CN106589546A - 一种低密度聚乙烯/玉米芯复合发泡板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低密度聚乙烯/玉米芯复合发泡板材及其制备方法，其由下重量份的原料制成：低密度聚乙烯 88～102、全淀粉塑料 47～69、玉米芯23～34、五节芒28～42、氯化石油脂7～13、苎麻杆24～37、泥炭蜡5～10、甘油三乙酰基蓖麻醇酸酯4～7、五(巯基乙酸异辛酯)锑2～4、板栗壳15～25、玻璃纤维10～15、亚磷酸铝4～6、石墨坩埚废料15～20、水铝英石5～10、新戊二醇二苯甲酸酯10～15、白玉石14～22、稻壳 20～30。本发制得的发泡板材综合性能优异，不仅具有较高的机械强度，还具有优良的耐热性、耐腐蚀性、抗冲击性、耐磨性和保温隔热性。

Description

一种低密度聚乙烯/玉米芯复合发泡板材及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种PE发泡板材及其制备方法，具体涉及一种低密度聚乙烯/玉米芯复合发泡板材及其制备方法。
背景技术
高分子发泡板材，是以塑料或橡胶为基本组分并含有大量气泡的聚合物材料。它具有很多优良的性能, 如质轻、绝热、吸音、比强度高等优点，因而在工业、农业、建筑、交通运输等领域得到了广泛应用。高分子发泡板材自问世以来, 其用途日益广泛, 品种不断丰富, 其中PE发泡板材是较为常见的一种高分子发泡板材，其具有独特的优越性，表面吸水率低，防渗透性能好，化学性能稳定，不易受腐蚀，加工性能好，易于成型；价格较便宜。
近年来，随着国家大力发展环保节能材料，PE发泡板材得到快速发展，市场上出现了种类繁多、性能各异的PE发泡板材。但是目前国内生产的PE发泡板的综合性能与国外PE发泡板的性能相比较，仍存在着较大的差距。
曾安然、李云龙等人在其《苯乙烯接枝纤维素晶须增强LDPE复合材料的性能研究》一文中采用乳液聚合法制备苯乙烯接枝纤维素晶须，并将其用于增强低密度聚乙烯（LDPE），使得复合材料的拉舍强度、结晶温度和热稳定性提高，但是对复合材料的保温隔热性能和吸音隔音性能的提高不明显。
因此，本发明采用五节芒、苎麻杆、板栗壳、稻壳酸解法制得纤维素晶须，然后将玻璃纤维、水铝英石粘土矿物引入到纤维素晶须中制备气凝胶，可以改变纤维素气凝胶的结构并提高维素气凝胶，如力学性能，耐热性能等，然后采用乳液聚合法制备苯乙烯接枝复合纤维气凝胶，再将制得的苯乙烯接枝复合纤维气凝胶加入到发泡体系中，不仅可以显著提高发泡材料的机械性能和热稳定性能，还可以明显提高发泡材料的保温隔热性能和吸音隔音性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种综合性能优异的低密度聚乙烯/玉米芯复合发泡板材及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种低密度聚乙烯/玉米芯复合发泡板材，由下重量份的原料制成：低密度聚乙烯 88～102、全淀粉塑料 47～69、玉米芯23～34、五节芒28～42、氯化石油脂7～13、苎麻杆24～37、泥炭蜡5～10、甘油三乙酰基蓖麻醇酸酯4～7、五(巯基乙酸异辛酯)锑2～4、板栗壳15～25、玻璃纤维10～15、亚磷酸铝4～6、石墨坩埚废料15～20、水铝英石5～10、新戊二醇二苯甲酸酯10～15、白玉石14～22、稻壳 20～30。
一种低密度聚乙烯/玉米芯复合发泡板材的制备方法，包括以下步骤：
（1）将五节芒、苎麻杆、板栗壳、稻壳混合均匀，干燥至恒重，分别进行切、碾、粉碎，过筛；然后按照固液比1:15～20将过筛后的粉末加入到摩尔浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液中，油浴加热至105～115℃，在2500～4500r/min的转速下球磨40～60min，过滤，洗涤至中性，烘干；然后按照固液比1:14～18将烘干后的粉末加入到体积分数为40%的硫酸-盐酸混合酸溶液中，硫酸与盐酸的比例是3～4∶1，水浴加热至55～75℃，在500～700W的功率下超声处理1～2h，再在2000～4000r/min的转速下离心处理30～50min，倒出上清液后残渣用蒸馏水洗涤至中性，烘干，得纤维素晶须；最后将得到的纤维素晶须加水搅拌制成质量分数为40～45%的悬浊液，在3000～5000r/min的转速下球磨处理2～4h，再在300～600W的功率下超声处理15～30min，得纤维素晶须分散液；
（2）将玻璃纤维、水铝英石混合均匀，粉碎，过筛，然后将过筛后的粉末加水制成质量分数为55～60%的浆液，在400～700W的功率下微波处理10～20min，再在4000～6000r/min的转速下球磨处理1～2h，得复合胶体；
（3）将步骤（1）制得的纤维素晶须分散液与步骤（2）制得的复合胶体混合，充分搅拌均匀，在-50～-30℃ 温度下冷冻2～3h ，随后在-25～-10℃ 温度下冷冻干燥 24～36h，粉碎，过筛，得复合纤维素气凝胶粉末；
（4）将上述制得的复合纤维素气凝胶粉末超声分散于相当于复合纤维素气凝胶粉末质量12～14倍量的水中，再在搅拌下加入相当于复合纤维素气凝胶粉末质量44～48%的苯乙烯、4～7%的碳酸氢钠和1～2%的十二烷基苯磺酸钠，搅拌均匀后在N2保护下，加入过硫酸钾作为引发剂，其质量分数为苯乙烯和十二烷基苯磺酸钠总用量的0.5～0.7%，水浴加热至65～70℃，搅拌反应4～6h，离心分离并水洗，烘干，即得苯乙烯接枝复合纤维素气凝胶；
（5）将玉米芯、白玉石、石墨坩埚废料分别粉碎，过筛后与低密度聚乙烯、全淀粉塑料、新戊二醇二苯甲酸酯、甘油三乙酰基蓖麻醇酸酯以及步骤（4）制得的苯乙烯接枝复合纤维素气凝胶一同加入到高速搅拌机中，搅拌至物料温度达到75～85℃时,再加入余下原料，继续搅拌至物料温度达到85～95℃，停止搅拌，待物料冷却降温至40～50℃时出料，然后将物料投入到双螺杆挤出机中熔融共混，双螺杆挤出机各段温度设定分别为：一区115～135℃、二区120～140℃、三区125～145℃、四区130～150℃、机头135～155℃，然后挤出切粒；
（6）将步骤（5）制得的物料加入到注塑成型机中注塑成型，注塑温度为140～160℃，注塑压力为2～3MPa，注射时间为6～9s，保压时间为3～5s；
（7）将成型后的板材放入超临界CO2发泡高压釜进行发泡，发泡温度为100～120℃，发泡压力为22～26MPa，保压时间为4～7h，即得所需的发泡板材。
本发明的有益效果：
（1）本发明采用五节芒、苎麻杆、板栗壳、稻壳酸解法制得纤维素晶须，然后将玻璃纤维、水铝英石粘土矿物引入到纤维素晶须中制备气凝胶，可以改变纤维素气凝胶的结构并提高维素气凝胶，如力学性能，耐热性能等，然后采用乳液聚合法制备苯乙烯接枝复合纤维气凝胶，再将制得的苯乙烯接枝复合纤维气凝胶加入到发泡体系中，不仅可以显著提高发泡材料的机械性能和热稳定性能，还可以明显提高发泡材料的保温隔热性能和吸音隔音性能；
（2）本发明采用玉米芯作为低密度聚乙烯/全淀粉塑料复合发泡板材的增强改性材料，不仅可以提高材料的机械性能，还可以改善材料的保温隔热性能，为玉米芯的综合利用开辟了新的途径，添加的亚磷酸铝、石墨坩埚废料、白玉石等原料，可以改善材料的耐热性、耐腐蚀性、抗冲击性和耐磨性。本发制得的发泡板材综合性能优异，不仅具有较高的机械强度，还具有优良的耐热性、耐腐蚀性、抗冲击性、耐磨性和保温隔热性。
具体实施方式
一种低密度聚乙烯/玉米芯复合发泡板材，由下重量（kg）的原料制成：低密度聚乙烯 95、全淀粉塑料58、玉米芯28、五节芒35、氯化石油脂10、苎麻杆31、泥炭蜡8、甘油三乙酰基蓖麻醇酸酯5、五(巯基乙酸异辛酯)锑3、板栗壳20、玻璃纤维12、亚磷酸铝5、石墨坩埚废料17、水铝英石8、新戊二醇二苯甲酸酯12、白玉石18、稻壳 25。
一种低密度聚乙烯/玉米芯复合发泡板材的制备方法，包括以下步骤：
（1）将五节芒、苎麻杆、板栗壳、稻壳混合均匀，干燥至恒重，分别进行切、碾、粉碎，过筛；然后按照固液比1:15～20将过筛后的粉末加入到摩尔浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液中，油浴加热至105～115℃，在2500～4500r/min的转速下球磨40～60min，过滤，洗涤至中性，烘干；然后按照固液比1:14～18将烘干后的粉末加入到体积分数为40%的硫酸-盐酸混合酸溶液中，硫酸与盐酸的比例是3～4∶1，水浴加热至55～75℃，在500～700W的功率下超声处理1～2h，再在2000～4000r/min的转速下离心处理30～50min，倒出上清液后残渣用蒸馏水洗涤至中性，烘干，得纤维素晶须；最后将得到的纤维素晶须加水搅拌制成质量分数为40～45%的悬浊液，在3000～5000r/min的转速下球磨处理2～4h，再在300～600W的功率下超声处理15～30min，得纤维素晶须分散液；
（2）将玻璃纤维、水铝英石混合均匀，粉碎，过筛，然后将过筛后的粉末加水制成质量分数为55～60%的浆液，在400～700W的功率下微波处理10～20min，再在4000～6000r/min的转速下球磨处理1～2h，得复合胶体；
（3）将步骤（1）制得的纤维素晶须分散液与步骤（2）制得的复合胶体混合，充分搅拌均匀，在-50～-30℃ 温度下冷冻2～3h ，随后在-25～-10℃ 温度下冷冻干燥 24～36h，粉碎，过筛，得复合纤维素气凝胶粉末；
（4）将上述制得的复合纤维素气凝胶粉末超声分散于相当于复合纤维素气凝胶粉末质量12～14倍量的水中，再在搅拌下加入相当于复合纤维素气凝胶粉末质量44～48%的苯乙烯、4～7%的碳酸氢钠和1～2%的十二烷基苯磺酸钠，搅拌均匀后在N2保护下，加入过硫酸钾作为引发剂，其质量分数为苯乙烯和十二烷基苯磺酸钠总用量的0.5～0.7%，水浴加热至65～70℃，搅拌反应4～6h，离心分离并水洗，烘干，即得苯乙烯接枝复合纤维素气凝胶；
（5）将玉米芯、白玉石、石墨坩埚废料分别粉碎，过筛后与低密度聚乙烯、全淀粉塑料、新戊二醇二苯甲酸酯、甘油三乙酰基蓖麻醇酸酯以及步骤（4）制得的苯乙烯接枝复合纤维素气凝胶一同加入到高速搅拌机中，搅拌至物料温度达到75～85℃时,再加入余下原料，继续搅拌至物料温度达到85～95℃，停止搅拌，待物料冷却降温至40～50℃时出料，然后将物料投入到双螺杆挤出机中熔融共混，双螺杆挤出机各段温度设定分别为：一区115～135℃、二区120～140℃、三区125～145℃、四区130～150℃、机头135～155℃，然后挤出切粒；
（6）将步骤（5）制得的物料加入到注塑成型机中注塑成型，注塑温度为140～160℃，注塑压力为2～3MPa，注射时间为6～9s，保压时间为3～5s；
（7）将成型后的板材放入超临界CO2发泡高压釜进行发泡，发泡温度为100～120℃，发泡压力为22～26MPa，保压时间为4～7h，即得所需的发泡板材。
上述实施例制得的PE发泡板材的各项性能与国外PE发泡板材的性能对比如下表所示：
国外PE发泡板材 上述实施例生产的PE发泡板材
拉伸强度，MPa 18 22
弯曲强度，MPa 15 19
断裂伸长率，% 271 308
导热系数，W/（m·k） 0.21 0.14
隔音量，dB 43 48
表面Taber磨耗，mg/1000r 1.5 0.9
抗冲击强度，KJ·m～2 13 18

Claims (2)

1.一种低密度聚乙烯/玉米芯复合发泡板材，其特征在于，由下重量份的原料制成：低密度聚乙烯 88～102、全淀粉塑料 47～69、玉米芯23～34、五节芒28～42、氯化石油脂7～13、苎麻杆24～37、泥炭蜡5～10、甘油三乙酰基蓖麻醇酸酯4～7、五(巯基乙酸异辛酯)锑2～4、板栗壳15～25、玻璃纤维10～15、亚磷酸铝4～6、石墨坩埚废料15～20、水铝英石5～10、新戊二醇二苯甲酸酯10～15、白玉石14～22、稻壳 20～30。
2.一种如权利要求1所述的低密度聚乙烯/玉米芯复合发泡板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将五节芒、苎麻杆、板栗壳、稻壳混合均匀，干燥至恒重，分别进行切、碾、粉碎，过筛；然后按照固液比1:15～20将过筛后的粉末加入到摩尔浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液中，油浴加热至105～115℃，在2500～4500r/min的转速下球磨40～60min，过滤，洗涤至中性，烘干；然后按照固液比1:14～18将烘干后的粉末加入到体积分数为40%的硫酸-盐酸混合酸溶液中，硫酸与盐酸的比例是3～4∶1，水浴加热至55～75℃，在500～700W的功率下超声处理1～2h，再在2000～4000r/min的转速下离心处理30～50min，倒出上清液后残渣用蒸馏水洗涤至中性，烘干，得纤维素晶须；最后将得到的纤维素晶须加水搅拌制成质量分数为40～45%的悬浊液，在3000～5000r/min的转速下球磨处理2～4h，再在300～600W的功率下超声处理15～30min，得纤维素晶须分散液；
（2）将玻璃纤维、水铝英石混合均匀，粉碎，过筛，然后将过筛后的粉末加水制成质量分数为55～60%的浆液，在400～700W的功率下微波处理10～20min，再在4000～6000r/min的转速下球磨处理1～2h，得复合胶体；
（3）将步骤（1）制得的纤维素晶须分散液与步骤（2）制得的复合胶体混合，充分搅拌均匀，在-50～-30℃ 温度下冷冻2～3h ，随后在-25～-10℃ 温度下冷冻干燥 24～36h，粉碎，过筛，得复合纤维素气凝胶粉末；
（4）将上述制得的复合纤维素气凝胶粉末超声分散于相当于复合纤维素气凝胶粉末质量12～14倍量的水中，再在搅拌下加入相当于复合纤维素气凝胶粉末质量44～48%的苯乙烯、4～7%的碳酸氢钠和1～2%的十二烷基苯磺酸钠，搅拌均匀后在N2保护下，加入过硫酸钾作为引发剂，其质量分数为苯乙烯和十二烷基苯磺酸钠总用量的0.5～0.7%，水浴加热至65～70℃，搅拌反应4～6h，离心分离并水洗，烘干，即得苯乙烯接枝复合纤维素气凝胶；
（5）将玉米芯、白玉石、石墨坩埚废料分别粉碎，过筛后与低密度聚乙烯、全淀粉塑料、新戊二醇二苯甲酸酯、甘油三乙酰基蓖麻醇酸酯以及步骤（4）制得的苯乙烯接枝复合纤维素气凝胶一同加入到高速搅拌机中，搅拌至物料温度达到75～85℃时,再加入余下原料，继续搅拌至物料温度达到85～95℃，停止搅拌，待物料冷却降温至40～50℃时出料，然后将物料投入到双螺杆挤出机中熔融共混，双螺杆挤出机各段温度设定分别为：一区115～135℃、二区120～140℃、三区125～145℃、四区130～150℃、机头135～155℃，然后挤出切粒；
（6）将步骤（5）制得的物料加入到注塑成型机中注塑成型，注塑温度为140～160℃，注塑压力为2～3MPa，注射时间为6～9s，保压时间为3～5s；
（7）将成型后的板材放入超临界CO2发泡高压釜进行发泡，发泡温度为100～120℃，发泡压力为22～26MPa，保压时间为4～7h，即得所需的发泡板材。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107602926A (zh) * 2017-09-25 2018-01-19 常州苏通海平机电科技有限公司 一种玉米芯纤维素薄膜的制备方法

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