CN106349726A - 一种聚烯烃木塑复合材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种聚烯烃木塑复合材料及其制造方法，该聚烯烃木塑复合材料包含聚烯烃树脂、偶联剂、相容剂、润滑剂、木粉和无机填料，所述聚烯烃树脂包括抗冲共聚聚丙烯和聚乙烯，所述聚乙烯为高密度聚乙烯，所述聚烯烃树脂在所述聚烯烃木塑复合材料中的含量为30～70wt％。其制造方法包括按设定比例制备或预置聚烯烃树脂、偶联剂、相容剂、润滑剂、木粉和无机填料；烘干木粉和无机填料；并与所述抗冲共聚聚丙烯和高密度聚乙烯、偶联剂、相容剂和所述润滑剂在高速混合机中混和后，加入挤出机中挤出造粒或制品成型。

Description

一种聚烯烃木塑复合材料及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种木塑复合材料及其制备方法，特别是一种聚烯烃木塑复合材料及其制造方法。

背景技术

聚烯烃木塑复合材料通常是指以聚乙烯、聚丙烯或两者的共混物为基料，添加木粉、稻壳粉等生物质填料、矿物填料润滑剂及界面改性剂等构成的聚烯烃基木塑复合材料。在韧性、环保及燃烧排放物等方面优于聚氯乙烯基木塑复合材料，现已广泛应用于室内外地板、墙板、护栏、围栏、花箱、座椅等。

通常，聚丙烯包括均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯和抗冲共聚聚丙烯。三者在组成、结构和性能方面存在明显的差异。均聚聚丙烯是由单一的丙烯单体聚合而成。其刚性较高，但韧性，特别是低温韧性较差。聚丙烯无规共聚物通常是在一个反应器中通入丙烯和少量的其他单体，主要为乙烯，有时也用1-丁烯和1-己烯进行无规共聚得到的。一般无规共聚物中共聚单体的质量分数为1％～7％。与均聚的聚丙烯相比，无规共聚物的拉伸强度、模量，硬度和热变形温度、结晶温度及熔点下降。抗冲共聚聚丙烯又称聚丙烯抗冲共聚物、嵌段共聚聚丙烯或聚丙烯反应器共混物，一般是由多个反应器串联制备的聚丙烯多相共聚物的混合物。其组成和结构比均聚聚丙烯和聚丙烯无规共聚物更为复杂。制备抗冲共聚物的主要目的是改善聚丙烯的冲击韧性，特别是低温韧性，但一般情况下刚性、拉伸强度、硬度和热变形温度也会下降。因此，对抗冲共聚物而言，建立刚韧平衡是非常重要的。

聚乙烯包括高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯等。通常用于木塑基础树脂的以高密度聚乙烯居多。低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯因拉伸强度和刚性较差很少使用。超高分子量聚乙烯因黏度太大难加工，无法作为木塑复合材料的基础树脂。高密度聚乙烯又有均聚和共聚之分。共聚聚乙烯是在乙烯聚合时添加丁烯、己烯等共聚单体，使聚乙烯主 链上生成乙基、丁基或较长的侧基或侧链，从而破坏了主链的规整性，降低了结晶度。使得拉伸强度和刚性略有降低，但韧性、耐环境应力开裂等提高，密度有所降低。

申请号为“201310087907.1”，名称为“一种高热变形温度聚烯烃木塑复合材料及其制备方法”的中国发明专利申请，公开了一种高热变形温度聚烯烃木塑复合材料，所述新热塑性塑料，或废旧热塑性塑料为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、聚丙烯中的一种或几种。其中未涉及抗冲共聚聚丙烯和共聚的高密度聚乙烯。

申请号为“201310046750.8”，名称为“一种聚烯烃木塑复合材料及其制备方法”的中国发明专利，公开了一种聚烯烃木塑复合材料，该木塑复合材料中所含的聚烯烃树脂为聚乙烯、聚丙烯或乙烯-醋酸乙烯共聚物中的任一种。也未涉及抗冲共聚聚丙烯与高密度聚乙烯的共混物。

申请号为“201010179160.9”，名称为“一种无卤阻燃型注塑级聚烯烃木塑复合材料及其制备方法”的中国发明专利，公开了一种无卤阻燃型注塑级聚烯烃木塑复合材料，所述的聚烯烃树脂为共聚PP：36.9％，或均聚PP：37.9％，或HDPE：37.9％。所述的树脂为单一的聚丙烯或聚乙烯树脂，提及的共聚PP未注明是聚丙烯无规共聚物还是抗冲共聚聚丙烯。

虽然均聚聚丙烯的刚性较好，但韧性较差。而均聚聚乙烯相对共聚聚乙烯而言同样存在韧性差的问题。由均聚的聚丙烯和聚乙烯这两种树脂为基料的木塑复合材料，因两者的相容性很差，固其力学性能较差。由于木粉和无机填料的添加会降低材料的韧性，因此需进一步增韧。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述缺陷，提供一种聚烯烃木塑复合材料及其制造方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种聚烯烃木塑复合材料，包含聚烯烃树脂、偶联剂、相容剂、润滑剂、木粉和无机填料，其中，所述聚烯烃树脂包括抗冲共聚聚丙烯和聚乙烯，所述聚乙烯为高密度聚乙烯，所述聚烯烃树脂在所述聚烯烃木塑复合材料中的含量为30～70wt％。

上述的聚烯烃木塑复合材料，其中，所述聚烯烃树脂中的抗冲共聚聚丙烯 和高密度聚乙烯的质量比为10∶1～5。

上述的聚烯烃木塑复合材料，其中，所述抗冲共聚聚丙烯中的乙烯含量为6～14wt％。

上述的聚烯烃木塑复合材料，其中，所述抗冲共聚聚丙烯的熔体质量流动速率为2～11g/10min。

上述的聚烯烃木塑复合材料，其中，所述高密度聚乙烯为乙烯和第二单体丁烯或己烯的共聚物，密度为0.941～0.950g/cm³。

上述的聚烯烃木塑复合材料，其中，所述高密度聚乙烯的熔体质量流动速率为0.05～1g/10min。

上述的聚烯烃木塑复合材料，其中，所述相容剂为马来酸酐接枝抗冲共聚聚丙烯。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种聚烯烃木塑复合材料的制造方法，其中，包括如下步骤：

S100、原材料预备，按设定比例制备或预置聚烯烃树脂、偶联剂、相容剂、润滑剂、木粉和无机填料，其中，所述聚烯烃树脂包括抗冲共聚聚丙烯和聚乙烯，所述聚乙烯为高密度聚乙烯，所述聚烯烃树脂在所述聚烯烃木塑复合材料中的含量为30～70wt％；

S200、烘干木粉和无机填料，将所述木粉和无机填料在温度为60～130℃下烘干1～10小时；

S300、制备聚烯烃木塑复合材料原料，将烘干后的所述木粉和无机填料，与所述抗冲共聚聚丙烯和高密度聚乙烯、偶联剂、相容剂和所述润滑剂在高速混合机中混和1～10分钟以制成聚烯烃木塑复合材料原料；

S400、造粒成型，将所述聚烯烃木塑复合材料原料加入挤出机中挤出造粒或制品成型。

上述的聚烯烃木塑复合材料的制造方法，其中，所述聚烯烃树脂中的抗冲共聚聚丙烯和高密度聚乙烯的比例为10∶1～5，所述抗冲共聚聚丙烯中的乙烯含量为6～14wt％，所述高密度聚乙烯为乙烯和第二单体丁烯或己烯的共聚物，密度为0.941～0.950g/cm³。

上述的聚烯烃木塑复合材料的制造方法，其中，所述抗冲共聚聚丙烯的熔体质量流动速率为2～11g/10min，所述高密度聚乙烯的熔体质量流动速率为 0.05～1g/10min。

本发明的技术效果在于：

本发明的聚烯烃木塑复合材料与现有技术的均聚聚丙烯、聚乙烯木塑复合材料相比，抗冲共聚聚丙烯中含有长链段的聚乙烯，使其与共聚聚乙烯有良好的相容性，加上偶联剂、相容剂的共同作用，从而增强了树脂之间、树脂与填料之间的界面黏结，提高了材料的力学性能；采用共聚的高密度聚乙烯，与均聚的高密度聚乙烯相比，韧性好、密度低、耐环境应力开裂性好，可明显提高复合材料的韧性。刚性优于低密度聚乙烯。总之，可有效提高复合材料的刚性和韧性。

以高密度聚乙烯为基础树脂的木塑复合材料密度相对较高，且刚性较低。本发明采用密度更低的抗冲共聚聚丙烯为主和少量共聚聚乙烯聚烯烃共混物为基础树脂，复合材料的密度可明显降低。另外，主要树脂组分为抗冲共聚聚丙烯的聚烯烃共混物的刚性好于高密度聚乙烯，从而提高了整个木塑板材料的刚性。因此，与高密度聚乙烯基木塑复合材料相比，本发明密度低、刚性好，同时降低了搬运和运输成本。均聚聚丙烯或共聚聚丙烯为基础树脂的木塑复合材料的密度低一点，但其韧性明显不及抗冲共聚聚丙烯和共聚高密度聚乙烯为基料的木塑复合材料。因此，本发明所述的聚烯烃木塑复合材料具有良好的刚韧平衡性。

以下结合具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

具体实施方式

下面对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

本发明的聚烯烃木塑复合材料包含聚烯烃树脂、偶联剂、相容剂、润滑剂、木粉及无机填料，其中聚烯烃树脂包括抗冲共聚聚丙烯和共聚的高密度聚乙烯，所述高密度聚乙烯为乙烯和第二单体丁烯或己烯的共聚物，密度为0.941～0.950g/cm³，工业上用熔体质量流动速率表示树脂的流动性，所述高密度聚乙烯的熔体质量流动速率为0.05～1.00g/10min，该共聚聚乙烯可直接 购置工业品，各种工业方法合成的均可，对此没有特殊要求。所述聚烯烃树脂在所述聚烯烃木塑复合材料中的含量为30～70wt％，所述聚烯烃树脂中的抗冲共聚聚丙烯和高密度聚乙烯的质量比为10∶1～5，抗冲共聚聚丙烯和聚乙烯的质量比为2∶1～3∶1。所述抗冲共聚聚丙烯与乙烯共聚，其中乙烯含量为6～14wt％，密度为0.900g/cm³左右，所述抗冲共聚聚丙烯的熔体质量流动速率(MFR)为2～11g/10min。该抗冲共聚聚丙烯可直接购置工业品，各种工业合成方法的均可。复合材料中的相容剂为马来酸酐接枝抗冲共聚聚丙烯，是为了提高相容剂与抗冲共聚聚丙烯的相容性。无机填料主要采用碳酸钙、滑石粉等，所占质量百分比为5～15％。与现有技术的均聚聚丙烯、聚乙烯或其共混物木塑复合材料相比，抗冲共聚聚丙烯中含有乙-丙嵌段共聚物及聚乙烯，使其与共聚聚乙烯有良好的相容性，加上偶联剂、相容剂的共同作用，从而增强了树脂之间、树脂与填料之间的界面黏结，有效提高了复合材料的力学性能。

本发明的聚烯烃木塑复合材料的制造方法，包括如下步骤：

步骤S100、原材料预备，按设定比例制备或预置聚烯烃树脂、偶联剂、相容剂、润滑剂、木粉和无机填料，其中，所述聚烯烃树脂包括抗冲共聚聚丙烯和聚乙烯，所述聚乙烯为高密度聚乙烯，所述聚烯烃树脂在所述聚烯烃木塑复合材料中的含量为30～70wt％；其中，所述聚烯烃树脂中的抗冲共聚聚丙烯和高密度聚乙烯的比例为10∶1～5，所述抗冲共聚聚丙烯中的乙烯含量为6～14wt％，所述高密度聚乙烯为乙烯和第二单体丁烯或己烯的共聚物，密度为0.941～0.950g/cm³，所述抗冲共聚聚丙烯的熔体质量流动速率为2～11g/10min，所述高密度聚乙烯的熔体质量流动速率为0.05～1g/10min；

步骤S200、烘干木粉和无机填料，将所述木粉和无机填料在温度为60～130℃下烘干1～10小时；

步骤S300、制备聚烯烃木塑复合材料原料，将烘干后的所述木粉和无机填料，与所述抗冲共聚聚丙烯和高密度聚乙烯、偶联剂、相容剂和所述润滑剂在高速混合机中混和1～10分钟以制成聚烯烃木塑复合材料原料；

步骤S400、造粒成型，将所述聚烯烃木塑复合材料原料加入挤出机中挤出造粒或制品成型，例如挤出成型为板材或异型材等。

下面以几个具体的实施例详细说明本发明的聚烯烃木塑复合材料及其制备过程：

实施例1

按下列重量百分比预备各组分：

抗冲共聚聚丙烯A，39.5wt％；其中，该抗冲共聚聚丙烯A，与乙烯共聚，乙烯含量为6.0～8.0wt％，密度为0.900g/cm³左右，熔体质量流动速率为2.0～4.0g/10min；

共聚高密度聚乙烯，6wt％；

木粉，40wt％；

碳酸钙，10wt％；

偶联剂，2wt％；

马来酸酐接枝抗冲共聚聚丙烯，2.5wt％。

聚烯烃木塑复合材料制备过程中，木粉和无机填料在温度为80℃下烘干4小时。将烘干后的木粉和无机填料与抗冲共聚聚丙烯和共聚的高密度聚乙烯、碳酸钙、偶联剂、相容剂在高速混合机中混和10分钟，加入挤出机中在180℃下挤出造粒或制品成型。

经测试，本实施例制备的聚烯烃木塑复合材料的主要性能如下：

拉伸强度：23.00MPa；

断裂伸长率：4.116％；

弯曲强度：41.66MPa；

弯曲模量：2.657GPa；

冲击强度：4.114kJ/m²。

实施例2

按下列重量百分比预备各组分：

抗冲共聚聚丙烯A，24.0wt％；其中，该抗冲共聚聚丙烯A，与乙烯共聚，乙烯含量为6.0～8.0wt％，密度为0.900g/cm³左右，熔体质量流动速率为2.0～4.0g/10min；

抗冲共聚聚丙烯B，8.0wt％；其中，该抗冲共聚聚丙烯B，与乙烯共聚，乙烯含量为9.0～14.0wt％，密度为0.900g/cm³左右；共聚高密度聚乙烯，6.0wt％；

木粉，50wt％；

碳酸钙，10wt％；

偶联剂，2wt％.

聚烯烃木塑复合材料制备过程中，木粉和无机填料在温度为80℃下烘干4小时。将烘干后的木粉和无机填料与抗冲共聚聚丙烯和共聚的高密度聚乙烯、碳酸钙、偶联剂、相容剂在高速混合机中混和10分钟，加入挤出机中在180℃下挤出造粒或制品成型。

经测试，本实施例制备的聚烯烃木塑复合材料的主要性能如下：

拉伸强度：24.68MPa；

断裂伸长率：3.39％；

弯曲强度：34.75MPa；

弯曲模量：3.127GPa；

冲击强度：3.087kJ/m²。

实施例3

按下列重量百分比预备各组分：

抗冲共聚聚丙烯A，35.5wt％；

抗冲共聚聚丙烯B，8.0wt％；

共聚高密度聚乙烯，12.0wt％；

木粉，30wt％；

碳酸钙，10wt％；

偶联剂，2wt％；

马来酸酐接枝抗冲共聚聚丙烯，2.5wt％。

聚烯烃木塑复合材料制备过程中，木粉和无机填料在温度为80℃下烘干4小时。将烘干后的木粉和无机填料，与抗冲共聚聚丙烯和共聚的高密度聚乙烯、碳酸钙、偶联剂、相容剂在高速混合机中混和10分钟，加入挤出机中在180℃下挤出造粒或制品成型。

经测试，本实施例制备的聚烯烃木塑复合材料的主要性能如下：

拉伸强度：21.52MPa；

断裂伸长率：9.043％；

弯曲强度：38.88MPa；

弯曲模量：2.009GPa；

冲击强度：4.994kJ/m²。

实施例4

抗冲共聚聚丙烯A，70.0wt％；

抗冲共聚聚丙烯B，0.0wt％；

共聚高密度聚乙烯，0.0wt％；

木粉，20wt％；

碳酸钙，10wt％；

偶联剂，0wt％；

马来酸酐接枝抗冲共聚聚丙烯，0wt％。

聚烯烃木塑复合材料制备过程中，木粉和无机填料在温度为80℃下烘干4小时。将烘干后的木粉和无机填料与抗冲共聚聚丙烯在高速混合机中混和10分钟，加入挤出机中在180℃下挤出造粒或制品成型。

性能：

拉伸强度：20.09MPa；

断裂伸长率：30.90％；

弯曲强度：34.64MPa；

弯曲模量：1.633GPa；

冲击强度：5.381kJ/m²。

对比例1

按下列重量百分比预备各组分：

抗冲共聚聚丙烯A，34.0wt％；

线性低密度聚乙烯，12.0wt％；

木粉，40wt％；

碳酸钙，10wt％；

偶联剂，4wt％；

聚烯烃木塑复合材料制备过程中，木粉和无机填料在温度为80℃下烘干4小时。将烘干后的木粉和无机填料，与抗冲共聚聚丙烯和线性密度聚乙烯、碳酸钙、偶联剂在高速混合机中混和10分钟，加入挤出机中在180℃下挤出造粒或制品成型。

经测试，本对比例制备的聚烯烃木塑复合材料的主要性能如下：

拉伸强度：18.66MPa；

断裂伸长率：5.433％；

弯曲强度：30.77MPa；

弯曲模量：1.615GPa；

冲击强度：5.855kJ/m²。

对比例2

按下列重量百分比预备各组分：

抗冲共聚聚丙烯A，48.0wt％；

抗冲共聚聚丙烯B，8.0wt％；

木粉，30wt％；

碳酸钙，10wt％；

偶联剂，4wt％。

聚烯烃木塑复合材料制备过程中，木粉和无机填料在温度为80℃下烘干4小时。将烘干后的木粉和无机填料，与抗冲共聚聚丙烯和线性密度聚乙烯、碳酸钙、偶联剂在高速混合机中混和10分钟，加入挤出机中在180℃下挤出造粒或制品成型。

经测试，本对比例制备的聚烯烃木塑复合材料的主要性能如下：

拉伸强度：16.59MPa；

断裂伸长率：13.62％；

弯曲强度：22.19MPa；

弯曲模量：1.348GPa；

冲击强度：5.177kJ/m²。

可见，因共聚的高密度聚乙烯具有良好的韧性且刚性与线性低密度聚乙烯和低密度聚乙烯相比较好，韧性比均聚的高密度聚乙烯好。故在本发明中添加共聚的高密度聚乙烯。同时，抗冲共聚聚丙烯中含有乙-丙嵌段共聚物及聚乙烯等组分，与高密度聚乙烯有良好的相容性，可增强两种基础树脂之间的界面黏结，提高复合材料的力学性能。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种聚烯烃木塑复合材料，包含聚烯烃树脂、偶联剂、相容剂、润滑剂、木粉和无机填料，其特征在于，所述聚烯烃树脂包括抗冲共聚聚丙烯和聚乙烯，所述聚乙烯为高密度聚乙烯，所述聚烯烃树脂在所述聚烯烃木塑复合材料中的含量为30～70wt％。

2.如权利要求1所述的聚烯烃木塑复合材料，其特征在于，所述聚烯烃树脂中的抗冲共聚聚丙烯和高密度聚乙烯的质量比为10∶1～5。

3.如权利要求1或2所述的聚烯烃木塑复合材料，其特征在于，所述抗冲共聚聚丙烯中的乙烯含量为6～14wt％。

4.如权利要求3所述的聚烯烃木塑复合材料，其特征在于，所述抗冲共聚聚丙烯的熔体质量流动速率为2～11g/10min。

5.如权利要求1、2或4所述的聚烯烃木塑复合材料，其特征在于，所述高密度聚乙烯为乙烯和第二单体丁烯或己烯的共聚物，密度为0.941～0.950g/cm³。

6.如权利要求5所述的聚烯烃木塑复合材料，其特征在于，所述高密度聚乙烯的熔体质量流动速率为0.05～1g/10min。

7.如权利要求1、2、4或6所述的聚烯烃木塑复合材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝抗冲共聚聚丙烯。

8.一种聚烯烃木塑复合材料的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100、原材料预备，按设定比例制备或预置聚烯烃树脂、偶联剂、相容剂、润滑剂、木粉和无机填料，其中，所述聚烯烃树脂包括抗冲共聚聚丙烯和聚乙烯，所述聚乙烯为高密度聚乙烯，所述聚烯烃树脂在所述聚烯烃木塑复合材料中的含量为30～70wt％；

S200、烘干木粉和无机填料，将所述木粉和无机填料在温度为60～130℃下烘干1～10小时；

S300、制备聚烯烃木塑复合材料原料，将烘干后的所述木粉和无机填料，与所述抗冲共聚聚丙烯和高密度聚乙烯、偶联剂、相容剂和所述润滑剂在高速混合机中混和1～10分钟以制成聚烯烃木塑复合材料原料；

S400、造粒成型，将所述聚烯烃木塑复合材料原料加入挤出机中挤出造粒或制品成型。

9.如权利要求8所述的聚烯烃木塑复合材料的制造方法，其特征在于，所述聚烯烃树脂中的抗冲共聚聚丙烯和高密度聚乙烯的比例为10∶1～5，所述抗冲共聚聚丙烯中的乙烯含量为6～14wt％，所述高密度聚乙烯为乙烯和第二单体丁烯或己烯的共聚物，密度为0.941～0.950g/cm³。

10.如权利要求8或9所述的聚烯烃木塑复合材料的制造方法，其特征在于，所述抗冲共聚聚丙烯的熔体质量流动速率为2～11g/10min，所述高密度聚乙烯的熔体质量流动速率为0.05～1g/10min。