CN102660079A - 一种聚丙烯/蔗渣复合材料的制备方法 - Google Patents

一种聚丙烯/蔗渣复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种聚丙烯/蔗渣复合材料的制备方法，包括以下步骤：一、按比例称量聚丙烯、蔗渣、增容剂、偶联剂和润滑剂；二、将称量后的各种原料加入到混合机中混合，得到混合料；三、将混合料加入双螺杆挤出机中挤出，得到聚丙烯/蔗渣复合材料。本发明原料来源广泛，制备工艺简单，适合大规模工业化生产；将生物难降解的聚丙烯制备成具有良好机械性能和生物降解性能的聚丙烯/蔗渣复合材料，在环境保护以及资源开发等方面都具有重要意义。

Description

一种聚丙烯/蔗渣复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种聚丙烯/蔗渣复合材料的制备方法。
背景技术
随着现代工业的快速发展，塑料的应用范围越来越广泛，塑料制品的需求量越来越大，而废弃塑料所造成的环境污染也日益严重，受到了社会各界的广泛关注。
聚丙烯是由丙烯单体聚合而成的热塑性高聚物，是当今四大通用塑料之一。由于其物理性能和化学性能优良，容易加工为各种薄膜制品、注塑制品、挤塑制品等，因此聚丙烯被广泛地应用于工业、农业、建筑业等各个领域。由于聚丙烯具有良好的强度和刚硬度、优良的耐弯曲疲劳性等特点，尤其是它的化学稳定性优异，除被浓硫酸、浓硝酸等强酸侵蚀外，对其它各种化学试剂都有很强的抵抗力。因此，除长期在紫外光照射和有氧热环境中逐渐老化外，聚丙烯在自然环境中的生物降解性差，严重污染着土壤、河流、湖泊等人类赖以生存的环境。
开发具有良好生物降解性的聚丙烯基复合材料是解决聚丙烯塑料污染的有效途径。目前，以聚合物为基体，采用淀粉、木粉等材料填充改性的复合材料克服了单一材料的缺点，具有单一材料不具备的优良性能。土壤中的微生物对淀粉、木粉等填料发生侵蚀分解，采用淀粉、木粉等填充改性的复合材料得以碎化并逐步被降解。但聚合物基淀粉填充复合材料并没有得到广泛的应用，原因之一是作为粮食的淀粉的成本偏高，不利于获得良好的经济效益；而聚合物基木粉填充复合材料的加工流动性不好，降解速度缓慢，使其加工成型和推广应用受到了很大限制。
蔗渣是蔗糖生产过程中的副产品，其成本低廉，来源广泛，且易于降解，可作为填充材料使用。另外，蔗渣含有网状纤维结构，可以显著增强蔗渣复合材料的机械性能。然而目前蔗渣却大多用于锅炉燃料、动物饲料等方面，应用范围狭窄，科技含量低下，造成了资源的严重浪费。
截至目前，尚未发现有关聚丙烯/蔗渣复合材料的研究见诸报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种聚丙烯/蔗渣复合材料的制备方法。该方法制备工艺简单，原料来源广泛，生产成本低廉；利用该方法制备的聚丙烯/蔗渣复合材料具有良好的机械性能和生物降解性能，有效地改善了聚丙烯塑料对环境的污染问题，具有显著的社会价值和经济价值。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种聚丙烯/蔗渣复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、称量以下质量百分比的各种原料：聚丙烯50％～80％，蔗渣10％～40％，增容剂5％～20％，偶联剂0.1%～3%，润滑剂0.5％～5％；所述增容剂为聚丙烯的接枝共聚物，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；
步骤二、将步骤一中称量后的聚丙烯、蔗渣、增容剂、偶联剂和润滑剂加入到混合机中混合均匀，得到混合料；
步骤三、将步骤二中所述混合料加入到双螺杆挤出机中，在挤出温度为150℃～200℃的条件下挤出，得到聚丙烯/蔗渣复合材料。
上述的一种聚丙烯/蔗渣复合材料的制备方法，步骤一中所述聚丙烯的接枝共聚物为聚丙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚丙烯接枝丙烯酸、聚丙烯接枝丙烯酸酯或聚丙烯接枝丙烯酰胺。
上述的一种聚丙烯/蔗渣复合材料的制备方法，步骤一中所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
上述的一种聚丙烯/蔗渣复合材料的制备方法，步骤一中所述钛酸酯偶联剂为二羟酰基乙二撑钛酸脂或二（二辛基焦磷酰氧基）羟乙酸钛酸酯。
上述的一种聚丙烯/蔗渣复合材料的制备方法，步骤一中所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙或聚乙烯蜡。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
（1）本发明将生物难降解的聚丙烯制备成生物可降解的聚丙烯/蔗渣复合材料，有效地改善了聚丙烯塑料对环境的污染问题，具有显著的社会价值和经济价值；
（2）本发明采用来源广泛、价格低廉的蔗渣为原料，充分利用其网状纤维结构及其易降解、易成型的性能，制备成机械性能好、生物可降解的聚丙烯/蔗渣复合材料，拓宽了蔗渣的用途，使资源得到了合理地开发与利用；同时，蔗渣中含有纤维素和糖类等成分，更容易受到土壤中微生物的侵蚀，能够得到较快降解，尤其是在潮湿环境中降解速率更加迅速，在聚丙烯/蔗渣复合材料中形成很多的孔隙，增大了聚丙烯基体与外界环境的接触面积，有利于聚丙烯基体受到外界侵蚀，促进了聚丙烯基体的碎化，进而提高了聚丙烯/蔗渣复合材料的降解性能。
（3）本发明的聚丙烯/蔗渣复合材料能够在双螺杆挤出机中一步完成，制备工艺简单，易于重复操作，适合大规模工业化生产；
（4）本发明的聚丙烯/蔗渣复合材料具有良好的机械性能和生物降解性能，易加工成各类生物可降解的塑料制品，替代污染环境、生物难降解的塑料制品，在环境保护以及资源开发等方面都具有重要意义。
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式
实施例1
本实施例的聚丙烯/蔗渣复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、称量以下质量百分比的各种原料：聚丙烯50％，蔗渣26％，增容剂20％，偶联剂1%，润滑剂3％；所述增容剂为聚丙烯的接枝共聚物，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；优选的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙或聚乙烯蜡；优选的聚丙烯的接枝共聚物为聚丙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚丙烯接枝丙烯酸、聚丙烯接枝丙烯酸酯或聚丙烯接枝丙烯酰胺；优选的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；优选的钛酸酯偶联剂为二羟酰基乙二撑钛酸脂或二（二辛基焦磷酰氧基）羟乙酸钛酸酯；
步骤二、将步骤一中称量后的聚丙烯、蔗渣、增容剂、偶联剂和润滑剂加入到混合机中混合均匀，得到混合料；
步骤三、将步骤二中所述混合料加入到双螺杆挤出机中，在双螺杆挤出机的加料段、熔融段、均化段、排料段的温度依次为150℃、180℃、200℃、190℃的条件下挤出，得到直径约3mm的聚丙烯/蔗渣复合材料。
本实施例的聚丙烯/蔗渣复合材料的初始机械性能及其在潮湿土壤中经过30天降解后的机械性能见表1。
实施例2
本实施例的聚丙烯/蔗渣复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、称量以下质量百分比的各种原料：聚丙烯80％，蔗渣10％，增容剂9.4％，偶联剂0.1%，润滑剂0.5％；所述增容剂为聚丙烯的接枝共聚物，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；优选的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙或聚乙烯蜡；优选的聚丙烯的接枝共聚物为聚丙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚丙烯接枝丙烯酸、聚丙烯接枝丙烯酸酯或聚丙烯接枝丙烯酰胺；优选的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；优选的钛酸酯偶联剂为二羟酰基乙二撑钛酸脂或二（二辛基焦磷酰氧基）羟乙酸钛酸酯；
步骤二、将步骤一中称量后的聚丙烯、蔗渣、增容剂、偶联剂和润滑剂加入到混合机中混合均匀，得到混合料；
步骤三、将步骤二中所述混合料加入到双螺杆挤出机中，在双螺杆挤出机的加料段、熔融段、均化段、排料段的温度依次为150℃、180℃、200℃、190℃的条件下挤出，得到直径约3mm的聚丙烯/蔗渣复合材料。
本实施例的聚丙烯/蔗渣复合材料的初始机械性能及其在潮湿土壤中经过30天降解后的机械性能见表1。
实施例3
本实施例的聚丙烯/蔗渣复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、称量以下质量百分比的各种原料：聚丙烯50％，蔗渣40％，增容剂5％，偶联剂0.5%，润滑剂4.5％；所述增容剂为聚丙烯的接枝共聚物，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；优选的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙或聚乙烯蜡；优选的聚丙烯的接枝共聚物为聚丙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚丙烯接枝丙烯酸、聚丙烯接枝丙烯酸酯或聚丙烯接枝丙烯酰胺；优选的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；优选的钛酸酯偶联剂为二羟酰基乙二撑钛酸脂或二（二辛基焦磷酰氧基）羟乙酸钛酸酯；
步骤二、将步骤一中称量后的聚丙烯、蔗渣、增容剂、偶联剂和润滑剂加入到混合机中混合均匀，得到混合料；
步骤三、将步骤二中所述混合料加入到双螺杆挤出机中，在双螺杆挤出机的加料段、熔融段、均化段、排料段的温度依次为150℃、180℃、200℃、190℃的条件下挤出，得到直径约3mm的聚丙烯/蔗渣复合材料。
本实施例的聚丙烯/蔗渣复合材料的初始机械性能及其在潮湿土壤中经过30天降解后的机械性能见表1。
实施例4
本实施例的聚丙烯/蔗渣复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、称量以下质量百分比的各种原料：聚丙烯50％，蔗渣30％，增容剂14.9％，偶联剂0.1%，润滑剂5％；所述增容剂为聚丙烯的接枝共聚物，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；优选的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙或聚乙烯蜡；优选的聚丙烯的接枝共聚物为聚丙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚丙烯接枝丙烯酸、聚丙烯接枝丙烯酸酯或聚丙烯接枝丙烯酰胺；优选的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；优选的钛酸酯偶联剂为二羟酰基乙二撑钛酸脂或二（二辛基焦磷酰氧基）羟乙酸钛酸酯；
步骤二、将步骤一中称量后的聚丙烯、蔗渣、增容剂、偶联剂和润滑剂加入到混合机中混合均匀，得到混合料；
步骤三、将步骤二中所述混合料加入到双螺杆挤出机中，在双螺杆挤出机的加料段、熔融段、均化段、排料段的温度依次为150℃、180℃、200℃、190℃的条件下挤出，得到直径约3mm的聚丙烯/蔗渣复合材料。
本实施例的聚丙烯/蔗渣复合材料的初始机械性能及其在潮湿土壤中经过30天降解后的机械性能见表1。
实施例5
本实施例的聚丙烯/蔗渣复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、称量以下质量百分比的各种原料：聚丙烯70％，蔗渣15％，增容剂7％，偶联剂3%，润滑剂5％；所述增容剂为聚丙烯的接枝共聚物，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；优选的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙或聚乙烯蜡；优选的聚丙烯的接枝共聚物为聚丙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚丙烯接枝丙烯酸、聚丙烯接枝丙烯酸酯或聚丙烯接枝丙烯酰胺；优选的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；优选的钛酸酯偶联剂为二羟酰基乙二撑钛酸脂或二（二辛基焦磷酰氧基）羟乙酸钛酸酯；
步骤二、将步骤一中称量后的聚丙烯、蔗渣、增容剂、偶联剂和润滑剂加入到混合机中混合均匀，得到混合料；
步骤三、将步骤二中所述混合料加入到双螺杆挤出机中，在双螺杆挤出机的加料段、熔融段、均化段、排料段的温度依次为150℃、180℃、200℃、190℃的条件下挤出，得到直径约3mm的聚丙烯/蔗渣复合材料。
本实施例的聚丙烯/蔗渣复合材料的初始机械性能及其在潮湿土壤中经过30天降解后的机械性能见表1。
实施例6
本实施例的聚丙烯/蔗渣复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、称量以下质量百分比的各种原料：聚丙烯55％，蔗渣30％，增容剂7％，偶联剂3%，润滑剂5％；所述增容剂为聚丙烯的接枝共聚物，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；优选的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙或聚乙烯蜡；优选的聚丙烯的接枝共聚物为聚丙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚丙烯接枝丙烯酸、聚丙烯接枝丙烯酸酯或聚丙烯接枝丙烯酰胺；优选的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；优选的钛酸酯偶联剂为二羟酰基乙二撑钛酸脂或二（二辛基焦磷酰氧基）羟乙酸钛酸酯；
步骤二、将步骤一中称量后的聚丙烯、蔗渣、增容剂、偶联剂和润滑剂加入到混合机中混合均匀，得到混合料；
步骤三、将步骤二中所述混合料加入到双螺杆挤出机中，在双螺杆挤出机的加料段、熔融段、均化段、排料段的温度依次为150℃、180℃、200℃、190℃的条件下挤出，得到直径约3mm的聚丙烯/蔗渣复合材料。
本实施例的聚丙烯/蔗渣复合材料的初始机械性能及其在潮湿土壤中经过30天降解后的机械性能见表1。
表1本发明的聚丙烯/蔗渣复合材料降解前后的机械性能对比结果
Figure BDA0000170580871
由表1可知，本发明制备的聚丙烯/蔗渣复合材料初始的拉伸强度为21.0MPa～32.5MPa，在潮湿土壤中经过30天降解后拉伸强度仅为6.5MPa～18.5MPa；初始的断裂伸长率为6.5%～9.0%，在潮湿土壤中经过30天降解后断裂伸长率仅为2.0%～4.0%；说明本发明制备的聚丙烯/蔗渣复合材料具有良好的机械性能和生物降解性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种聚丙烯/蔗渣复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、称量以下质量百分比的各种原料：聚丙烯50％～80％，蔗渣10％～40％，增容剂5％～20％，偶联剂0.1%～3%，润滑剂0.5％～5％；所述增容剂为聚丙烯的接枝共聚物，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；
步骤二、将步骤一中称量后的聚丙烯、蔗渣、增容剂、偶联剂和润滑剂加入到混合机中混合均匀，得到混合料；
步骤三、将步骤二中所述混合料加入到双螺杆挤出机中，在挤出温度为150℃～200℃的条件下挤出，得到聚丙烯/蔗渣复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种聚丙烯/蔗渣复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述聚丙烯的接枝共聚物为聚丙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚丙烯接枝丙烯酸、聚丙烯接枝丙烯酸酯或聚丙烯接枝丙烯酰胺。
3.根据权利要求1所述的一种聚丙烯/蔗渣复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
4.根据权利要求1所述的一种聚丙烯/蔗渣复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述钛酸酯偶联剂为二羟酰基乙二撑钛酸脂或二（二辛基焦磷酰氧基）羟乙酸钛酸酯。
5.根据权利要求1所述的一种聚丙烯/蔗渣复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙或聚乙烯蜡。
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