CN103102595A - 一种麻纤维/聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于改性聚丙烯技术领域，涉及一种麻纤维/聚丙烯复合材料及其制备方法。该麻纤维/聚丙烯复合材料，由包括以下重量份的组分制成：聚丙烯100份；麻纤维10-100份；表面改性剂2-20份；助剂0-32份。与现有技术相比，本发明采用苯甲酸钠、苯乙酸钠、对甲基苯甲酰氯，尤其是对甲基苯甲酰氯，来作为麻纤维与聚丙烯之间的相容剂，可以明显改善麻纤维与聚丙烯之间的相容性，获得力学性能优良的麻纤维/聚丙烯复合材料。

Description

一种麻纤维/聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于改性聚丙烯技术领域，涉及一种麻纤维/聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
麻纤维品种繁多，包括韧皮纤维和叶纤维。韧皮纤维指茎的形成层外侧部分可剥取的纤维，是双子叶植物茎的韧皮层内部丛生成束的纤维，如苎麻、亚麻、黄麻、大麻、苘麻、荨麻、罗布麻等；叶纤维是从草本单子叶植物叶上获得的维管束纤维，如剑麻、蕉麻、菠萝麻等。
不同种类的麻纤维化学成分不一，但主要的化学成分都是纤维素、半纤维素、木质素、果胶、脂肪蜡质等，且各种麻纤维中纤维素含量均在75%左右。
关于麻纤维/聚丙烯复合材料的研究与报道，非常多，如Kuruvilla Joseph,SabuThomas.Effect of chemical treatment on the tensile properties of short sisal fibre-reinforcedpolyethylene composites[J].Polymer,1996，37(23):5139-5149；N.E.Zafeiropoulos,D.R.Williams,C.A.Baillie,et al.Engineering and characterization of the interface in flax fibre/polypropylenecomposite materials Part I:Development and investigation of surface treatments[J].Composites:PartA,2002,33:1083-1093；C.K.Hong,I.Hwang,N.Kim,et al.Mechanical properties of silanizedjute-polypropylene composites[J].Journal of Industrial and Engineering chemistry,2008,14:71-76等，均没有找到有效的表面改性剂，来改善聚丙烯和麻纤维的相容性，从而提高麻纤维/聚丙烯复合材料的性能。
中国专利CN102229717B将天然麻纤维在稀土镧化合物溶液中超声振荡浸泡处理后，再在硅油乳液中超声振荡浸泡处理，将经改性处理过的天然麻纤维自然晾干或在真空干燥箱中干燥，然后与聚丙烯或聚丙烯合金经挤出造粒，注射成型可制得稀土硅油改性麻纤维/聚丙烯或聚丙烯合金复合材料。此法改善了天然麻纤维与聚丙烯之间的相容性，提高了天然麻纤维/聚丙烯或聚丙烯合金复合材料的力学性能，但改性效果不佳，且此发明的重要组分-天然麻纤维需要提前进行预处理，预处理过程复杂，所需时间较长，给工业化生产带来了许多不便。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术缺陷而提供一种麻纤维/聚丙烯复合材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种麻纤维/聚丙烯复合材料，由包括以下重量份的组份制成：
Figure BDA00002874707600021
所述的助剂选自抗氧剂、光稳剂、润滑剂、增韧剂中的一种或一种以上。
麻纤维/聚丙烯复合材料由包括以下重量份的组份制成：
Figure BDA00002874707600022
所述的表面改性剂与麻纤维的质量比为1：5。
所述聚丙烯的熔融指数≤20g/10min（测试条件：220℃，2.16kg）。
所述的麻纤维选自剑麻纤维、苎麻纤维、亚麻纤维、黄麻纤维中的一种或一种以上。优选为，黄麻纤维。
所述的表面改性剂选自苯甲酸钠、苯乙酸钠、对甲基苯甲酰氯中的一种或一种以上。优选为对甲基苯甲酰氯。
所述的抗氧剂由按任意比混合的主抗氧剂和辅抗氧剂组成，主抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，辅抗氧剂选自三（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯、硫代二丙酸二硬脂醇酯中的一种或一种以上。
所述的润滑剂由内润滑剂和外润滑剂组成，内润滑剂选自硬脂酸钠、芥酸酰胺中的一种或一种以上；外润滑剂选自液体石蜡、聚乙烯蜡中的一种或一种以上。
所述的光稳剂选自水杨酸对辛基苯基酯、3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸-2，4-二叔丁基苯酯中的一种或一种以上。
所述的增韧剂选自马来酸酐接枝聚丙烯、聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的一种或一种以上。
一种上述麻纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将麻纤维在90-110℃烘箱中烘1-3h，取出备用；
（2）按上述配比按重量份称取100份聚丙烯、2-20份表面改性剂及0-32份助剂在高速混合中混合均匀后加入到双螺杆挤出机，在160-210℃的温度下与10-100重量份麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到麻纤维/聚丙烯复合材料。
现有产品多以苯甲酸、苯乙酸、戊二醛为表面改性剂来提高麻纤维与聚丙烯之间的相容性，实践证明，这些表面改性剂确实起到了改善麻纤维与聚丙烯之间的相容性的作用，但效果不明显。
与现有产品相比，本发明采用苯甲酸钠、苯乙酸钠、对甲基苯甲酰氯，尤其是对甲基苯甲酰氯，来作为麻纤维与聚丙烯之间的相容剂，可以明显改善麻纤维与聚丙烯之间的相容性，获得力学性能优良的麻纤维/聚丙烯复合材料。本发明所得麻纤维/聚丙烯复合材料，可以应用在汽车、建筑、交通运输、园林园艺等行业，尤其可以应用在新能源汽车行业，也可以用来制备新能源汽车用充电桩。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例中所用的原材料见表1，除特殊说明外，实施例中各组分都为重量份。
表1原材料一览表
Figure BDA00002874707600031
Figure BDA00002874707600041
实施例1
（1）将黄麻纤维在90℃烘箱中烘1h，取出备用；
（2）按重量份称取100份聚丙烯、2份表面改性剂苯甲酸钠在高速混合中混合均匀后加入到双螺杆挤出机，在160-210℃的温度下与10重量份黄麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到麻纤维/聚丙烯复合材料。对其进行力学性能测试，结果见表2。
对比例1
（1）将黄麻纤维在90℃烘箱中烘1h，取出备用；
（2）按重量份称取100份聚丙烯、2份表面改性剂苯甲酸在高速混合中混合均匀后加入到双螺杆挤出机，在160-210℃的温度下与10重量份黄麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到麻纤维/聚丙烯复合材料。对其进行力学性能测试，结果见表2。
实施例2
（1）将黄麻纤维在100℃烘箱中烘2h，取出备用；
（2）按重量份称取100份聚丙烯、10份表面改性剂苯乙酸钠在高速混合中混合均匀后加入到双螺杆挤出机，在160-210℃的温度下与50重量份黄麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到麻纤维/聚丙烯复合材料。对其进行力学性能测试，结果见表2。
对比例2
（1）将黄麻纤维在100℃烘箱中烘2h，取出备用；
（2）按重量份称取100份聚丙烯、10份表面改性剂苯乙酸在高速混合中混合均匀后加入到双螺杆挤出机，在160-210℃的温度下与50重量份黄麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到麻纤维/聚丙烯复合材料。对其进行力学性能测试，结果见表2。
实施例3
（1）将黄麻纤维在110℃烘箱中烘3h，取出备用；
（2）按重量份称取100份聚丙烯、20份表面改性剂对甲基苯甲酰氯在高速混合中混合均匀后加入到双螺杆挤出机，在160-210℃的温度下与100重量份黄麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到麻纤维/聚丙烯复合材料。对其进行力学性能测试，结果见表2。
对比例3
（1）将黄麻纤维在100℃烘箱中烘3h，取出备用；
（2）按重量份称取100份聚丙烯、20份表面改性剂戊二醛在高速混合中混合均匀后加入到双螺杆挤出机，在160-210℃的温度下与100重量份黄麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到麻纤维/聚丙烯复合材料。对其进行力学性能测试，结果见表2。
表2实施例与对比例的性能比较（测试标准：ASTM）
拉伸强度MPa 弯曲强度MPa 弯曲模量MPa 简支梁缺口冲击强度KJ/m2
实施例1 40.3 56.7 2667 8
对比例1 35.2 53.1 2500 6
实施例2 55.6 80.3 3200 12
对比例2 50.1 70.2 3002 10
实施例3 80.2 122.1 5001 18
对比例3 71.3 106.5 4231 15
可以看出：本发明所得麻纤维/聚丙烯复合材料在拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、简支梁缺口冲击强度上明显优于现有技术所得的麻纤维/聚丙烯复合材料，也就是说，与现有技术相比，本发明所得麻纤维/聚丙烯复合材料具有更佳的力学性能。
实施例4
（1）将黄麻纤维在100℃烘箱中烘2h，取出备用；
（2）按重量份称取100份聚丙烯、5份表面改性剂苯乙酸钠、1份抗氧剂1010、1份抗氧剂168、1份内润滑剂硬脂酸钠、1份外润滑剂液体石蜡、1份光稳剂OPS在高速混合中混合均匀后加入到双螺杆挤出机，在160-210℃的温度下与25重量份黄麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到麻纤维/聚丙烯复合材料。对其进行力学性能测试，结果见表3和4。
实施例5
（1）将黄麻纤维在100℃烘箱中烘2h，取出备用；
（2）按重量份称取100份聚丙烯、5份表面改性剂苯乙酸钠、2份抗氧剂1010、2份抗氧剂DSTDP、2份内润滑剂芥酸酰胺、3份外润滑剂聚乙烯蜡、3份光稳剂UV-120在高速混合中混合均匀后加入到双螺杆挤出机，在160-210℃的温度下与25重量份黄麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到麻纤维/聚丙烯复合材料。对其进行力学性能测试，结果见表3。
实施例6
（1）将黄麻纤维在100℃烘箱中烘2h，取出备用；
（2）按重量份称取100份聚丙烯、5份表面改性剂苯乙酸钠、2份抗氧剂1010、2份抗氧剂DSTDP、2份内润滑剂芥酸酰胺、3份外润滑剂聚乙烯蜡、3份光稳剂UV-120、5份增韧剂PP-G在高速混合中混合均匀后加入到双螺杆挤出机，在160-210℃的温度下与25重量份黄麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到麻纤维/聚丙烯复合材料。对其进行力学性能测试，结果见表3。
实施例7
（1）将黄麻纤维在100℃烘箱中烘2h，取出备用；
（2）按重量份称取100份聚丙烯、5份表面改性剂苯乙酸钠、1份抗氧剂1010、2份抗氧剂DSTDP、2份内润滑剂芥酸酰胺、2份外润滑剂聚乙烯蜡、2份光稳剂UV-120、10份增韧剂EPDM4045在高速混合中混合均匀后加入到双螺杆挤出机，在160-210℃的温度下与25重量份黄麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到麻纤维/聚丙烯复合材料。对其进行力学性能测试，结果见表3。
实施例8
（1）将黄麻纤维在100℃烘箱中烘2h，取出备用；
（2）按重量份称取100份聚丙烯、5份表面改性剂苯乙酸钠、1份抗氧剂1010、2份抗氧剂DSTDP、2份内润滑剂芥酸酰胺、2份外润滑剂聚乙烯蜡、2份光稳剂UV-120、15份增韧剂EVA180在高速混合中混合均匀后加入到双螺杆挤出机，在160-210℃的温度下与25重量份黄麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到麻纤维/聚丙烯复合材料。对其进行力学性能测试，结果见表3。
实施例9
（1）将黄麻纤维在100℃烘箱中烘2h，取出备用；
（2）按重量份称取100份聚丙烯、5份表面改性剂苯乙酸钠、1份抗氧剂1010、2份抗氧剂DSTDP、2份内润滑剂芥酸酰胺、2份外润滑剂聚乙烯蜡、2份光稳剂UV-120、15份增韧剂POE8200在高速混合中混合均匀后加入到双螺杆挤出机，在160-210℃的温度下与25重量份黄麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到麻纤维/聚丙烯复合材料。对其进行力学性能测试，结果见表3。
表3实施例4-9的力学性能测试结果
拉伸强度MPa 弯曲强度MPa 弯曲模量MPa 简支梁缺口冲击强度KJ/m2
实施例4 47.5 68.6 2956 10
实施例5 47.1 68.0 2930 10
实施例6 45.6 66.6 2903 13
实施例7 44.3 65.6 2853 18
实施例8 43.1 62.6 2801 23
实施例9 40.5 59.8 2723 35
实施例4-9可以看出，本发明所得麻纤维/聚丙烯复合材料具有优异的力学性能。在配方中加入增韧剂，会小幅降低材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量，会大幅提高材料的冲击强度。
实施例10
（1）将亚麻纤维在100℃烘箱中烘2h，取出备用；
（2）按重量份称取100份聚丙烯、5份表面改性剂苯乙酸钠、1份抗氧剂1010、1份抗氧剂168、1份内润滑剂硬脂酸钠、1份外润滑剂液体石蜡、1份光稳剂OPS在高速混合中混合均匀后加入到双螺杆挤出机，在160-210℃的温度下与25重量份剑麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到麻纤维/聚丙烯复合材料。对其进行力学性能测试，结果见表4。
实施例11
（1）将苎麻纤维在100℃烘箱中烘2h，取出备用；
（2）按重量份称取100份聚丙烯、5份表面改性剂苯乙酸钠、1份抗氧剂1010、1份抗氧剂168、1份内润滑剂硬脂酸钠、1份外润滑剂液体石蜡、1份光稳剂OPS在高速混合中混合均匀后加入到双螺杆挤出机，在160-210℃的温度下与25重量份亚麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到麻纤维/聚丙烯复合材料。对其进行力学性能测试，结果见表4。
表4实施例4、10、11力学性能测试结果
拉伸强度MPa 弯曲强度MPa 弯曲模量MPa 简支梁缺口冲击强度KJ/m2
实施例4 47.5 68.6 2956 10
实施例10 48.9 72.6 3155 12
实施例11 50.1 75.3 3320 15
表4可以看出，相同细度、相同含量的麻纤维增强聚丙烯，力学性能：苎麻纤维增强聚丙烯＞亚麻纤维增强聚丙烯＞黄麻纤维增强聚丙烯。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种麻纤维/聚丙烯复合材料，其特征在于：由包括以下重量份的组份制成：
聚丙烯             100份，
麻纤维             10-100份，
表面改性剂         2-20份，
助剂               0-32份。
2.根据权利要求1所述的麻纤维/聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的助剂选自抗氧剂、光稳剂、润滑剂、增韧剂中的一种或一种以上。
3.根据权利要求1或2所述的麻纤维/聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的麻纤维/聚丙烯复合材料由包括以下重量份的组份制成：
聚丙烯              100份，
麻纤维              10-100份，
表面改性剂          2-20份，
抗氧剂              2-4份，
光稳剂              1-3份，
润滑剂              2-5份，
增韧剂              0-20份。
4.根据权利要求1所述的麻纤维/聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的表面改性剂与麻纤维的重量比为1：5。
5.根据权利要求1所述的麻纤维/聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯的熔融指数≤20g/10min，测试条件：220℃，2.16kg；
或所述的麻纤维选自剑麻纤维、苎麻纤维、亚麻纤维或黄麻纤维中的一种或一种以上，优选为黄麻纤维。
6.根据权利要求1所述的麻纤维/聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的表面改性剂选自苯甲酸钠、苯乙酸钠或对甲基苯甲酰氯中的一种或一种以上，优选为对甲基苯甲酰氯。
7.根据权利要求3所述的麻纤维/聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂由主抗氧剂和辅抗氧剂组成，主抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，辅抗氧剂选自三（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯或硫代二丙酸二硬脂醇酯中的一种或一种以上。
8.根据权利要求3所述的麻纤维/聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的润滑剂由内润滑剂和外润滑剂组成，内润滑剂选自硬脂酸钠或芥酸酰胺中的一种或一种以上；外润滑剂选自液体石蜡或聚乙烯蜡中的一种或一种以上；
或所述的光稳剂选自水杨酸对辛基苯基酯或3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸-2，4-二叔丁基苯酯中的一种或一种以上。
9.根据权利要求3所述的麻纤维/聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的增韧剂选自马来酸酐接枝聚丙烯、聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的一种或一种以上。
10.一种上述权利要求1-9中任一所述的麻纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将麻纤维在90-110℃烘箱中烘1-3h，取出备用；
（2）按上述配比按重量份称取100份聚丙烯、2-20份表面改性剂及0-32份助剂在高速混合中混合均匀后加入到双螺杆挤出机，在160-210℃的温度下与10-100重量份麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到麻纤维/聚丙烯复合材料。
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