螺杆挤出机，将杉木粉通过侧向加料器加入双螺杆挤出机，将所制得的纳米溶胶通过计量泵加入双螺杆挤出机，得到增塑增韧木粉/聚丙烯复合材料。挤出机料筒温度为140～190℃，螺杆转速为150rpm。

Claims

1.一种增塑增韧木粉/聚丙烯复合材料及其制备方法，其特征在于所述的增塑增韧木粉/聚丙烯复合材料是按一定重量份将聚丙烯、木粉、相容剂、增塑剂和纳米粒子，经一定的混炼加工后得到增塑增韧木粉/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，其特征在于所述的增塑增韧木粉/聚丙烯复合材料的原料组分和重量份数为：聚丙烯20～50份；木粉50～80份；相容剂0～10份；增塑剂0～15份；纳米粒子0～5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，其特征在于所述的木粉按树种分类包括杨木粉、桐木粉、杉木粉、松木粉、粘木粉、樟木粉；其细度从20目到100目不等。木粉可以是上述木粉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、苯乙烯、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所述的材料及制备方法，其特征在于无机纳米粒子是纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米蒙脱土和纳米凹凸棒土中的一种或一种以上组合。

8.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于将增塑剂和纳米粒子按比例称量后，用高剪切乳化机、乳化泵或超速搅拌机混合后制成纳米溶胶。

9.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于纳米溶胶通过计量泵注入双螺杆挤出机，与木粉、聚丙烯按一定比例进行熔融共混，机筒温度为140～200℃。

10.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于增塑增韧木粉/聚丙烯复合材料可采用模压、压延、挤出、注塑等工艺加工成制品，用于汽车、机械、家电、包装等领域。