CN103146054B - 一种改性黄麻纤维增强聚丙烯及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于改性聚丙烯技术领域，涉及一种改性黄麻纤维增强聚丙烯及其制备方法。该产品由包括以下重量份的组分制成：聚丙烯100份，改性黄麻纤维10-80份，纳米碳酸钙5-15份，增韧剂5-15份，助剂0-10份。本发明中所应用的改性黄麻纤维与聚丙烯相容性较好，提高了改性黄麻纤维增强聚丙烯的力学性能；同时采用纳米碳酸钙与增韧剂复配对其进行改性，获得了成本低、刚度高、韧性好的复合材料。
Description
技术领域
本发明属于改性聚丙烯技术领域，涉及一种改性黄麻纤维增强聚丙烯及其制备方法。
背景技术
天然麻纤维可以部分替代玻璃纤维、碳纤维用来对聚丙烯进行增强改性。不同之处在于：玻璃纤维、碳纤维是人造制得，制备方法复杂，且会对自然界产生污染；而天然麻纤维是一种绿色、环保的自然资源，是一种可持续利用的资源。
黄麻纤维是众多天然麻纤维中的一种，与苎麻纤维、亚麻纤维相比，黄麻纤维的成本低很多。
用黄麻纤维对聚丙烯进行改性的时候，无法避免的一个问题是：二者的相容性不好，导致黄麻纤维聚丙烯复合材料的冲击强度大幅下降。
中国专利CN102229717B公开了一种稀土硅油改性麻纤维/聚丙烯或聚丙烯合金复合材料，此发明采用稀土硅油改善了麻纤维与聚丙烯之间的相容性，但并未改善麻纤维/聚丙烯复合材料的冲击韧性，且稀土硅油改性麻纤维的制备过程复杂，不利于工业化。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有的技术缺陷提供一种改性黄麻纤维增强聚丙烯及其制备方法，本发明中的聚丙烯具有优良的冲击强度，且黄麻纤维的改性方法简单易行，适于工业化生产。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种改性黄麻纤维增强聚丙烯，由包括以下重量份的组份制成：
所述的改性黄麻纤维的制备方法包括以下步骤：首先按照NaOH和蒸馏水的质量比1：9配置10%NaOH溶液；将黄麻纤维完全浸泡在上述10%NaOH溶液中浸泡45min后取出，置于100℃烘箱中烘2h，取出即得到改性黄麻纤维。
所述的纳米碳酸钙的直径为0.06-0.09μm。
所述的增韧剂选自聚烯烃弹性体、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。
所述的助剂选自抗氧剂、光稳剂或润滑剂中的一种或一种以上。
所述的抗氧剂由主抗氧剂和副抗氧剂组成，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，副抗氧剂选自三（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。
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。
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。
一种上述改性黄麻纤维增强聚丙烯的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）按上述配比，称取以下重量份的原料：100份聚丙烯、5-15份纳米碳酸钙、5-15份份增韧剂及0-10份助剂；
（2）然后在高速混合机中混合3min后加入到双螺杆挤出机，与10-80重量份改性黄麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到改性黄麻纤维增强聚丙烯。
所述的步骤（2）的混炼温度为160-210℃。
与现有技术相比，本发明有以下优点：
1、改性黄麻纤维与聚丙烯相容性较好，改性黄麻纤维增强聚丙烯具有优良的力学性能；
2、在刚性与韧性之间，黄麻纤维/聚丙烯复合材料往往只能拥有其一；本发明采用纳米碳酸钙与增韧剂复配的方式对黄麻纤维/聚丙烯复合材料进行改性，使其具有了较高的刚性与韧性；
3、与亚麻纤维增强聚丙烯、苎麻纤维增强聚丙烯相比，黄麻纤维增强聚丙烯成本更低。
具体实施方式
表1列举了常见的五种麻纤维的规格及价格，可以看出价格：亚麻>大麻>苎麻>剑麻>黄麻，也就是说：改性黄麻纤维增强聚丙烯与其他麻纤维增强聚丙烯相比，更加经济，成本更低。
表1各种麻纤维的规格及价格
表2列举了实施例中所用的原材料信息，除特殊说明外，实施例中各组分都为重量份。
表2原材料一览表
下列实施例中的改性黄麻纤维的制备为：
（1）按照NaOH和蒸馏水的质量比1：9配置10%NaOH溶液；
（2）将黄麻纤维完全浸泡在步骤（1）得到的10%NaOH溶液中，浸泡45min后取出，置于100℃烘箱中烘2h，取出即得到所述的改性黄麻纤维。
实施例1
（1）按重量份称取100份聚丙烯、5份纳米碳酸钙、5份增韧剂POE；
（2）在高速混合中混合3min后加入到双螺杆挤出机，在160-210℃的温度下与10重量份改性黄麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到本发明所述的改性黄麻纤维增强聚丙烯，注塑打样，性能测试结果见表3。
对比例1
按重量份称取100份聚丙烯、5份份增韧剂POE在高速混合中混合3min后加入到双螺杆挤出机，在160-210℃的温度下与10重量份改性黄麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到现有技术改性黄麻纤维增强聚丙烯，注塑打样，性能测试结果见表3。
实施例2
（1）按重量份称取100份聚丙烯、10份纳米碳酸钙、10份增韧剂EVA
（2）然后在高速混合中混合3min后加入到双螺杆挤出机，在160-210℃的温度下与40重量份改性黄麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到本发明所述的改性黄麻纤维增强聚丙烯，注塑打样，性能测试结果见表3。
对比例2
按重量份称取100份聚丙烯、10份份增韧剂EVA在高速混合中混合3min后加入到双螺杆挤出机，在160-210℃的温度下与40重量份改性黄麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到现有技术改性黄麻纤维增强聚丙烯，注塑打样，性能测试结果见表3。
表3实施例1-2力学性能测试结果（测试标准：ASTM）
| 拉伸强度MPa | 弯曲强度MPa | 简支梁缺口冲击强度KJ/m2 | |
| 实施例1 | 35.2 | 54.1 | 12.5 |
| 对比例1 | 31.2 | 48.8 | 12.3 |
| 实施例2 | 39.8 | 66.2 | 18.3 |
| 对比例2 | 32.1 | 52.3 | 18.6 |
可以看出：现有技术采用EVA或者POE对改性黄麻纤维增强聚丙烯进行增韧时，韧性虽然大幅增加，但是拉伸强度、弯曲强度却变化很小；而本发明所得的改性黄麻纤维增强聚丙烯不仅具有较高的韧性，而且具有较高的强度，是一种刚韧共存的新材料。
实施例3
（1）按重量份称取100份聚丙烯、15份纳米碳酸钙、15份增韧剂EPDM；
（2）然后在高速混合中混合3min后加入到双螺杆挤出机，在160-210℃的温度下与80重量份改性黄麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到本发明所述的改性黄麻纤维增强聚丙烯，注塑打样，性能测试结果见表4。
实施例4
（1）按重量份称取100份聚丙烯、10份纳米碳酸钙、10份增韧剂POE、1份主抗氧剂1010、2份副抗氧剂168；
（2）然后在高速混合中混合3min后加入到双螺杆挤出机，在160-210℃的温度下与80重量份改性黄麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到本发明所述的改性黄麻纤维增强聚丙烯，注塑打样，性能测试结果见表4。
实施例5
（1）按重量份称取100份聚丙烯、10份纳米碳酸钙、10份增韧剂POE、1份主抗氧剂1010、2份副抗氧剂168、2份光稳剂OPS；
（2）然后在高速混合中混合3min后加入到双螺杆挤出机，在160-210℃的温度下与80重量份改性黄麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到本发明所述的改性黄麻纤维增强聚丙烯，注塑打样，性能测试结果见表4。
实施例6
（1）按重量份称取100份聚丙烯、10份纳米碳酸钙、10份增韧剂POE、1份主抗氧剂1010、2份副抗氧剂168、2份光稳剂OPS、2份内润滑剂硬脂酸钠、2份外润滑剂液体石蜡；
（2）然后在高速混合中混合3min后加入到双螺杆挤出机，在160-210℃的温度下与80重量份改性黄麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到本发明所述的改性黄麻纤维增强聚丙烯，注塑打样，性能测试结果见表4。
实施例7
（1）按重量份称取100份聚丙烯、10份纳米碳酸钙、10份增韧剂POE、2份主抗氧剂1010、2份副抗氧剂1098、2份光稳剂UV-120、2份内润滑剂芥酸酰胺、2份外润滑剂聚乙烯蜡；
（2）然后在高速混合中混合3min后加入到双螺杆挤出机，在160-210℃的温度下与80重量份改性黄麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到本发明所述的改性黄麻纤维增强聚丙烯，注塑打样，性能测试结果见表4。
表4实施例3-7力学性能测试结果（测试标准：ASTM）
| 拉伸强度MPa | 弯曲强度MPa | 简支梁缺口冲击强度KJ/m2 | |
| 实施例3 | 43.3 | 75.8 | 26.7 |
| 实施例4 | 38.8 | 66.8 | 18.6 |
| 实施例5 | 39.3 | 68.0 | 18.1 |
| 实施例6 | 37.9 | 66.9 | 18.7 |
| 实施例7 | 37.8 | 66.6 | 18.5 |
可以表4中看出，本发明所述的改性黄麻纤维增强聚丙烯拉伸强度、弯曲强度、简支梁缺口冲击强度均较高，力学性能优良。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用本发明。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 (5)
1.一种改性黄麻纤维增强聚丙烯，其特征在于：由包括以下重量份的组分制成：
所述的改性黄麻纤维的制备方法包括以下步骤：首先按照NaOH和蒸馏水的质量比1：9配置10％NaOH溶液；将黄麻纤维完全浸泡在上述10％NaOH溶液中浸泡45min后取出，置于100℃烘箱中烘2h，取出即得到改性黄麻纤维；
所述的增韧剂选自聚烯烃弹性体、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；
所述的纳米碳酸钙的直径为0.06-0.09μm；
所述的助剂选自润滑剂，或润滑剂与抗氧剂或光稳剂中的一种或一种以上；
所述的润滑剂为2份内润滑剂硬脂酸钠和2份外润滑剂液体石蜡，或者为2份内润滑剂芥酸酰胺和2份外润滑剂聚乙烯蜡。
2.根据权利要求1所述的改性黄麻纤维增强聚丙烯，其特征在于：所述的抗氧剂由主抗氧剂和副抗氧剂组成，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；副抗氧剂选自三(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。
3.根据权利要求1所述的改性黄麻纤维增强聚丙烯，其特征在于：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。
4.一种权利要求1-3中任一所述的改性黄麻纤维增强聚丙烯的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)按权利要求1所述的配比，称取以下重量份的原料：100份聚丙烯、5-15份纳米碳酸钙、5-15份增韧剂及4-10份助剂；
(2)然后在高速混合机中混合3min后加入到双螺杆挤出机，与10-80重量份改性黄麻纤维一起混炼、挤出、造粒，得到改性黄麻纤维增强聚丙烯。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)的混炼温度为160-210℃。
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