CN106221018A - 一种低气味天然纤维改性聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种低气味天然纤维改性聚丙烯复合材料及其制备方法。所述复合材料包括聚丙烯：49‑84份；天然纤维：10‑40份；增韧剂：2‑10份；加工助剂：0.1‑1份；偶联剂：0.3‑0.5份；碱稀释物：0.3‑0.5份；热稳定剂：0.1‑1份；Nano‑TiO2：1‑4份。本发明引入Nano‑TiO2，在光催化下改善天然纤维气味，制备出低气味天然纤维改性聚丙烯复合材料，拓宽了天然纤维改性材料的应用范围，有利于提高复合材料的强度和韧性；本发明提供天然纤维改性聚丙烯复合材料，可以实现注塑成型，拓宽了天然纤维改性材料的成型方式。

Description

一种低气味天然纤维改性聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种低气味天然纤维改性聚丙烯复合材料及其制备方法。
技术背景
天然纤维以皮、茎、叶、种等多种形式存在于植物体内，是地球生物资源中储量最大的可再生资源。与传统增强纤维相比，天然植物纤维来源广、价格低、密度小、可再生、可降解。用天然植物纤维替代传统增强纤维，可以显著降低复合材料自重及成本，使之更适于汽车、建材等应用领域；也可以提高农作物或经济作物附加值，带动农村经济发展。
早在上世纪七十年代，北美一些汽车公司开始了新材料的探索，特别是用天然纤维改性聚丙烯材料用于汽车零部件上，如发动机罩盖、护板、顶棚等。但天然纤维中含有大量的果胶，受热分解后产生难闻的气味，限制其在内饰件上的应用。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种低气味、低密度、高模量、高韧性等综合力学性能优良的低气味天然纤维改性聚丙烯复合材料。本发明的另一个目的是提供上述低气味天然纤维改性聚丙烯复合材料的制备方法。
为了达到上述目的，本发明是通过下列技术方案来实现的：
一种低气味天然纤维改性聚丙烯复合材料，其组成原料的重量份为：
聚丙烯：49-84份；
天然纤维：10-40份；
增韧剂：2-10份；
加工助剂：0.1-1份；
偶联剂：0.3-0.5份；
酸稀释物：0.3-0.5份；
热稳定剂：0.1-1份；
Nano-TiO2：1-4份。
所述聚丙烯为均聚聚丙稀、共聚聚丙烯中的至少一种，其在温度230℃和载荷2.16kg条件下的熔融指数为30-100g/10min。
所述天然纤维的长度3-20mm。
所述增韧剂为乙烯类弹性体或苯乙烯类弹性体。
所述加工助剂选自低分子烃类、金属皂类、硬脂酸复合酯类和酰胺类加工助剂中的至少一种。
所述偶联剂为硅烷类偶联剂如KH550、KH560、KH570等，或钛酸酯类偶联剂如，NDZ-101、NDZ-401等其中的一种。
所述碱稀释物为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾中至少一种与水配置而成的水溶液，所述碱稀释物的重量百分比为0.5-2％。
所述热稳定剂选自受阻酚类、受阻胺类、亚磷酸酯类热稳定剂中的至少一种。
制备上述的一种低气味天然纤维改性聚丙烯复合材料的方法，包括以下步骤：
(1)第一步制备低气味天然纤维预混物：
将配方中天然纤维和Nano-TiO2放入高混机缓慢混合，并紫外光辐射4～6h后，添加偶联剂和加工助剂，同时通过高压喷雾装置将碱稀释物均匀喷洒到高混机中的混合物料中，然后进行高速混合，得低气味天然纤维预混物；
(2)第二步复合材料的制备：
按配方中重量份比例将聚丙烯、增韧剂和热稳定剂进行混合均匀后，在长径比为35-50：1的双螺杆挤出机中进行熔融、混合、分散，再将(1)制备的低气味天然纤维预混物从双螺杆挤出机的侧喂料加入，在190-220℃温度下进行塑化，再通过双螺杆挤出造粒，就得到低气味天然纤维改性聚丙烯复合材料。
上述方案的优选方案是，所述的步骤(1)中高速混合的温度为100-120℃、时间为5-10min。
本发明的有益效果在于：
1)本发明引入Nano-TiO2，在光催化下改善天然纤维气味，制备出低气味天然纤维改性聚丙烯复合材料，拓宽了天然纤维改性材料的应用范围；
2)本发明引入的Nano-TiO2，有利于提高复合材料的强度和韧性；
3)本发明提供天然纤维改性聚丙烯复合材料，可以实现注塑成型，拓宽了天然纤维改性材料的成型方式。
具体实施方式：
下面给出实施例以对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。
本发明的所有组成均为现有的市售产品，其中：
增韧剂为乙烯类弹性体或苯乙烯类弹性体，如聚乙烯(PE)、乙烯-辛烯聚合物(POE)、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物(EPDM)等。
热稳定剂选自受阻酚类、受阻胺类、亚磷酸酯类中的至少一种，其中受阻酚类热稳定剂有2，6-三级丁基-4-甲基苯酚、双(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚或四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯(1010)等；亚磷酸脂类热稳定剂有三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)、三辛酯、三癸酯或三(十二碳醇)酯和三(十六碳醇)酯；受阻胺类热稳定剂有萘胺、二苯胺、对苯二胺等。
偶联剂为硅烷类偶联剂如KH550、KH560、KH570等，或钛酸酯类偶联剂如，NDZ-101、NDZ-401等其中的一种。但本发明优选硅烷偶联剂，如KH550、KH560、KH570等型号。
加工助剂选自低分子烃类、金属皂类、硬脂酸复合酯类和酰胺类加工助剂中的至少一种。主要指硬脂酸钙(Ca-St2)、乙撑双硬脂酰胺(EBS)、改性乙撑双硬脂酰胺(TAF)等。
在本发明中，低气味天然纤维改性聚丙烯复合材料的制备采用下述方法：
(1)第一步制备低气味天然纤维预混物：
将配方中天然纤维和Nano-TiO2放入高混机缓慢混合，并紫外光辐射4～6h后，添加偶联剂和加工助剂，同时通过高压喷雾装置将碱稀释物均匀喷洒到高混机中的混合物料中，然后100-120℃进行高速混合5-10min，得低气味天然纤维预混物；
(2)第二步复合材料的制备：
按配方中重量份比例将聚丙烯、增韧剂和热稳定剂进行混合均匀后，在长径比为35-50：1的双螺杆挤出机中进行熔融、混合、分散，再将(1)制备的低气味天然纤维预混物从双螺杆挤出机的侧喂料加入，在190-220℃温度下进行塑化，再通过双螺杆挤出造粒，就得到低气味天然纤维改性聚丙烯复合材料。
一、实施例和对比例的配方及制备参数
下面的具体实施例1－5和对比例均是采用上述制备方法进行制备低气味天然纤维改性聚丙烯复合材料和滑石粉增强聚丙烯复合材料，不作累述。
实施例1：
本实施例采用长径比为35:1双螺杆挤出机，将聚丙烯、增韧剂和热稳定剂在此挤出机中进行熔融、混合、分散，再将低气味天然纤维预混物从其侧喂料加入，在190-220℃温度下进行塑化并挤出造粒即得产品。
实施例2：
本实施例采用长径比为50:1双螺杆挤出机，将聚丙烯、增韧剂和热稳定剂在此挤出机中进行熔融、混合、分散，再将低气味天然纤维预混物从其侧喂料加入，在190-220℃温度下进行塑化并挤出造粒即得产品。
实施例3：
本实施例采用长径比为40:1双螺杆挤出机，将聚丙烯、增韧剂和热稳定剂在此挤出机中进行熔融、混合、分散，再将低气味天然纤维预混物从其侧喂料加入，在190-220℃温度下进行塑化并挤出造粒即得产品。
实施例4：
本对比例采用长径比为36:1双螺杆挤出机，将聚丙烯、增韧剂和热稳定剂在此挤出机中进行熔融、混合、分散，再将低气味天然纤维预混物从其侧喂料加入，在190-220℃温度下进行塑化并挤出造粒即得产品。
实施例5：
本对比例采用长径比为36:1双螺杆挤出机，将聚丙烯、增韧剂和热稳定剂在此挤出机中进行熔融、混合、分散，再将低气味天然纤维预混物从其侧喂料加入，在190-220℃温度下进行塑化并挤出造粒即得产品。
对比例：
本对比例采用长径比为36:1双螺杆挤出机，将聚丙烯、增韧剂和热稳定剂在此挤出机中进行熔融、混合、分散，再将低气味天然纤维预混物从其侧喂料加入，在190-220℃温度下进行塑化并挤出造粒即得产品。
二、实施例和对比例的测试结果
将上述实施例1-5和对比例制得的样品按照统一工艺注塑成标准样条后按照GB表征进行测试，其具体物性指标如下表所示：
表1：实施例和对比例物性数据
从实施例1-5和对比例的数据可以看出，天然纤维改性聚丙烯复合材料满足汽车主机厂对气味≤3.5级别的要求，同时，其密度较低、收缩率较小，且拉伸强度、弯曲强度等综合性能优异。此外，随着Nano-TiO2添加比例增加，复合材料的气味越好，强度越来越高，这是由于在紫外线的作用下Nano-TiO2能产生氧化能力较强的氢氧自由基团，具有净化空气、脱臭、自清洁等特点，同时Nano-TiO2添加，有利于改善天然纤维的表面状况，起到增强的效果。因此，低气味天然纤维作为一种新型的增强材料，具有实际开发的价值。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (11)

1.一种低气味天然纤维改性聚丙烯复合材料，其特征在于：其组成原料的重量份为：
聚丙烯： 49-84份；
天然纤维：10-40份；
增韧剂：2-10份；
加工助剂：0.1-1份；
偶联剂：0.3-0.5份；
碱稀释物：0.3-0.5份；
热稳定剂：0.1-1份；
Nano-TiO2：1-4份。
2.根据权利要求1所述的一种低气味天然纤维改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯为均聚聚丙稀、共聚聚丙烯中的至少一种，其在温度230℃和载荷2.16kg条件下的熔融指数为30-100g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种低气味天然纤维改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述天然纤维的长度3-20mm。
4.根据权利要求1所述的一种低气味天然纤维改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述增韧剂为乙烯类弹性体或苯乙烯类弹性体。
5.根据权利要求1所述的一种低气味天然纤维改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述加工助剂选自低分子烃类、金属皂类、硬脂酸复合酯类和酰胺类加工助剂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种低气味天然纤维改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷类偶联剂或钛酸酯类偶联剂；
所述硅烷类偶联剂为KH550、KH560、KH570中的一种；
所述钛酸酯类偶联剂为NDZ-101、NDZ-401中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种低气味天然纤维改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述碱稀释物为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾中至少一种与水配置而成的水溶液，所述碱稀释物的重量百分比为0.5-2%。
8.根据权利要求1所述的一种低气味天然纤维改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述热稳定剂选自受阻酚类、受阻胺类、亚磷酸酯类热稳定剂中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种低气味天然纤维改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述Nano-TiO2为锐钛型纳米TiO2，其细度在1000目以上。
10.一种制备如权利要求1所述低气味天然纤维改性聚丙烯复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）制备低气味天然纤维预混物：
将配方中天然纤维和Nano-TiO2放入高混机缓慢混合，并紫外光辐射4~6h后，添加偶联剂和加工助剂，同时通过高压喷雾装置将碱稀释物均匀喷洒到高混机中的混合物料中，然后进行高速混合，得低气味天然纤维预混物；
（2）复合材料的制备：
按配方中重量份比例将聚丙烯、增韧剂和热稳定剂进行混合均匀后，在长径比为35-50：1 的双螺杆挤出机中进行熔融、混合、分散，再将（1）制备的低气味天然纤维预混物从双螺杆挤出机的侧喂料加入，在190-220℃温度下进行塑化，再通过双螺杆挤出造粒，就得到低气味天然纤维改性聚丙烯复合材料。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述的步骤（1）中高速混合的温度为100-120℃、时间为5-10min。
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