CN105153545B - 一种聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料，以重量百分数计，由以下组分组成：聚丙烯均聚物85～94.5％、马来酸酐接枝聚丙烯5％和细菌纤维素0.5～10％。本发明通过双螺杆挤出机将聚丙烯均聚物、马来酸酐接枝聚丙烯与细菌纤维素共混，所得聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料复合材料的拉伸强度与纯聚丙烯相比提高约16％，冲击强度与纯聚丙烯相比有提高约25％，复合材料的拉伸模量与纯聚丙烯相比提高约22％。

Description

一种聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料及其 制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种聚丙烯复合材料，特别涉及一种聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(iPP)作为五大通用塑料之一，是第一个实现工业化的合成立体规整聚合物。由于聚丙烯立体结构规整，可用注塑、挤塑、吹塑和中空成型等方法进行加工，并且具有质轻、耐磨、强度高、疏水性好等优异性能。广泛应用于纺织、包装、汽车等行业。但是传统的聚丙烯由于脆化温度高，抗冲击性能差等缺点，在很大程度上限制了其应用。
利用天然环保材料改性聚丙烯的性能，包括植物纤维、棉纤维，纤维素类物质等，是获取低成本高性能聚丙烯的有效途径。尤其是植物纤维与聚丙烯等热塑性树脂复合后，具有廉价、无毒无害、力学性能良好等优点。但植物纤维本身的不均匀性等缺点是该类复合材料的技术瓶颈。
细菌纤维素(BC)是区别于传统植物纤维素的一种新型高分子化合物，是由超细纤维组成的超细纤维网，具有人工可控合成，高纯度，高结晶度，高聚合度，力学性能好，生物可降解以及具备一定的孔径和孔隙率等优点。基于上述优点，使细菌纤维素作为改性剂制备高性能聚丙烯复合材料成为可能。
为了提高细菌纤维素与聚丙烯基体的相容性使其可以在聚丙烯基体中均匀分散，需要对细菌纤维素进行预处理。通常，处理方法有相容剂处理，偶联剂处理、酯化改性等。通过相应处理，可以显著提高复合材料的各类性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高力学性能的聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料。
本发明的另一目的在于采用马来酸酐接枝聚丙烯(MA-g-PP)作为相容剂，通过双螺杆挤出机共混，使得细菌纤维素均匀分散于聚丙烯均聚物基体中，以提供一种力学性能优异的聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料的制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：一种聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料，以重量百分数计，由以下组分组成：聚丙烯均聚物85～94.5％、马来酸酐接枝聚丙烯5％和细菌纤维素粉末0.5～10％。采用马来酸酐接枝聚丙烯作为相容剂，可以使细菌纤维素在聚丙烯基体中均匀分散，从而提高聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料的力学性能。
优选地，所述细菌纤维素粒径为20～200nm，所述聚丙烯均聚物的重均分子量为20～40万。
优选地，一种聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料，以重量百分数计，由以下组分组成：聚丙烯均聚物90％、马来酸酐接枝聚丙烯5％和细菌纤维素粉末5％。当细菌纤维素重量百分数为5％时，所得聚丙烯/细菌纤维素复合材料的拉伸强度和冲击强度显著提高，超过5％时复合材料的拉伸强度和冲击强度又有一定程度的下降；随着细菌纤维素在聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料中的含量增大，所得聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料的拉伸模量显著提高。
优选地，细菌纤维素粉末的制备步骤是：将细菌纤维素用大量去离子水洗涤至中性，放入冷冻干燥机中干燥12～24h，用球磨机粉碎、过筛，得到细菌纤维素粉末。由于细菌纤维素制成粉末更利于与聚丙烯共混，达到充分混合，因此，可将细菌纤维素制成粉末来与聚丙烯混合制聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料。
一种聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料的制备方法，包括如下步骤：分别取85～94.5％的聚丙烯均聚物、5％的马来酸酐接枝聚丙烯和0.5～10％的细菌纤维素粉末，混合均匀得到混合物，然后将所述混合物用双螺杆挤出机在温度为170～220℃下进行熔融共混挤出、造粒、在注塑机中注塑，即得聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料。
优选地，所述细菌纤维素粉末粒径为20～200nm，所述聚丙烯均聚物的重均分子量为20～40万。
本发明的有益效果是：本发明通过双螺杆挤出机将聚丙烯均聚物、马来酸酐接枝聚丙烯与细菌纤维素共混，相容剂马来酸酐接枝聚丙烯大大的改善了复合材料的界面相容性，所得的聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料复合材料的拉伸强度与纯聚丙烯相比提高约16％，冲击强度与纯聚丙烯相比有提高约25％，复合材料的拉伸模量与纯聚丙烯相比提高约22％。
附图说明
附图1：实施例1～5制备的聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料的拉伸强度与对比例制备的聚丙烯/细菌纤维素复合材料的拉伸强度随细菌纤维素含量的对比图；
附图2：实施例1～5制备的聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料的拉伸模量与对比例制备的聚丙烯/细菌纤维素复合材料的拉伸模量随细菌纤维素含量的对比图；
附图3：实施例1～5制备的聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料的冲击强度与对比例制备的聚丙烯/细菌纤维素复合材料的冲击强度随细菌纤维素含量的对比图。
具体实施方式
下面结合具体实例，进一步阐明本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
除特别说明，本发明使用的原料、试剂和设备为本技术领域常规市购，本发明采用的方法为本技术领域常规使用的方法。
其中，聚丙烯均聚物由北京燕山石油化工有限公司提供，其牌号为S1003，聚丙烯均聚物的重均分子量为20～40万；马来酸酐接枝聚丙烯由南通日之升高分子新材料科技有限公司提供，马来酸酐接枝率为0.5～1.0％；细菌纤维素由海南亿德食品有限公司提供。
测试拉伸强度、拉伸模量和冲击强度的测试方法依据GB/T1040.2-2006塑料拉伸性能的测定。
实施例1
将薄膜状的细菌纤维素用大量去离子水洗涤至中性，放入冷冻干燥机中干燥12～24h，用球磨机粉碎，然后将细菌纤维素粉末过网筛，得到粒径为20～200nm的细菌纤维素粉末。
以重量百分数计，将94.5％的聚丙烯均聚物，5％马来酸酐接枝聚丙烯和0.5％的细菌纤维素粉末进行均匀混合，然后将混合物用双螺杆挤出机在温度为170～220℃下进行熔融共混，后经注塑机注塑得到聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料。
对比例1
将薄膜状的细菌纤维素用大量去离子水洗涤至中性，放入冷冻干燥机中干燥24h，用球磨机粉碎，然后将细菌纤维素粉末过网筛，得到粒径为20～200nm的细菌纤维素粉末。
以重量百分数计，将99.5％的聚丙烯均聚物和0.5％的细菌纤维素粉末进行均匀混合，然后将混合物用双螺杆挤出机在温度为170～200℃下进行熔融共混，后经注塑机注塑得到聚丙烯/细菌纤维素复合材料。
实施例2
将薄膜状的细菌纤维素用大量去离子水洗涤至中性，放入冷冻干燥机中干燥12～24h，用球磨机粉碎，然后将细菌纤维素粉末过网筛，得到粒径为20～200nm的细菌纤维素粉末。
以重量百分数计，将94％的聚丙烯均聚物、5％马来酸酐接枝的聚丙烯和1％的细菌纤维素粉末进行均匀混合，然后将混合物用双螺杆挤出机在温度为170～220℃下进行熔融共混，后经注塑机注塑得到聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料。
对比例1
将薄膜状的细菌纤维素用大量去离子水洗涤至中性，放入冷冻干燥机中干燥12～24h，用球磨机粉碎，然后将细菌纤维素粉末过网筛，得到粒径为20～200nm的细菌纤维素粉末。
以重量百分数计，将99％的聚丙烯均聚物和1％的细菌纤维素粉末进行均匀混合，然后将混合物用双螺杆挤出机在温度为170～200℃下进行熔融共混，后经注塑机注塑得到聚丙烯/细菌纤维素复合材料。
实施例3
将薄膜状的细菌纤维素用大量去离子水洗涤至中性，放入冷冻干燥机中干燥12～24h，用球磨机粉碎，然后将细菌纤维素粉末过网筛，得到粒径为20～200nm的细菌纤维素粉末。
以重量百分数计，将93％的聚丙烯均聚物，5％马来酸酐接枝的聚丙烯和2％的细菌纤维素粉末进行均匀混合，然后将混合物用双螺杆挤出机在温度为170～220℃下进行熔融共混，后经注塑机注塑得到聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料。
对比例1
将薄膜状的细菌纤维素用大量去离子水洗涤至中性，放入冷冻干燥机中干燥12～24h，用球磨机粉碎，然后将细菌纤维素粉末过网筛，得到粒径为20～200nm的细菌纤维素粉末。
以重量百分数计，将98％的聚丙烯均聚物和2％的细菌纤维素粉末进行均匀混合，然后将混合物用双螺杆挤出机在温度为170～200℃下进行熔融共混，后经注塑机注塑得到聚丙烯/细菌纤维素复合材料。
实施例4
将薄膜状的细菌纤维素用大量去离子水洗涤至中性，放入冷冻干燥机中干燥12～24h，用球磨机粉碎，然后将细菌纤维素粉末过网筛，得到粒径为20～200nm的细菌纤维素粉末。
以重量百分数计，将90％的聚丙烯均聚物，5％马来酸酐接枝的聚丙烯和5％的细菌纤维素粉末进行均匀混合，然后将混合物用双螺杆挤出机在温度为170～220℃下进行熔融共混，后经注塑机注塑得到聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料。
对比例1
将薄膜状的细菌纤维素用大量去离子水洗涤至中性，放入冷冻干燥机中干燥12～24h，用球磨机粉碎，然后将细菌纤维素粉末过网筛，得到粒径为20～200nm的细菌纤维素粉末。
以重量百分数计，将95％的聚丙烯均聚物和5％的细菌纤维素粉末进行均匀混合，然后将混合物用双螺杆挤出机在温度为170～200℃下进行熔融共混，后经注塑机注塑得到聚丙烯/细菌纤维素复合材料。
实施例5
将薄膜状的细菌纤维素用大量去离子水洗涤至中性，放入冷冻干燥机中干燥12～24h，用球磨机粉碎，然后将细菌纤维素粉末过网筛，得到粒径为20～200nm的细菌纤维素粉末。
以重量百分数计，将85％的聚丙烯均聚物，5％马来酸酐接枝的聚丙烯和10％的细菌纤维素粉末进行均匀混合，然后将混合物用双螺杆挤出机在温度为170～220℃下进行熔融共混，后经注塑机注塑得到聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料。
对比例1
将薄膜状的细菌纤维素用大量去离子水洗涤至中性，放入冷冻干燥机中干燥12～24h，用球磨机粉碎，然后将细菌纤维素粉末过网筛，得到粒径为20～200nm的细菌纤维素粉末。
以重量百分数计，将90％的聚丙烯均聚物和10％的细菌纤维素粉末进行均匀混合，然后将混合物用双螺杆挤出机在温度为170～200℃下进行熔融共混，后经注塑机注塑得到聚丙烯/细菌纤维素复合材料。
对比例2
以重量百分数计，将100％的聚丙烯均聚物用双螺杆挤出机在温度为170～200℃下进行熔融共混，后经注塑机注塑得到聚丙烯材料。
实施例1～5及其对比例，分别制备所得聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料和聚丙烯/细菌纤维素复合材料，以对比例2为对照，其力学性能进行比较，其具体力学性能比较见图1、图2和图3所示。
由图1、图2、图3可以看出，马来酸酐接枝聚丙烯与细菌纤维素粉末共混，所得的聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料复合材料的拉伸强度与纯聚丙烯相比提高约16％，拉伸模量与纯聚丙烯相比提高约22％，冲击强度与纯聚丙烯相比有提高约25％，而且添加相容剂马来酸酐接枝聚丙烯后，复合材料的力学性能要明显优于未添加马来酸酐接枝聚丙烯的复合材料。

Claims (5)

1.一种聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料，其特征在于，以重量百分数计，由以下组分组成：聚丙烯均聚物85～94.5％、马来酸酐接枝聚丙烯5％和细菌纤维素粉末0.5～10％，所述细菌纤维素粉末粒径为20～200nm；所述细菌纤维素粉末的制备步骤是：将细菌纤维素用去离子水洗涤至中性，放入冷冻干燥机中干燥12～24h，用球磨机粉碎、过筛，得到所述细菌纤维素粉末。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料，其特征在于，以重量百分数计，由以下组分组成：聚丙烯均聚物90％、马来酸酐接枝聚丙烯5％和细菌纤维素粉末5％。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料，其特征在于：所述聚丙烯均聚物的重均分子量为20～40万。
4.一种权利要求1所述的聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：分别取85～94.5％的聚丙烯均聚物、5％的马来酸酐接枝聚丙烯和0.5～10％的细菌纤维素粉末，混合均匀得到混合物，然后将所述混合物用双螺杆挤出机在温度为170～220℃下进行熔融共混挤出、造粒、在注塑机中注塑，即得聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料。
5.根据权利要求4所述的聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料的制备方法，其特征在于：所述聚丙烯均聚物的重均分子量为20～40万。
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