CN102757632A

CN102757632A - 一种全降解聚甲基乙撑碳酸酯/木粉复合发泡材料及其制备方法

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Publication number: CN102757632A
Application number: CN2012102207110A
Authority: CN
Inventors: 关丽涛; 杨崇岭; 赵孟瑜; 涂登云; 云虹; 周宁昌
Original assignee: South China Agricultural University
Current assignee: South China Agricultural University
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2032-06-29
Also published as: CN102757632B

Abstract

本发明公开一种全降解聚甲基乙撑碳酸酯/木粉复合发泡材料，所述复合发泡材料由如下按重量份数计算的组分组成：聚甲基乙撑碳酸酯80~30；木粉20~70；以及相对于每100份聚甲基乙撑碳酸酯与木粉组成的原料，添加如下按重量份的助剂：增塑剂2~40；偶联剂0.5~10；热稳定剂0.5~10；润滑剂0.5~5；发泡剂1~20；匀泡剂0~10；成核剂0.5~10。其制备方法为：将聚甲基乙撑碳酸酯与木粉加入高速混合机中进行热混，然后加入增塑剂、偶联剂、润滑剂和热稳定剂，在冷混机中冷混至40℃后，加入发泡剂、匀泡剂和成核剂，混合均匀，得到混合物料；将混合物料加入嵌入式行星螺杆挤出机中挤出，再经发泡模具发泡，冷却定型。

Description

一种全降解聚甲基乙撑碳酸酯/木粉复合发泡材料及其制备方法

技术领域

本发明属于降解木塑复合发泡材料领域，具体涉及一种全降解聚甲基乙撑碳酸酯/木粉复合发泡材料及其制备方法。

背景技术

木塑复合材料是以塑料和木粉为基体，通过添加各种助剂而制备的一种复合材料。木塑复合材料具有一系列优于木材和塑料的特殊性能：有木质外观以及类似木材的二次加工性，但尺寸稳定性比木材好，且吸水性小、不怕虫蛀、不会像木材那样产生裂缝和翘曲变形，具有热塑性塑料的加工性，但硬度比塑料高，耐磨、耐老化、耐腐蚀。从19世纪90年代在美国和加拿大开始兴起，由于其在资源利用与环境保护方面的优势，在国际上迅速得到发展。

木塑复合材料具有上述优点，但相对未填充塑料来说，其韧性、冲击强度和弯曲强度等力学性能会有所降低，且密度又是纯天然木材的好几倍，这些不足使木塑复合材料的应用领域受到了限制。

为了克服分别相对于纯塑料和纯木材所呈现出来的不足，扩大木塑复合材料的应用范围，科研工作者进行了大量的研究，最后从发泡材料得到启发，开始制备木塑复合发泡材料。木塑复合发泡材料，就是将塑料、木纤维、矿物填料、助剂、改性剂和发泡剂等原料按一定质量比复合，经塑料成型设备加工成为一种连续均匀分布发泡微孔的复合材料。

木塑复合发泡材料中的气泡能够有效阻止材料中原有裂纹的扩展，使裂纹尖端变钝，因此抗冲击强度、韧性、疲劳周期、热稳定性等方面的性能都有显著提高，并且泡孔的存在使材料密度减小，不仅节省原料，而且具有良好的隔音、隔热性能。此外，发泡还能赋予产品更精确的外观尺寸，比非发泡复合物更具木质感，并便于安装。

CN100434469C公开了一种PVC塑木结皮发泡复合材料，以PVC为基体，添加木粉、偶联剂、热稳定剂、润滑剂和发泡剂而制得，所发明的复合材料具有质轻、硬度高、韧性优良，耐摩擦性强，耐水性和耐候性好等优点。

CN101153098B公开了一种微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料的制备方法，所制备的微发泡聚苯乙烯基木塑复合材料具有密度小、阻燃抑烟效果好、耐冲击的优点。

以上公开的专利都是以不可降解塑料为基体来制备木塑复合发泡材料，随着我们对环境问题的日益重视，用可降解的塑料来制备木塑复合发泡材料必将具有深远的意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种全降解聚甲基乙撑碳酸酯/木粉复合发泡材料。

本发明的另一目的在于提供所述全降解聚甲基乙撑碳酸酯/木粉复合发泡材料的制备方法。

本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：

一种全降解聚甲基乙撑碳酸酯/木粉复合发泡材料，所述复合发泡材料由如下按重量份数计算的组分组成：

聚甲基乙撑碳酸酯 80~30；

木粉 20~70；

以及相对于每100份聚甲基乙撑碳酸酯与木粉组成的原料，添加如下按重量份的助剂：

增塑剂 2~40；

偶联剂 0.5~10；

热稳定剂 0.5~10；

润滑剂 0.5~5；

发泡剂 1~20；

匀泡剂 0~10；

成核剂 0.5~10。

作为一种优选方案，每100份聚甲基乙撑碳酸酯与木粉组成的原料：

聚甲基乙撑碳酸酯 80~60；

木粉 20~40。

所述的聚甲基乙撑碳酸酯（PPC）是由环氧丙烷与二氧化碳交替共聚的产物。作为一种优选方案，所述聚甲基乙撑碳酸酯的数均分子量优选为20000~500000，其具有如下结构式：

Figure 2012102207110100002DEST_PATH_IMAGE002

其中，n=200~5000。

作为一种优选方案，所述木粉的平均粒径优选在20目以上，含水量优选≤5%。

作为一种优选方案，所述增塑剂优选为邻苯二甲酸二正丁酯（DBP）、邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸二正癸酯、邻苯二甲酸二烯丙酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二庚酯、邻苯二甲酸二苯酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二异辛酯、间苯二甲酸二异辛酯或间苯二甲酸二辛酯中任意一种或几种的混合物。

在本发明的配方中，增塑剂是作为一种必要组分存在。当增塑剂用量少于2重量份时，发泡倍率低，而当增塑剂用量超过40重量份时，发泡倍率开始降低。这可能是由于体系的粘度过大或过小均不利于高发泡成型。作为一种优选方案，所述增塑剂的用量优选为相对于每100份聚甲基乙撑碳酸酯与木粉组成的原料，添加4~35份增塑剂，更优选添加10~30份增塑剂。

作为一种优选方案，所述偶联剂优选为硅烷、铝酸酯、钛酸酯或丙稀酸盐中任意一种或几种的混合物。

在本发明的配方中，偶联剂也是一种很重要的组分。作为一种优选方案，所述偶联剂的用量优选为相对于每100份聚甲基乙撑碳酸酯与木粉组成的原料，添加1~8重量份偶联剂，更优选添加2~5重量份偶联剂。

作为一种优选方案，所述热稳定剂优选为金属皂类热稳定剂或复合稳定剂中的至少一种。

本申请中所述的复合稳定剂，是热稳定剂中常见的一种稳定剂，所述复合稳定剂包括，液体有机钡锌复合物、液体钙锌复合稳定剂等。

由于聚甲基乙撑碳酸酯分子链本身的缺陷，致使聚甲基乙撑碳酸酯分子的热稳定性差，为了使发泡过程得以顺利地进行。本发明配方中加入了热稳定剂。作为一种优选方案，所述热稳定剂的用量优选为相对于每100份聚甲基乙撑碳酸酯与木粉组成的原料，添加1~8重量份热稳定剂，更优选添加3~7重量份润滑剂。

作为一种优选方案，所述润滑剂为硬脂酸锌、聚酯蜡、硬脂酸、聚乙烯蜡、石蜡或氧化聚乙烯蜡中任意一种或几种的混合物。

在本发明的配方中，润滑剂也是一种很重要的组分。作为一种优选方案，所述润滑剂的用量优选为相对于每100份聚甲基乙撑碳酸酯与木粉组成的原料，添加1~4重量份润滑剂，更优选添加1.5~2.5重量份润滑剂。

发泡剂的用量是决定泡沫容重和泡孔质量的重要因素之一。本发明的配方中，选用发气量大，发泡效率高的发泡剂。作为一种优选方案，所述发泡剂优选为偶氮二甲酰胺（AC）、N, N-二亚硝基五次甲基四胺、对甲基磺酰胺、偶氮二异丁腈、4.4’-氧代双苯磺酰肼或碳酸氢钠中任意一种或几种的混合物。作为一种优选方案，所述发泡剂的用量优选为相对于每100份聚甲基乙撑碳酸酯与木粉组成的原料，添加2~18重量份发泡剂，更优选添加9~14重量份发泡剂。当发泡剂的用量低于1重量份，达不到目的发泡倍率；高于20重量份，发泡倍率和泡孔质量反而会下降。这是因为发泡剂在分解过程中会放出热量的缘故。发泡剂越多，发泡越大，产生的热量就越多。当泡孔一旦形成，泡孔就成了热的不良导体，它使得熔体粘度和熔体张力下降，这时并泡破泡大大增加，所以发泡倍率反而下降。

作为一种优选方案，所述匀泡剂为甲基硅油、苯基硅油、甲苯基硅油或含氢硅油中任意一种或几种的混合物。

在本发明的配方中，匀泡剂是一种可选的组分。在需要添加匀泡剂的情况下，作为一种优选方案，所述匀泡剂的用量优选为相对于每100份聚甲基乙撑碳酸酯与木粉组成的原料，添加1~9重量份匀泡剂，更优选添加3~8重量份匀泡剂。

成核剂有助于获得最佳微孔结构分布及规则的微孔形状。作为一种优选方案，所述成核剂为碳酸钙、滑石粉、硅灰土、蒙脱土或高岭土中任意一种或几种的混合物。所述成核剂的用量优选为相对于每100份聚甲基乙撑碳酸酯与木粉组成的原料，添加1~9重量份成核剂，更优选添加1.5~5重量份成核剂。

所述全降解聚甲基乙撑碳酸酯/木粉复合发泡材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将聚甲基乙撑碳酸酯与木粉加入转速为500~1000转/分，温度为110~120℃的高速混合机中进行热混，混合5~10分钟后，加入增塑剂、偶联剂、润滑剂和热稳定剂，再混合5~10分钟，将混合料转移至冷混机中冷混40℃，加入发泡剂、匀泡剂和成核剂，混合均匀，得到混合物料；

（2）将混合物料加入嵌入式行星螺杆挤出机中挤出，再经发泡模具发泡，冷却定型。即可得到各种形状的异型发泡制品。

作为一种优选方案，步骤（2）中的嵌入式行星螺杆挤出机的温度为110~150℃。

作为一种优选方案，所述步骤（1）中，转速优选为800~1000转/分。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明公开一种全降解的聚甲基乙撑碳酸酯/木粉复合发泡材料，该全降解木塑复合发泡材料较非发泡的木塑复合材料具有质轻、抗冲击强度高、韧性大、隔音、隔热性能好等优点，相对于石油基木塑复合发泡材料易降解，更环保。

（2）按本发明所述制备方法制得的全降解木塑复合发泡材料具有很好的木质感，可钉、可锯、可刨，可广泛用于建筑、运输、包装、家庭装饰及日用品市场。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步详细说明本发明。除非特别说明，本发明实施例述及的试剂均为本技术领域常规使用的试剂。

实施例1~4

按表1中所列的配方制备实施例1~4的全降解的聚甲基乙撑碳酸酯/木粉复合发泡材料。其制备工艺为：

（1）将聚甲基乙撑碳酸酯与木粉加入转速为800转/分，温度为115℃的高速混合机中进行热混，混合8分钟后，加入增塑剂、偶联剂、润滑剂和热稳定剂，再混合6分钟，将混合料转移至冷混机中冷混至40℃，加入发泡剂、匀泡剂和成核剂，混合均匀，得到混合物料；

（2）将混合物料加入150℃嵌入式行星螺杆挤出机中挤出，再经发泡模具发泡，冷却定型。

表1

实施例	1	2	3	4
					PPC（重量份）	80	60	40	30
木粉（重量份）	20	40	60	70
					DBP（重量份）	10	10	25	30
钛酸酯（重量份）	2	2	3	5
					硬脂酸锌（重量份）	3	3	3	3
AC（重量份）	10	10	15	18
					甲基硅油（重量份）	-	5	5	-
碳酸钙（重量份）	2	1	-	3
					滑石粉（重量份）	-	2	3	-
泡沫状	○	○	□	□

○ 表示优，指泡孔形态均匀而致密；

□ 表示良，指泡孔尺寸分布稍有不均。

实施例5~8

按表2中所列的配方及表3的工艺制备实施例5~8的全降解聚甲基乙撑碳酸酯/木粉复合发泡材料。

表2

PPC（重量份）	60
		木粉（重量份）	40
DBP（重量份）	10
		钛酸酯（重量份）	2
硬脂酸锌（重量份）	3
		AC（重量份）	10
甲基硅油（重量份）	5
		碳酸钙（重量份）	1
滑石粉（重量份）	2

表3

实施例	5	6	7	8
					高速混合机转速	500	700	800	1000
高速混合机温度	110	115	115	110
					挤出机温度	110	120	130	150
泡孔形态	□	□	○	○
					密度/(g·cm^-3)	1.10	0.96	0.85	0.82
断裂伸长率/%	2.8	2.9	3.3	3.4
					弯曲强度/MPa	29.5	32.0	36.5	36.9
冲击强度/(kJ·m^-2)	4.0	4.3	4.8	4.9

○ 表示优，指泡孔形态均匀而致密；

□ 表示良，指泡孔尺寸分布稍有不均。

从表3可以看出，制备的工艺对产品的最终形态有一定的影响。优选步骤（1）中采用800~1000转/分的转速进行热混。

在阅读上文的描述后，本领域内的技术人员可以对本发明作出改进或修改，只要不离开本发明的精神，都在本发明的范围内，本发明的范围由附属的权利要求书提出。

Claims

1.一种全降解聚甲基乙撑碳酸酯/木粉复合发泡材料，其特征在于，所述复合发泡材料由如下按重量份数计算的组分组成：

聚甲基乙撑碳酸酯 80~30；

木粉 20~70；

以及相对于每100份聚甲基乙撑碳酸酯与木粉组成的原料，添加如下按重量份计算的助剂：

增塑剂 2~40；

偶联剂 0.5~10；

热稳定剂 0.5~10；

润滑剂 0.5~5；

发泡剂 1~20；

匀泡剂 0~10；

成核剂 0.5~10。

2.如权利要求1所述全降解聚甲基乙撑碳酸酯/木粉复合发泡材料，其特征在于，所述聚甲基乙撑碳酸酯的数均分子量为20000~500000，具有如下结构式：

Figure 2012102207110100001DEST_PATH_IMAGE001

其中，n=200~5000。

3.如权利要求1所述全降解聚甲基乙撑碳酸酯/木粉复合发泡材料，其特征在于，所述木粉的平均粒径在20目以上，含水量≤5%。

4.如权利要求1所述全降解聚甲基乙撑碳酸酯/木粉复合发泡材料，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二正丁酯、邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸二正癸酯、邻苯二甲酸二烯丙酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二庚酯、邻苯二甲酸二苯酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二异辛酯、间苯二甲酸二异辛酯或间苯二甲酸二辛酯中任意一种或几种的混合物。

5.如权利要求1所述全降解聚甲基乙撑碳酸酯/木粉复合发泡材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷、铝酸酯、钛酸酯或丙稀酸盐中任意一种或几种的混合物；

所述的热稳定剂为自由金属皂类或复合稳定剂中的至少一种或其组合。

6.如权利要求1所述全降解聚甲基乙撑碳酸酯/木粉复合发泡材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸锌、聚酯蜡、硬脂酸、聚乙烯蜡、石蜡或氧化聚乙烯蜡中任意一种或几种的混合物。

7.如权利要求1所述全降解聚甲基乙撑碳酸酯/木粉复合发泡材料，其特征在于，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺、N, N-二亚硝基五次甲基四胺、对甲基磺酰胺、偶氮二异丁腈、4.4’-氧代双苯磺酰肼或碳酸氢钠中任意一种或几种的混合物。

8.如权利要求1所述全降解聚甲基乙撑碳酸酯/木粉复合发泡材料，其特征在于，所述匀泡剂为甲基硅油、苯基硅油、甲苯基硅油或含氢硅油中任意一种或几种的混合物。

9.如权利要求1所述全降解聚甲基乙撑碳酸酯/木粉复合发泡材料，其特征在于，所述成核剂为碳酸钙、滑石粉、硅灰土、蒙脱土或高岭土中任意一种或几种的混合物。

10.权利要求1所述全降解聚甲基乙撑碳酸酯/木粉复合发泡材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将聚甲基乙撑碳酸酯与木粉加入转速为500~1000转/分，温度为110~120℃的高速混合机中进行热混，混合5~10分钟后，加入增塑剂、偶联剂、润滑剂和热稳定剂，再混合5~10分钟，将混合料转移至冷混机中冷混至40℃，加入发泡剂、匀泡剂和成核剂，混合均匀，得到混合物料；

（2）将混合物料加入嵌入式行星螺杆挤出机中挤出，再经发泡模具发泡，冷却定型。