CN106751091A - 一种热塑性复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种热塑性复合材料，包括：100重量份的塑料基材；10～43重量份的玉米秸秆纤维粉；1.0～3.0重量份的助剂；所述塑料基材包括回收聚苯乙烯、回收高密度聚乙烯和苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段聚合物。本申请通过在热塑性复合材料中添加玉米秸秆纤维粉，使热塑性复合材料具有环保性，且力学性能较好。

Description

一种热塑性复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种热塑性复合材料及其制备方法。
背景技术
玉米秸杆在禾本科植物中较为粗壮，长度为0.8～3m，直径为2～4.5cm，有明显的节和节间。每亩玉米可产玉米秸秆400～500kg。玉米秸杆主要由叶和茎组成，其中茎又由外皮和髓组成。采用光学显微镜可在玉米茎杆的横截面上看到3种组成：表皮组织、基本薄壁组织和微管组织。
表皮是植物茎杆最外层细胞，是一种长细胞与两个短细胞交替排列，几乎充满SiO2和另一种具有栓质化的细胞组成短细胞。由于矿质化和栓质化，玉米秸表皮含有较多的玉米秸硅化物和蜡质。玉米秸杆中的纤维长度一般在520～1550μm，两端尖削，胞壁上有显著的节纹而少纹孔。
玉米秸的主要成分是纤维素、半纤维素、木质素、粗蛋白、脂肪和水。其中，纤维素是不溶于水的均一聚糖；它是由D-葡萄糖基构成的直链状高分子化合物，纤维素大分子中的D-葡萄糖基之间与纤维素二糖以联结的方式连接，纤维素二糖的C1位上保持着半缩醛的形式，有还原性，而在C4上留有一个自由羟基，纤维素具有特性的X射线图；半纤维素是除纤维素和果胶以外的植物细胞壁聚糖，与纤维素不同，半纤维素是两种或两种以上单糖组成的不均一聚糖，分子量较低，聚合度小，大多带有支链。因此，构成纤维素的主要单糖包括木糖、甘露糖和葡萄糖；构成半纤维素的主要单糖是：半乳糖、阿拉伯糖、木糖葡萄糖、岩藻糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸。
木质素是一种天然的高分子聚合物，是由苯基丙烷结构单元通过醚键和碳-碳键连接而成、具有三维结构的芳香族高分子化合物。玉米秸的木质素属于愈疮木基-紫丁香基木质素类，基本结构单元为愈疮木基和紫丁香基，含有少量的对羟基苯基，紫丁香基与愈创木基之间的比例为0.5～1.0。木质素中主要含有7％～12％的酯基化合物，含碳量达60％～66％。木质素的化学性质不稳定性，使玉米秸较易蒸煮。
目前，热塑性复合材料大多采用纯塑料注塑，消耗大量石化资源、污染环境，关键力学性能也不是很理想。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种热塑性复合材料，本申请提供的热塑性材料成本低，环保性好，且力学性能优异。
有鉴于此，本申请提供了一种热塑性复合材料，包括：
塑料基材 100重量份；
玉米秸秆纤维 10～43重量份；
助剂 1.0～3.0重量份；
所述塑料基材包括回收聚苯乙烯、回收高密度聚乙烯和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物。
优选的，所述塑料基材中，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物为所述回收聚苯乙烯和回收高密度聚乙烯之和的10wt％～30wt％；所述回收聚苯乙烯和回收高密度聚乙烯的质量比为10：(3～10)。
优选的，所述热塑性复合材料中还包括马来酸酐接枝聚丙烯，所述马来酸酐接枝聚丙烯的含量为1.0～4.3重量份。
优选的，所述玉米秸秆纤维的含量为15～43重量份。
优选的，所述助剂包括色素炭黑、抗氧剂和偶联剂中的一种或多种。
优选的，所述助剂包括1.0～2.5重量份的色素炭黑，0.25～0.50重量份的抗氧剂300。
本申请还提供了上述方案所述的热塑性复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将玉米秸秆纤维粉与助剂混合后再加入回收聚苯乙烯、回收高密度聚乙烯与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物；
将所述混合料挤出造粒，得到热塑性复合材料。
优选的，所述玉米秸秆粉与所述助剂混合之前还包括：
将所述玉米秸秆纤维粉进行低速搅拌，再进行高速搅拌，然后加热至100～105℃；
所述低速搅拌的转速为700～800r/min，时间为5～10min，所述高速搅拌的转速为1200～1500r/min，时间为25～30min。
优选的，所述混合的温度为120～127℃。
优选的，所述挤出的温度为120～200℃。
本申请提供了一种热塑性复合材料，其包括：回收聚苯乙烯、回收高密度聚苯乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物、玉米秸秆纤维与助剂，其中，玉米秸秆纤维作为热塑性复合材料的填料，使热塑性复合材料成本低、环保性好；苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物作为增容剂，使塑料基材的相容性改善，从而增强了复合材料的力学性能。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种热塑性复合材料，包括：
塑料基材 100重量份；
玉米秸秆纤维 10～43重量份；
助剂 1.0～3.0重量份；
所述塑料基材包括回收聚苯乙烯、回收高密度聚乙烯和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物。
本申请中的塑料基材为基体原料，对于其来源本申请对此没有特别的限制。作为优选方案，本申请中所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物的含量为所述回收聚苯乙烯和回收高密度聚苯乙烯总量的10wt％～30wt％，示例的，可为12wt％、15wt％、18wt％、20wt％、22wt％、25wt％、28wt％。所述回收聚苯乙烯和回收高密度聚乙烯的质量比优选为10:30～10。
所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物缩写为SBS，本申请所述SBS为热塑性弹性体，其作为塑料基材的相容剂。若本申请中的热塑性复合物中缺少SBS则其力学性能差，表现为热塑性复合材料特别脆弱，容易断裂；但是SBS加入量太多，则对热塑性复合材料的拉伸模量、弯曲模量会降低很多，拉伸强度也会降低。本申请对所述SBS的来源没有特别的限制，为市售产品或按照本领域技术人员熟知的制备方法制备得到。
本申请以玉米秸秆纤维作为热塑性复合材料的填料，其对热塑性复合材料还具有增强作用。所述玉米秸秆纤维的含量为10～43重量份，该含量是以回收聚苯乙烯和回收高密度聚乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物为基准的，所述玉米秸秆的含量优选为10～40重量份，更优选为15～32重量份，示例的，优选为18、20、23、25、28、30或35(重量份)。所述玉米秸秆纤维的细度优选为60～80目。
按照本发明，所述助剂为本领域技术人员熟知的助剂，对此本申请没有特别的限制。作为优选方案，本申请所述助剂包括色素炭黑、抗氧剂、硅烷偶联剂、热稳定剂和光稳定剂中的一种或多种；所述优选为色素炭黑，所述偶联剂优选为KH-550硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂，所述KH-550硅烷偶联剂具体为氨丙基三乙氧基硅烷。所述抗氧剂优选为抗氧剂300(4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)或4,4'-硫代双(6-叔丁基间甲酚))。所述助剂中具体添加何种物质，根据实际需要进行添加。示例的，所述色素炭黑的含量为1.0～2.5重量份，抗氧剂300的含量为0.25～0.50重量份。
本申请通过在热塑性复合材料中添加回收聚苯乙烯、回收高密度聚乙烯、SBS、玉米秸秆纤维与助剂，降低成本的同时，使热塑性复合材料的力学性能较好。本申请所述热塑性复合材料中还优选包括马来酸酐接枝聚丙烯，其作为塑料基材与玉米秸秆纤维粉的高分子偶联剂使用，可进一步提高热塑性复合材料的力学性能。
本申请还提供了一种热塑性复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将玉米秸秆纤维粉与助剂混合后再加入回收聚苯乙烯、回收高密度聚苯乙烯中与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物，得到混合料；
将所述混合料挤出造粒，得到热塑性复合材料。
在制备热塑性复合材料的过程中，作为优选方案，在玉米秸秆纤维粉与助剂混合之前，需要将玉米秸秆纤维粉进行加热除水，在此过程中，优选采用高速混合机(高混机)作为加热处理设备。所述高混机作为加热处理设备，将加热仪表的温度设定为110～130℃，高混机筒体带有夹套，夹套中注有导热油，夹套外套有电加热圈。玉米秸秆纤维粉加热的过程具体为：
将玉米秸秆纤维粉倒入高混机中，关闭上盖，开动低速搅拌，低速搅拌的搅拌桨转数为700～800r/min，搅拌5～10min后开启高速搅拌，转数为1200～1500r/min，时间为25～30min。
待玉米秸秆纤维粉温度为100～105℃加入助剂，温度为120～127℃后开启排料阀。
本发明中所述玉米秸秆纤维粉是玉米秸秆在秋天收获后，自然风吹日晒干燥后去掉根、叶、尘土，再经过皮瓤分离后，抛弃掉玉米秸秆中瓤，将玉米秸秆皮经粉碎机研磨而成的粉状物，其细度为60～80目。
按照本发明，将加热处理及表面处理后的玉米秸秆纤维与回收聚苯乙烯、回收高密度聚乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物、马来酸酐接枝聚丙烯，再次常温下混合5～10min，得到混合料。
本申请然后将所述混合料挤出造粒，得到热塑性复合材料。具体的实验步骤为，将混合料倒入双螺杆挤出机料斗中，开动挤出机主机及喂料机，挤出温度为120～200℃。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的热塑性复合材料，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
将玉米秸秆纤维粉倒入高混机中，关闭上盖，开动低速搅拌，低速搅拌的搅拌桨转数为750r/min，低速搅拌5min后开动高速搅拌，转数为1500r/min，时间为25min；
待秸秆粉温度达到100～105℃时，加入助剂，温度达到120～127℃后开启排料阀，排出秸秆纤维粉；
将加热处理及表面处理后的秸秆纤维粉与塑料基体与弹性体再次高速混合，常温下混合5min，得到混合料；
将得到的混合料倒入双螺杆挤出机料斗中，再开动挤出机主机与喂料机，挤出温度为120～200℃，得到热塑性复合材料。
实施例2～4
与实施例1的制备方法相同，区别在于：热塑性复合材料的组分及含量不同，具体如表1所示。
检测实施例2～4的热塑性复合材料的性能，检测结果如表2所示。
表1热塑性复合材料各组分的数据表
注：实施例4中加有光亮分散剂，为秸秆纤维粉的5％，3重量份；PS是聚苯乙烯英文缩写，SBS YH-792购自巴陵石化，是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物英文缩写。
表2实施例制备的热塑性复合材料的性能数据表
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种热塑性复合材料，包括：
塑料基材 100重量份；
玉米秸秆纤维 10～43重量份；
助剂 1.0～3.0重量份；
所述塑料基材包括回收聚苯乙烯、回收高密度聚乙烯和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物。
2.根据权利要求1所述的热塑性复合材料，其特征在于，所述塑料基材中，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物为所述回收聚苯乙烯和回收高密度聚乙烯之和的10wt％～30wt％；所述回收聚苯乙烯和回收高密度聚乙烯的质量比为10：(3～10)。
3.根据权利要求1所述的热塑性复合材料，其特征在于，所述热塑性复合材料中还包括马来酸酐接枝聚丙烯，所述马来酸酐接枝聚丙烯的含量为1.0～4.3重量份。
4.根据权利要求1所述的热塑性复合材料，其特征在于，所述玉米秸秆纤维的含量为15～43重量份。
5.根据权利要求1所述的热塑性复合材料，其特征在于，所述助剂包括色素炭黑、抗氧剂和偶联剂中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的热塑性复合材料，其特征在于，所述助剂包括1.0～2.5重量份的色素炭黑，0.25～0.50重量份的抗氧剂300。
7.权利要求1所述的热塑性复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将玉米秸秆纤维粉与助剂混合后再加入回收聚苯乙烯、回收高密度聚乙烯与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物；
将所述混合料挤出造粒，得到热塑性复合材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述玉米秸秆粉与所述助剂混合之前还包括：
将所述玉米秸秆纤维粉进行低速搅拌，再进行高速搅拌，然后加热至100～105℃；
所述低速搅拌的转速为700～800r/min，时间为5～10min，所述高速搅拌的转速为1200～1500r/min，时间为25～30min。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述混合的温度为120～127℃。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述挤出的温度为120～200℃。
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