CN103642106B - 一种再生聚烯烃/植物纤维复合发泡材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种再生聚烯烃/植物纤维复合发泡材料及其制备方法，该材料是由包括如下重量份的组分制备而成：再生聚烯烃基体树脂100份，改性植物纤维0.5‑10份，交联剂0.8‑2份，助交联剂0.5‑1.5份，发泡剂为0.5‑10份，氧化锌2‑5份，硬脂酸0.5‑2份，无机填料0‑20份；将再生聚烯烃树脂和改性植物纤维、交联剂、助交联剂、氧化锌、硬脂酸、无机填料等先分散均匀，再熔融混合，最后加入发泡剂塑炼均匀，预压成型，预成型的物料可以进行自由发泡和平板硫化机中模压发泡。本发明制备的发泡材料具有质轻、优良的弹性和较好的力学性能，充分开发了废旧聚烯烃材料的资源价值，大大降低材料生产成本，可应用于建筑、缓冲衬垫和吸声降噪等领域。

Description

一种再生聚烯烃/植物纤维复合发泡材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种发泡材料及其成型方法，具体涉及一种再生聚烯烃/植物纤维复合发泡材料及其制备方法。
背景技术
随着我国塑料工业的发展, 大量的塑料废弃物随之产生。我国每年产生的废弃塑料量约为1 400万吨左右, 它们不能够自然分解、不腐烂，已成为瞩目的社会问题。废塑料的回收再生利用能够将工业垃圾变成极有价值的工业生产原料，实现了资源再生循环利用，具有不可忽略的潜在意义。目前世界各国对废塑料的回收再生利用方法都很关注和支持，在工业发达国家的固体废弃物中，废塑料约占4%~ 10%或10%~20%。而聚烯烃(主要是PE和PP) 占有相当大的比例，其具有回收利用价值高、耐老化性较好等特点。
现代高分子泡沫材料是以橡胶、塑料、弹性体等高聚物为基体材料，通过化学或者物理发泡方法使得材料内部分布大量泡孔的材料。相对于其他高分子材料，泡沫材料以其密度低、防噪音、热绝缘性能好、缓冲减震性优良、机械性能优异和价格低廉等优点，在包装、建筑、石油化工、汽车和家电等行业上的使用范围越来越广。
植物纤维是自然界最为丰富的天然高分子材料，自然界中每年生长的纤维素(以天然植物纤维的形式存在)总量多达千亿吨，远远超过了地球上现已探明的石油总储量。植物纤维作为一种数量庞大且可再生的自然资源，如何发挥植物纤维各种优势，从而找到更为有效的利用方式和更广阔的应用领域，这是人们现阶段的研究热点。植物纤维的比强度接近玻璃纤维，比模量甚至超过玻璃纤维。
综上所述，鉴于废旧聚烯烃材料的资源价值和植物纤维的可再生性，如果开发一种再生聚烯烃树脂/植物纤维复合发泡材料，这显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种再生聚烯烃/植物纤维复合发泡材料及其制备方法，这种发泡材料的基体是再生的废旧聚烯烃材料，再生聚烯烃基体树脂为回收的塑料经分类、清洗、破碎经熔融造粒得到，具体包括低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、等规聚丙烯、无规聚丙烯、丙烯-乙烯无规共聚物、丙烯-乙烯嵌段共聚物中的一种或几种。这种发泡体系中还有植物纤维，可以是制浆制得的新鲜植物纤维也可以是废纸回收处理得到的废旧纸浆植物纤维，植物纤维在共混前需要进行表面处理，采用先碱处理再偶联剂处理的复合工艺，改善植物纤维与热塑性聚烯烃材料的界面相容性，充分发挥二者的优势，制备性能优良的复合发泡材料。
为了实现本发明的目的，发明人通过大量试验研究和探索，最终获得了如下技术方案：
一种再生聚烯烃/植物纤维复合发泡材料，由包括如下重量份的组分制备而成：再生聚烯烃基体树脂100份，改性植物纤维0.5-10份，交联剂0.8-2份，助交联剂0.5-1.5份，发泡剂为0.5-10份，氧化锌2-5份，硬脂酸0.5-2份，无机填料0-20份。
优选地，如上所述的再生聚烯烃/植物纤维复合发泡材料，其中由如下重量份的组分制备而成：再生聚烯烃基体树脂100份，改性植物纤维2-5份，交联剂1.2-2.5份，助交联剂0.8-1.2份，发泡剂为2-8份，氧化锌2.0-2.5份，硬脂酸1.0-1.2份，无机填料5-10份。
进一步优选地，如上所述的再生聚烯烃/植物纤维复合发泡材料，其中所述的再生聚烯烃基体树脂为回收的塑料经分类、清洗及破碎后熔融造粒得到，选自低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯和丙烯-乙烯共聚物中的一种或几种。
进一步优选地，如上所述的再生聚烯烃/植物纤维复合发泡材料，其中所述的改性植物纤维是植物纤维原料经过碱和偶联剂复合处理后得到。
再进一步优选地，如上所述的再生聚烯烃/植物纤维复合发泡材料，其中所述的植物纤维原料是制浆过程生产的新鲜纸浆纤维或废纸纸浆纤维。
再进一步优选地，如上所述的再生聚烯烃/植物纤维复合发泡材料，其中所述的改性植物纤维按如下方法制备而成：将植物纤维原料浸渍于40-80℃的2-10%（w/v）的氢氧化钠水溶液中0.5-4小时，再将植物纤维浸渍于60-80℃的1-5%（w/v）的偶联剂溶液0.2-3小时，使纸浆纤维同偶联剂进行反应，所述的偶联剂为硅烷、钛酸酯和铝酸酯偶联剂中的一种或多种。
再进一步优选地，如上所述的再生聚烯烃/植物纤维复合发泡材料，其中所述的交联剂为过氧化二异丙苯，所述的助交联剂为二乙烯基苯或双马来酸二丙烯酯，所述的发泡剂为偶氮二甲酰胺，所述的无机填料为云母粉、碳酸钙粉和二氧化硅的一种或多种。
本发明提供的上述再生聚烯烃/植物纤维复合发泡材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
1）将回收的塑料经分类，清洗，破碎，然后熔融造粒，得再生聚烯烃基体树脂，备用；
2）将植物纤维原料浸渍于40-80℃的2-10%（w/v）的氢氧化钠水溶液中0.5-4小时，再将植物纤维浸渍于60-80℃的1-5%（w/v）的偶联剂溶液0.2-3小时，使纸浆纤维同偶联剂进行反应，得改性植物纤维，备用；
3）将再生聚烯烃基体树脂、改性植物纤维、交联剂、助交联剂、氧化锌、硬脂酸和无机填料在高速混合机中分散均匀；
4）将步骤3）混合好的物料加入到开炼机或密炼机中进行塑炼，在150-180℃下熔融混合5-10分钟，然后加入发泡剂塑炼3-10分钟，物料混合均匀，得到共混料；
5）将步骤4）的共混料在160℃下的模具中加压5-10MPa，采用平板硫化机进行预成型；
6）将步骤5）预成型的共混料放入恒温鼓风干燥箱，在180-190℃下自由发泡5-15分钟，或将预成型的共混料放在平板硫化机中，在180-190℃和5-15 MPa下模压发泡6-15分钟。
优选地，如上所述的再生聚烯烃/植物纤维复合发泡材料的制备方法，其中所述的交联剂为过氧化二异丙苯，所述的助交联剂为二乙烯基苯或双马来酸二丙烯酯，所述的发泡剂为偶氮二甲酰胺，所述的无机填料为云母粉、碳酸钙粉和二氧化硅的一种或多种，所述的偶联剂为硅烷、钛酸酯和铝酸酯偶联剂中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明涉及的再生聚烯烃/植物纤维复合发泡材料及其制备方法具有以下优点和显著的进步：
（1）这种发泡材料的基体是再生的废旧聚烯烃材料，再生聚烯烃基体树脂为回收的塑料经分类、清洗、破碎经熔融造粒得到，具体包括低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、丙烯-乙烯共聚物中的一种或几种的任意混合，显著降低了材料的生产成本。
（2）复合发泡材料中有植物纤维，可以是制浆制得的新鲜植物纤维也可以是废纸回收处理得到的废旧纸浆植物纤维，植物纤维在共混前需要进行表面处理，并采用先碱处理再偶联剂处理的复合工艺，改善了植物纤维与热塑性聚烯烃材料的界面相容性。
总之，本发明涉及的再生聚烯烃树脂/植物纤维复合发泡材料充分利用了废旧聚烯烃材料的资源价值和植物纤维的可再生性，符合国家可持续发展战略。再生聚烯烃树脂/植物纤维复合发泡材料是柔性纸纤维素集束和多孔结构改性再生聚烯烃基体的三维支架复合体系泡沫材料，植物纤维具有一定的长径比，在塑料基体中分布缠结，有利于提高聚合物熔体强度，有利于泡孔成核和生长，通过控制孔密度、孔径大小和孔分布可得到性能优良的复合发泡材料。再生聚烯烃树脂/植物纤维复合发泡材料具有质轻、优良的弹性和较好的机械性能，充分开发了废旧聚烯烃材料的资源价值，大大降低材料生产成本，可应用于建筑、缓冲衬垫和吸声降噪等领域。
附图说明
图为本发明制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
本发明的制备工艺主要包括如下步骤：
1、植物纤维表面修饰
对植物纤维进行表面修饰采用碱处理和偶联剂处理相结合的方法，改善聚烯烃和植物纤维的相容性。碱处理除去植物纤维表面的果胶以及其它杂质，增加植物纤维的长径比，同时使纤维表面粗糙，增大植物纤维与塑料基体的接触面积。先碱处理再偶联剂处理，对植物纤维进行表面修饰，如利用硅烷偶联剂处理植物纤维，使得植物纤维表面的羟基（-OH）与硅氧烷水解后产成的硅羟基（SiOH）反应，得到改性植物纤维，增加和聚合物基体有较好的相容性。然后使硅烷另一端的不饱和双键（或官能团）在一定条件下与聚烯烃发生接枝共聚反应，从而将纤维与高分子链通过共价键连接起来，达到改善纸浆纤维表面增强界面作用的目的。偶联剂也包括采用钛酸酯、铝酸酯等偶联剂对植物纤维进行表面偶联剂处理。
2、将再生聚烯烃树脂和改性植物纤维、交联剂过氧化二异丙苯(DCP)、助交联剂二乙烯基苯（DVB）或双马来酸二丙烯酯（DAM）、氧化锌，硬脂酸、无机填料（云母粉、碳酸钙粉、二氧化硅）等先在高速混合机中分散均匀。
3、将混合好的物料加入到开炼机或密炼机中进行塑炼在150-180℃下熔融混合5-10分钟，最后加入发泡剂偶氮二甲酰胺（AC）塑炼3-10分钟，物料混合均匀，得到共混料。
4、将共混料在160℃下模具中加压5-10MPa，采用平板硫化机模压3-5分钟进行预成型。
5、将预成型的共混料放入恒温鼓风干燥箱在180-190℃下自由发泡5-15分钟，或将预成型的共混料放在平板硫化机中温度180-190℃和压力5-15 MPa下模压发泡6-15分钟。
以下通过实施例形式对本发明的上述内容再作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
将植物纤维浸渍于40℃的2%的氢氧化钠水溶液中3小时，过滤分离植物纤维，将碱处理的植物纤维浸渍于60℃的3%硅烷偶联剂溶液1.5小时，使纸浆纤维同偶联剂进行反应，过滤、去离子水洗涤得到改性植物纤维。
将再生低密度聚乙烯树脂100份、改性植物纤维2份、交联剂过氧化二异丙苯(DCP) 1.2份、助交联剂二乙烯基苯（DVB）0.8份、氧化锌2份，硬脂酸1.0份、无机填料云母粉5份等先在高速混合机中分散均匀。将混合好的物料加入到密炼机中进行塑炼在150℃下熔融混合5分钟，最后加入发泡剂偶氮二甲酰胺（AC）2份，塑炼5分钟，物料混合均匀，得到共混料。将混炼好的共混料在160℃下模具中加压5MPa，时间为3分钟，采用平板硫化机进行预成型。将预成型的共混料放在平板硫化机中温度180℃和压力10 MPa下模压发泡8分钟，得到再生聚烯烃树脂/植物纤维复合发泡材料，密度为0.28g/cm3，
实施例2
将植物纤维浸渍于60℃的4%的氢氧化钠水溶液中1小时，过滤分离植物纤维，将碱处理的植物纤维浸渍于60℃的2%硅烷偶联剂溶液2小时，使纸浆纤维同偶联剂进行反应，过滤、去离子水洗涤得到改性植物纤维。
将再生聚丙烯树脂100份、改性植物纤维3份、交联剂过氧化二异丙苯(DCP) 2份、助交联剂二乙烯基苯（DVB）1.0份、氧化锌2.5份，硬脂酸1.2份、无机填料云母粉10份等先在高速混合机中分散均匀。将混合好的物料加入到密炼机中进行塑炼在180℃下熔融混合5分钟，最后加入发泡剂偶氮二甲酰胺（AC）5份，塑炼5分钟，物料混合均匀，得到共混料。将混炼好的共混料在160℃下模具中加压8MPa，时间为5分钟，采用平板硫化机进行预成型。将预成型的共混料放在平板硫化机中温度190℃和压力10MPa下模压发泡12分钟，得到再生聚烯烃树脂/植物纤维复合发泡材料，密度为0.15g/cm3。
实施例3
将植物纤维浸渍于60℃的8%的氢氧化钠水溶液中0.5小时，过滤分离植物纤维，将碱处理的植物纤维浸渍于60℃的4%硅烷偶联剂溶液1小时，使纸浆纤维同偶联剂进行反应，过滤、去离子水洗涤得到改性植物纤维。
将再生聚丙烯树脂70份、再生聚乙烯树脂30份、改性植物纤维5份、交联剂过氧化二异丙苯(DCP) 2.5份、助交联剂二乙烯基苯（DVB）1.2份、氧化锌2.5份，硬脂酸1.2份、无机填料碳酸钙粉10份等先在高速混合机中分散均匀。将混合好的物料加入到密炼机中进行塑炼，170℃下熔融混合5分钟，最后加入发泡剂偶氮二甲酰胺（AC）8份，塑炼5分钟，物料混合均匀，得到共混料。将混炼好的共混料在160℃下模具中加压8MPa，时间为5分钟，采用平板硫化机进行预成型。将预成型的共混料放在平板硫化机中温度190℃和压力10 MPa下模压发泡12分钟，得到再生聚烯烃树脂/植物纤维复合发泡材料，密度为0.11g/cm3。

Claims (3)

1.一种再生聚烯烃/植物纤维复合发泡材料，其特征在于：由包括如下重量份的组分制备而成：再生聚烯烃基体树脂100份，改性植物纤维0.5-10份，交联剂0.8-2份，助交联剂0.5-1.5份，发泡剂为0.5-10份，氧化锌2-5份，硬脂酸0.5-2份，无机填料0-20份；
所述的改性植物纤维是植物纤维原料经过碱和偶联剂复合处理后得到，制备方法如下：将植物纤维原料浸渍于40-80℃的质量体积百分数为2-10%的氢氧化钠水溶液中0.5-4小时，再将植物纤维浸渍于60-80℃的质量体积百分数为1-5%的偶联剂溶液0.2-3小时，使纸浆纤维同偶联剂进行反应，所述的偶联剂为硅烷、钛酸酯和铝酸酯偶联剂中的一种或多种；
所述的交联剂为过氧化二异丙苯，所述的助交联剂为二乙烯基苯或双马来酸二丙烯酯，所述的发泡剂为偶氮二甲酰胺，所述的无机填料为云母粉、碳酸钙粉和二氧化硅的一种或多种；
所述的植物纤维原料是制浆过程生产的新鲜纸浆纤维或废纸纸浆纤维。
2.根据权利要求1所述的再生聚烯烃/植物纤维复合发泡材料，其特征在于：所述的再生聚烯烃基体树脂为回收的塑料经分类、清洗及破碎后熔融造粒得到，选自低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯和丙烯-乙烯共聚物中的一种或几种。
3.一种根据权利要求1所述的再生聚烯烃/植物纤维复合发泡材料的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1）将回收的塑料经分类，清洗，破碎，然后熔融造粒，得再生聚烯烃基体树脂，备用；
2）将植物纤维原料浸渍于40-80℃的质量体积百分数为2-10%的氢氧化钠水溶液中0.5-4小时，再将植物纤维浸渍于60-80℃的质量体积百分数为1-5%的偶联剂溶液0.2-3小时，使植物纤维同偶联剂进行反应，得改性植物纤维，备用；
3）将再生聚烯烃基体树脂、改性植物纤维、交联剂、助交联剂、氧化锌、硬脂酸和无机填料在高速混合机中分散均匀；
4）将步骤3）混合好的物料加入到开炼机或密炼机中进行塑炼，在150-180℃下熔融混合5-10分钟，然后加入发泡剂塑炼3-10分钟，物料混合均匀，得到共混料；
5）将步骤4）的共混料在160℃下的模具中加压5-10MPa，采用平板硫化机进行预成型；
6）将步骤5）预成型的共混料放入恒温鼓风干燥箱，在180-190℃下自由发泡5-15分钟，或将预成型的共混料放在平板硫化机中，在180-190℃和5-15 MPa下模压发泡6-15分钟。
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