CN102504380A

CN102504380A - 有机分子插入型天然纤维复合塑料的制备方法

Info

Publication number: CN102504380A
Application number: CN2011102650922A
Authority: CN
Inventors: 李学锋; 董仕节; 闫晗; 胡波; 江成
Original assignee: Hubei University of Technology
Current assignee: Hubei University of Technology
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2031-09-08
Also published as: CN102504380B

Abstract

本发明涉及一种有机分子插入型天然纤维复合塑料的制备方法，包括如下步骤：（1）将天然纤维经过剥离形成层状中空结构，然后进行破碎处理至60-80目；（2）用1-5%硅烷的乙醇溶液处理天然纤维，然后用3-15%的弹性体/塑化剂溶液进行二次处理，干燥，得到有机分子插入型天然纤维；（3）将所得的有机分子插入型天然纤维与树脂、润滑剂、相容剂、填料共混，压制或挤出，进行连续生产，获得有机分子插入型天然纤维复合塑料。该方法显著改善了复合材料的力学性能，拓展木塑的使用范围。

Description

有机分子插入型天然纤维复合塑料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种天然植物纤维复合材料，特别涉及一种有机分子插入型天然纤维复合塑料的制备方法，属于材料复合技术领域。

背景技术

有机分子插入型天然纤维复合塑料是将稻草，秸秆，谷壳等天然纤维添加到热塑性树脂中改善其性能，降低成本的一种复合材料。植物纤维复合材料是近年来环保型复合材料的重点研究对象，以其原料充足，无污染，低成本吸引了大量的研究人员。我国是一个农业大国，有着丰富的天然纤维，包括剑麻，苎麻，木粉，稻草，秸秆等，其中以木粉添加到塑料中成型最为成熟。天然纤维中主要含有三种成分，即纤维素，半纤维素，木质素。而决定其机械性能的主要是纤维素和半纤维素，纤维素含有大量的羟基，而大部分热塑性塑料都是非极性的，这大大阻碍了纤维与塑料的界面结合力。为了改善天然纤维与热塑性塑料复合的性能，改善界面结合力是关键。其改善界面的传统方法有：纤维碱处理，乙酰化处理，蒸汽爆炸法处理等，还可以添加偶联剂处理，添加相容剂处理等。这些处理方法在一定程度上改善了纤维与塑料的界面，但效果都不太显著。

CN1948388A公开了一种苎麻茎杆与塑料复合材料的制备方法，包括将苎麻茎杆粉碎后干燥；同时分别干燥塑料树脂和相容剂；向苎麻杆粉喷洒偶联剂，偶联剂的用量为苎麻杆粉重量的1~2%；以重量份数计，将30~50份改性苎麻杆粉与50~70份塑料树脂、5~10份相容剂、2~4份润滑剂、0.1~0.3份抗氧化剂、0~10份填料、0~20份阻燃剂混合均匀；将上述混合物料通过挤出机中挤出。该发明虽然对苎麻茎秆粉进行了硅烷偶联剂处理和钛酸酯偶联剂处理，然而其结果却是对纤维表面进行包覆，偶联剂难以进入纤维内部，这导致其最终处理的秸秆与塑料未能很好的结合，其塑化效果不理想。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于通过改善天然纤维与热塑性塑料复合时的界面结合力，从而提供了一种有机分子插入型天然纤维复合塑料的制备方法。该方法显著改善了复合材料的力学性能，拓展木塑的使用范围。

本发明的目的是这样实现的：

有机分子插入型天然纤维复合塑料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将天然纤维经过剥离形成层状中空结构，然后进行破碎处理至60-80目；优选地，将天然纤维经过剥离形成层状中空结构，然后进行破碎处理至60目；

（2）用1-5%硅烷的乙醇溶液处理天然纤维，然后用3-15%的弹性体/塑化剂溶液进行二次处理，干燥，得到有机分子插入型天然纤维；优选地，用3-5%硅烷的乙醇溶液处理天然纤维，然后用3-15%的氢化苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）/丙烯酸月桂酯（LA）溶液进行二次处理，干燥，得到有机分子插入型天然纤维；

（3）将所得的有机分子插入型天然纤维与树脂、润滑剂、相容剂、填料共混，压制或挤出，进行连续生产，获得有机分子插入型天然纤维复合塑料。

本发明的目的还可以这样实现：所述的有机分子插入型天然纤维与树脂、润滑剂、相容剂和填料按如下重量份共混压制或挤出：

有机分子插入型天然纤维	30-70份
		树脂	30-70份
润滑剂	1-2份
		相容剂	1-3份
填料	1-20份

所述的硅烷是以下的一种或几种：乙烯基三氯烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷、丙烯酸基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ－氯丙基三乙氧基硅烷和三乙氧基甲基硅烷；硅烷的用量占所述天然纤维质量百分比为1%-5%。

所述的弹性体（TPE）是以下的一种或几种：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）、乙烯-辛稀共聚物（POE）、三元乙丙橡胶（EPDM）等热塑性弹性体；所述的塑化剂是以下的一种或几种：邻苯二甲酸二辛酯（DOP），邻苯二甲酸二丁酯（DBP），丙烯酸月桂酯（LA）。

所述的树脂是：高密度聚乙烯（HDPE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、或者是几种热塑性树脂共混体系，或者是热塑性树脂与弹性体共混体系，或者是废旧塑料，所述的弹性体是以下的一种或几种：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-辛稀共聚物和三元乙丙橡胶。优选地，所述的树脂是高密度聚乙烯（HDPE）。

所述的填料是以下的一种或几种：滑石粉、碳酸钙、二氧化硅、二氧化钛、蒙脱土和云母。优选地，所述的填料是800-1250目的超细滑石粉。

所述的润滑剂是以下的一种或几种：硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、PE蜡和石蜡。优选地，所述的润滑剂是硬脂酸或聚乙烯蜡。

所述的相容剂是以下的一种或几种：聚乙烯接枝马来酸酐（PE-g-MAH）、聚丙烯接枝马来酸酐（PP-g-MAH）、乙烯-辛稀共聚物接枝马来酸酐（POE-g-MAH）、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物接枝马来酸酐（ABS-g-MAH）、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯接枝马来酸酐（SBS-g-MAH）和苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-g-MAH）。优选地，所述的相容剂是马来酸酐接枝聚乙烯。

所述的天然纤维是以下的一种或几种：木纤维、秸秆纤维、谷壳纤维、甘蔗渣纤维和竹纤维。

所述的压制为使用热压和冷压进行压制成型；所述的挤出为使用单螺杆或双螺杆挤出机进行挤出成型。

利用本发明的方法制备的复合塑料可以应用于建筑装修、装饰材料、交通、市政方面、包装材料、搬运垫板和托盘等领域。

与现有技术相比，本发明涉及的有机分子插入型天然纤维复合塑料的制备方法具有如下优点和显著进步：该方法在天然纤维处理中使用机械剥离处理，与化学法处理纤维相比，既减少了环境污染，又能有效地改善天然纤维与热塑型塑料的界面结合力，从而改善复合材料的力学性能，具体表现为该复合材料具有优良的塑性、高强度、耐老化、耐腐蚀、吸水性小，使用寿命长，能重复使用和回收再利用，有利于环境保护，可挤出压制，显著拓展了木塑的使用范围。

附图说明

图1有机分子插入型天然纤维剥离示意图。

图2天然纤维剥离断面示意图。

具体实施方式

本发明涉及的有机分子插入型天然纤维复合塑料的制备方法主要包含如下两大步骤：

a）有机分子插入型天然纤维的制备

单螺杆挤出剥离木粉，秸秆或谷壳等天然纤维。取40-60份剥离天然纤维，破碎至60-80目，以天然纤维的用量为基准使用1-5%的硅烷配置乙醇溶液处理纤维，使用3-15%的弹性体配置弹性体/塑化剂溶液，将纤维、硅烷溶液搅拌，再将天然纤维与弹性体/塑化剂溶液二次处理，干燥4-8小时至恒重。

b) 有机分子插入型天然纤维与塑料复合

将有机分子插入型天然纤维添加到热塑性塑料中，加入润滑剂，相容剂，阻燃剂，无机粉体填充物等，经过双辊开炼压制成型木塑制品或经过挤出进行连续生产天然纤维塑料制品。

以下是本发明涉及的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步作描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。

实施例1 有机分子插入型天然纤维复合塑料的制备

单螺杆挤出剥离天然纤维后形成层状中空结构（见图1），其断面示意图见图2。取50份剥离天然纤维，破碎至60目，以木粉的量为基准使用1%的硅烷配置乙醇溶液处理木粉，然后使用5%的SEBS配置SEBS/LA溶液进行二次处理，将木粉、硅烷溶液和弹性体溶液三者搅拌均匀，在110℃以下干燥8小时至恒重，得到有机分子插入型天然纤维。将50份有机分子插入型天然纤维添加到50份回收的HDPE中，加入硬脂酸1份，马来酸酐接枝聚乙烯1.3份，二氧化钛1.5份经过双辊开炼压制成型木塑制品或经过挤出进行连续生产木塑制品。获得的木塑制品的力学性能如下:

实施例2 有机分子插入型天然纤维复合塑料的制备

单螺杆挤出剥离天然纤维，取60份剥离天然纤维，破碎至60目，以秸秆的量为基准使用2%的硅烷配置乙醇溶液处理木粉，使用5%的SEBS配置SEBS/LA溶液，将木粉、硅烷溶液和SEBS溶液三者搅拌均匀，在110℃以下干燥8小时至恒重，得到有机分子插入型天然纤维。将60份有机分子插入型天然纤维添加到回收的HDPE中40份，加入硬脂酸2份，马来酸酐接枝聚乙烯2份，填料为超细滑石粉10份，经过双辊开炼压制成型木塑制品或经过挤出进行连续生产木塑制品。获得的木塑制品的力学性能如下:

实施例 3有机分子插入型天然纤维复合塑料的制备

单螺杆挤出剥离天然纤维，取50份剥离天然纤维，破碎至60目，以木粉的量为基准使用3%的硅烷配置乙醇溶液处理木粉，使用10%的SBS配置SEBS/LA溶液，将木粉、硅烷溶液和SBS溶液三者搅拌均匀，在110℃以下干燥8小时至恒重，得到有机分子插入型天然纤维。将50份有机分子插入型天然纤维添加到回收的HDPE中50份，加入硬脂酸2份，马来酸酐接枝聚乙烯2份，填料为超细滑石粉15份，经过双辊开炼压制成型木塑制品或经过挤出进行连续生产木塑制品。获得的木塑制品的力学性能如下:

实施例4有机分子插入型天然纤维复合塑料的制备

单螺杆挤出剥离天然纤维，取60份剥离天然纤维，破碎至60目，以秸秆的量为基准使用4%的硅烷配置乙醇溶液处理木粉，使用15%的SBS配置SBS/LA溶液，将木粉、硅烷溶液和SBS溶液三者搅拌均匀，在110℃以下干燥8小时至恒重，得到有机分子插入型天然纤维。将40份有机分子插入型天然纤维添加到回收的HDPE中40份，加入硬脂酸2份，马来酸酐接枝聚乙烯3份，填料为超细碳酸钙10份，经过双辊开炼压制成型木塑制品或经过挤出进行连续生产木塑制品获得的木塑制品的力学性能如下:

根据实施例制备的有机分子插入型天然纤维复合塑料制品，经检测其具有优良的塑性，高强度，耐老化、耐腐蚀、吸水性小，使用寿命长，能重复使用和回收再利用，有利于环境保护可挤出压制。主要可用于建筑装修、装饰材料、交通、市政方面、包装材料，搬运垫板和托盘等领域。

Claims

1.有机分子插入型天然纤维复合塑料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将天然纤维经过剥离形成层状中空结构，然后进行破碎处理至60-80目；

（2）用1-5%硅烷的乙醇溶液处理天然纤维，然后用3-15%的弹性体/塑化剂溶液进行二次处理，干燥，得到有机分子插入型天然纤维；

2.根据权利要求1的有机分子插入型天然纤维复合塑料的制备方法，其特征在于：所述的有机分子插入型天然纤维与树脂、润滑剂、相容剂和填料按如下重量份共混压制或挤出：

。

3.根据权利要求1或2的有机分子插入型天然纤维复合塑料的制备方法，其特征在于：所述的硅烷是以下的一种或几种：乙烯基三氯烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷、丙烯酸基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ－氯丙基三乙氧基硅烷和三乙氧基甲基硅烷；硅烷的用量占所述天然纤维质量百分比为1%-5%。

4.根据权利要求1或2的有机分子插入型天然纤维复合塑料的制备方法，其特征在于：所述的弹性体是以下的一种或几种：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-辛稀共聚物和三元乙丙橡胶；所述的塑化剂是以下的一种或几种：邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯和丙烯酸月桂酯；弹性体/塑化剂溶液的用量占所述天然纤维质量百分比为3%-15%。

5.根据权利要求1或2的有机分子插入型天然纤维复合塑料的制备方法，其特征在于：所述的树脂是：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、或者是几种热塑性树脂共混体系，或者是热塑性树脂与弹性体共混体系，或者是废旧塑料，所述的弹性体是以下的一种或几种：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-辛稀共聚物和三元乙丙橡胶。

6.根据权利要求1或2的有机分子插入型天然纤维复合塑料的制备方法，其特征在于：所述的填料是以下的一种或几种：滑石粉、碳酸钙、二氧化硅、二氧化钛、蒙脱土和云母。

7.根据权利要求1或2的有机分子插入型天然纤维复合塑料的制备方法，其特征在于：所述的润滑剂是以下的一种或几种：硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、PE蜡和石蜡。

8.根据权利要求1或2的有机分子插入型天然纤维复合塑料的制备方法，其特征在于：所述的相容剂是以下的一种或几种：聚乙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝马来酸酐、乙烯-辛稀共聚物接枝马来酸酐、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物接枝马来酸酐、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯接枝马来酸酐、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐。

9.根据权利要求1或2的有机分子插入型天然纤维复合塑料的制备方法，其特征在于：所述的天然纤维是以下的一种或几种：木纤维、秸秆纤维、谷壳纤维、甘蔗渣纤维和竹纤维。

10.根据权利要求1或2的有机分子插入型天然纤维复合塑料的制备方法，其特征在于：所述的压制为使用热压和冷压进行压制成型；所述的挤出为使用单螺杆或双螺杆挤出机进行挤出成型。