CN103131141A - 一种植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料及其制备方法，由以下组分及重量份含量的原料制成：再生聚酯50-80％、聚烯烃10-20％，植物纤维颗粒5-30％、相容剂2-10％、扩链剂2-8％，抗氧剂0.2-1％、润滑剂0.2-2％，上述原料经熔融后经挤出造粒得到产品。本发明具有优异的性能(韧性、透明度等)且来源广泛，价格低廉，将其回收再利用，可以减少环境污染并节省资源，而植物纤维颗粒与许多无机及合成纤维相比有许多优点，如价廉、易得、密度低具有较高的拉伸强度和模量，加工能耗小，具有可再生性和生态环境相容性，对环境污染及人体危害小，符合生态环境要求，具有巨大的经济潜力，可用于汽车工业、室内装饰、电子电器及日常生活等领域。

Description

一种植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料及其制备方法，尤其是涉及一种植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚酯材料(如PC、PET、PBT等)是一类优异的工程塑料，具有良好的抗冲击性能和加工性能，具有较高的工业应用价值，因而被广泛地应用于光盘、一次性包装瓶、纺织品等行业。在给人们的生活带来便利的同时，也产生了大量的不可降解垃圾，造成环境污染日益严重。关于废旧PET饮料瓶、PC光盘料等的回收再利用，也日益引起了人们的关注，它不但可以减少环境污染，而且还可以节省资源，符合低碳环保。

而植物纤维颗粒与许多无机及合成纤维相比有许多优点，如价廉、易得、密度低具有较高的拉伸强度和模量，加工能耗小，具有可再生性和生态环境相容性，对环境污染及人体危害小，符合生态环境要求。

目前国内关于聚酯材料的回收利用，大多数还停留初期的回收再加工，这样的产品技术含量低，附加值不高，产品性能达不到使用要求，而且回收的聚酯材料在使用和加工过程中易发生降解，稳定性也得不到保证。有研究人员通过共混其他聚合物的方式或引入一些无机填充物，控制相态分布获得了一些性能比较优异的合金材料。

本专利所涉及的一种植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料，首先通过对聚酯材料进行扩链，增加了再生聚酯材料的分子链长度，改善材料加工性；其次引入植物纤维颗粒材料，通过特殊的加工工艺最大程度的保留了植物纤维颗粒的强度与韧性，通过添加合适的相容剂，改善了复合材料的力学性能，使复合材料的强度与韧性达到了有机平衡。与现有材料相比，植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料的原料价廉、易得；产品具有较好的力学性能，且材料密度低，加工能耗小，具有一定的生物可降解性和生态环境相容性，符合低碳环保的发展趋势，满足生态环境要求，因此具有巨大的经济潜力，可用于汽车工业、室内装饰、电子电器及日常生活等领域。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有优异的力学性能，材料密度低，加工能耗小的植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料，由以下组分及重量百分比含量的原料制成：

再生聚酯          50-80；

聚烯烃            10-20；

植物纤维颗粒      5-30；

扩链剂            2-8；

相容剂            2-10；

抗氧剂            0.2-1；

润滑剂            0.2-2。

所述的再生聚酯选自再生PET、PC或PBT中的一种或几种。

所述的聚烯烃为LLDPE、HDPE或LDPE中的一种。

所述的植物纤维颗粒为木粉、竹粉或稻/秸粉颗粒，颗粒粒径为100-800目，含水率低于2％。

所述的扩链剂为接枝率为8％以上的GMA接枝物。

所述的相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯和GMA接枝聚乙烯。

所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂复配。

所述的受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1010或245，所述的亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168。

所述的润滑剂选自脂肪酸皂盐类润滑剂、硅酮类润滑剂或低分子蜡中的一种或几种，所述的脂肪酸皂盐类润滑剂包括硬脂酸钙、硬脂酸锌、乙撑双脂肪酸酰胺或改性乙撑双脂肪酸酰胺。

一种植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照以下组分及重量百分比含量备料：再生聚酯50-80、聚烯烃10-20、植物纤维颗粒5-30、扩链剂2-8、相容剂2-10、抗氧剂0.2-1、润滑剂0.2-2；

(2)首先将聚烯烃、植物纤维颗粒、50wt％的抗氧剂、润滑剂、50wt％的相容剂混合均匀，后放入螺杆机中挤出造粒，控制螺杆机的转速为180-600rpm，温度为100-180℃；

(3)将步骤(2)得到的粒子与再生聚酯、剩余的相容剂和抗氧剂混合均匀；

(4)将混合好的原料放入螺杆挤出机中，控制螺杆机的转速为180-600rpm，温度为190-245℃，扩链剂从中前段由侧喂料喂入，熔融后经挤出造粒即可得到产品。

与现有技术相比，本发明通过独特的加工工艺，制备出的材料具有优异的力学性能，材料密度低，加工能耗小，具有一定的生物可降解性和生态环境相容性。原料由于采用了回收料，价廉、易得，符合低碳环保的发展趋势，满足生态环境要求；通过采用适当的扩链剂与相容剂进行化学改性，解决了回收聚酯料存在特性黏度低、流动稳定性差、脱模困难、力学性能差等问题；通过引入适当聚烯烃、相容剂经过独特的加工工艺，经化学改性，解决了植物纤维颗粒在高加工温度下容易炭化的问题，同时改善了植物纤维颗粒在聚酯中的分散及界面强度差的问题。因此本发明所制备的一种植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料具有巨大的经济潜力，可用于汽车工业、室内装饰、电子电器及日常生活等领域。

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1～4

一种植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料的制备方法，其原料组分及含量如表1所示：

表1

原料名称	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					再生PET	63	25	63	63
再生PC	0	38	0	0
					LLDPE	10	10	10	10
木粉(600目)	20	20	0	20
					木粉(80目)	0	0	20	0
扩链剂	3	3	3	3
					LLDPE-g-MAH	1	1	1	1
LLDPE-g-GMA	3	3	3	3
					抗氧剂	0.4	0.4	0.4	0.4
润滑剂	0.4	1.5	0.4	0.4

其中，扩链剂为带有GMA官能团的三元聚合物，GMA含量为8％；相容剂LLDPE-g-MAH接枝率为1％，LLDPE-g-GMA接枝率为1％；抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂复配；受阻酚类抗氧剂为抗氧剂245与1010，所述的亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168；润滑剂为TAF。

实施例1～3按照专利中所述的加工顺序及工艺进行制备，得到样品1～3，实施例4直接将原料按照配比混合均匀后直接挤出造粒，得到样品4。

对样品1～4进行性能测试对比，力学性能以ASTM标准测试，性能测试结果对照如表2。

表2

检测项目	检测条件	单位	样品1	样品2	样品3	样品4
							拉伸强度	50mm/min	Mpa	52.8	60.9	43.3	31.8
伸长率	50mm/min	％	9.2	11.5	6.7	5.6
							弯曲强度	2mm/min	Mpa	92.6	97.6	66.7	53.7
弯曲摸量	2mm/min	Mpa	3648.5	4145.4	3349.1	1977.8
							冲击强度	23℃	J/M	32.7	38.4	27.6	17.2
密度	23℃	g/cm3	1.426	1.416	1.439	1.437

实施例5

一种植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料，由以下组分及含量的原料制成：再生聚酯50kg、聚烯烃20kg、植物纤维颗粒9kg、扩链剂8kg、相容剂10kg、抗氧剂1kg、润滑剂2kg，其中，使用的再生聚酯为再生PET，聚烯烃为LLDPE，植物纤维颗粒为颗粒粒径为100目的竹粉颗粒，含水率低于2％，扩链剂为接枝率为8％以上的GMA接枝物，相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯和GMA接枝聚乙烯，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168复配，润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌和乙撑双脂肪酸酰胺的复配物。

植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料的制备方法包括以下步骤：

(1)首先按上述配比将聚烯烃、植物纤维颗粒、50wt％的抗氧剂、润滑剂、50wt％的相容剂混合均匀，后放入螺杆机中挤出造粒，控制螺杆机的转速为180rpm，温度为100℃；

(2)将步骤(1)得到的粒子与再生聚酯、剩余的相容剂和抗氧剂混合均匀；

(3)将混合好的原料放入螺杆挤出机中，控制螺杆机的转速为180rpm，温度为190℃，扩链剂从中前段由侧喂料喂入，熔融后经挤出造粒即可得到产品。

实施例6

一种植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料，由以下组分及含量的原料制成：再生聚酯80kg、聚烯烃10.4kg、植物纤维颗粒5kg、扩链剂2kg、相容剂2kg、抗氧剂0.2kg、润滑剂0.2kg，其中，使用的再生聚酯为再生PET和PBT的混合物，聚烯烃为HDPE，植物纤维颗粒为颗粒粒径为600目的秸粉颗粒，含水率低于2％，扩链剂为接枝率为8％以上的GMA接枝物，相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯和GMA接枝聚乙烯，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂245与亚磷酸酯类抗氧剂168复配，润滑剂为硅酮类润滑剂。

植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料的制备方法包括以下步骤：

(1)首先按上述配比将聚烯烃、植物纤维颗粒、50wt％的抗氧剂、润滑剂、50wt％的相容剂混合均匀，后放入螺杆机中挤出造粒，控制螺杆机的转速为400rpm，温度为150℃；

(2)将步骤(1)得到的粒子与再生聚酯、剩余的相容剂和抗氧剂混合均匀；

(3)将混合好的原料放入螺杆挤出机中，控制螺杆机的转速为300rpm，温度为220℃，扩链剂从中前段由侧喂料喂入，熔融后经挤出造粒即可得到产品。

实施例7

一种植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料，由以下组分及含量的原料制成：再生聚酯80kg、聚烯烃10.4kg、植物纤维颗粒5kg、扩链剂2kg、相容剂2kg、抗氧剂0.2kg、润滑剂0.2kg，其中，使用的再生聚酯为再生PC，聚烯烃为LDPE，植物纤维颗粒为颗粒粒径为800目的稻粉颗粒，含水率低于2％，扩链剂为接枝率为8％以上的GMA接枝物，相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯和GMA接枝聚乙烯，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂245与亚磷酸酯类抗氧剂168复配，润滑剂为低分子蜡润滑剂。

植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)首先按上述配比将聚烯烃、植物纤维颗粒、50wt％的抗氧剂、润滑剂、50wt％的相容剂混合均匀，后放入螺杆机中挤出造粒，控制螺杆机的转速为600rpm，温度为180℃；

(2)将步骤(1)得到的粒子与再生聚酯、剩余的相容剂和抗氧剂混合均匀；

(3)将混合好的原料放入螺杆挤出机中，控制螺杆机的转速为600rpm，温度为245℃，扩链剂从中前段由侧喂料喂入，熔融后经挤出造粒即可得到产品。

Claims (10)

1.一种植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料，其特征在于，该复合材料由以下组分及重量百分比含量的原料制成：

再生聚酯        50-80；

聚烯烃          10-20；

植物纤维颗粒    5-30；

扩链剂          2-8；

相容剂          2-10；

抗氧剂          0.2-1；

润滑剂          0.2-2。

2.根据权利要求1所述的一种植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料，其特征在于，所述的再生聚酯选自再生PET、PC或PBT中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料，其特征在于，所述的聚烯烃为LLDPE、HDPE或LDPE中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料，其特征在于，所述的植物纤维颗粒为木粉、竹粉或稻/秸粉颗粒，颗粒粒径为100-800目，含水率低于2％。

5.根据权利要求1所述的一种植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料，其特征在于，所述的扩链剂为接枝率为8％以上的GMA接枝物。

6.根据权利要求1所述的一种植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料，其特征在于，所述的相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯和GMA接枝聚乙烯。

7.根据权利要求1所述的一种植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂复配。

8.根据权利要求7所述的一种植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料，其特征在于，所述的受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1010或245，所述的亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168。

9.根据权利要求1所述的一种植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料，其特征在于，所述的润滑剂选自脂肪酸皂盐类润滑剂、硅酮类润滑剂或低分子蜡中的一种或几种，所述的脂肪酸皂盐类润滑剂包括硬脂酸钙、硬脂酸锌、乙撑双脂肪酸酰胺或改性乙撑双脂肪酸酰胺。

10.一种如权利要求1所述的植物纤维颗粒填充再生聚酯复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)按照以下组分及重量百分比含量备料：再生聚酯50-80、聚烯烃10-20、植物纤维颗粒5-30、扩链剂2-8、相容剂2-10、抗氧剂0.2-1、润滑剂0.2-2；

(2)首先将聚烯烃、植物纤维颗粒、50wt％的抗氧剂、润滑剂、50wt％的相容剂混合均匀，后放入螺杆机中挤出造粒，控制螺杆机的转速为180-600rpm，温度为100-180℃；

(3)将步骤(2)得到的粒子与再生聚酯、剩余的相容剂和抗氧剂混合均匀；

(4)将混合好的原料放入螺杆挤出机中，控制螺杆机的转速为180-600rpm，温度为190-245℃，扩链剂从中前段由侧喂料喂入，熔融后经挤出造粒即可得到产品。