CN108178870A - 一种注塑级聚丙烯木塑微发泡复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种注塑级聚丙烯木塑微发泡复合材料及其制备方法，由聚丙烯木塑复合材料与化学发泡剂按照合适的配比混合均匀加入注塑机，采用二次开模注塑成型，制备聚丙烯木塑微发泡复合材料，其中聚丙烯木塑复合材料由聚丙烯55‑84份、高支化度聚丙烯3‑10份、相容剂3‑5份、改性木粉10‑30份、抗氧剂0.2‑0.4份、润滑剂0.5‑1份、其他助剂0‑2份制备而成。本发明聚丙烯木塑微发泡复合材料具有密度小、力学强度高、成本低等特点，作为新型的环境友好型材料可取代木材，在建材、包装运输、汽车工业等领域中具有广泛的应用。

Description

一种注塑级聚丙烯木塑微发泡复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于木塑材料技术领域，具体涉及一种注塑级聚丙烯木塑微发泡复合材料及其制备方法
技术背景
近年来全球上森林资源逐渐减少，木材供应量逐年紧缺，木塑复合材料正蓬勃兴起，其以木粉与热塑性聚合物如聚丙烯(聚丙烯)、聚乙烯(PE)、聚乳酸(PLA)、聚氯乙烯(PVC)为主要原料，通过挤出、热压、注塑等方法制备而成，综合了木质材料与热塑性聚合物的双重优势，具有美观、成本低、防腐、易于加工等优点，在建材、包装运输、汽车工业等领域，作为一种新型的环境友好型材料取代木材，对解决世界森林资源贫乏与木材供应紧缺的矛盾具有深远的社会意义。
将微孔引入聚丙烯基木塑复合材料中形成发泡型木塑材料，不仅能降低材料密度、还能提高材料的比强度、隔音、隔热等性能，与木塑复合产品相比，发泡型木塑复合产品显著降低产品重量，降低成本、符合降重降本的轻量化趋势，然而聚丙烯属于线性结晶型结构，软化点与熔点接近，造成聚丙烯熔体强度低，气体难以被熔体包覆，引起泡孔并泡、串泡，塌陷等缺陷，严重影响聚丙烯发泡材料的应用，此外木粉表面含有大量的醇羟基和酚羟基，易形成分子间或分子内氢键，使木粉具有很强的极性和吸收性，而聚丙烯属于非极性，具有疏水性，二者极性相差很大，木粉在聚丙烯基体中难以分散，易于团聚，直接影响发泡型木塑复合材料的力学性能，限制发泡型木塑复合材料的应用发展。
中国发明专利CN 101962455 A公开了一种质轻、强度及韧性高、成本低的注塑型微发泡木塑复合材料，中国发明专利CN106700262 A公开了一种聚丙烯木塑微发泡复合材料及其制备方法，获得了一种密度低、强度高、可替代木材，产品平整不易翘曲，外观性能良好的聚丙烯木塑微发泡复合材料，均采用偶氮二甲酰胺(AC)为气源制备成发泡材料，偶氮类化合物具有一定毒性，分解产生刺激性气味，不符合绿色、环保的发展方向。碳酸氢钠类发泡剂作为一款经济环保型发泡剂，价廉无毒，分解温和，易于控制，对环境无污染，已在微发泡产品中被广泛的使用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决聚丙烯熔体强度低，熔体难以包覆气体而引起并泡、串泡等缺陷，同时解决聚丙烯与木粉相容性差，提高木粉的分散问题。本发明提供一种注塑级聚丙烯木塑微发泡复合材料及其制备方法。
一种注塑级聚丙烯木塑微发泡复合材料，由下列原料按重量百分比制备而成：
聚丙烯木塑复合材料97-98％
化学发泡剂2-3％
其中所述的聚丙烯木塑复合材料由下列原料按重量份制备而成：
进一步方案，所述化学发泡剂为碳酸氢钠被LDPE包覆的化学发泡剂。
进一步方案，所述的聚丙烯为均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯的至少一种。
进一步方案，所述高支化度聚丙烯，在230℃，2.16kg的测试条件下，熔体流动速率为7g/10min。
进一步方案，所述的相容剂是聚丙烯接枝马来酸酐，其接枝率在1.5-2.0％。
进一步方案，所述的改性木粉为木粉经过长链烷基硅烷偶联剂改性所得。
进一步方案，所述的木粉为柚木粉、桦木粉、杨木粉、松木粉、柳桉木粉、杉木粉、刺柏木粉的至少一种，其颗粒尺寸为60-80目。
进一步方案，所述的长链烷基硅烷偶联剂为十二烷基三甲氧基硅烷偶联剂、十六烷基三甲氧基硅烷偶联剂、十二烷基二甲氧基硅烷偶联剂的至少一种。
进一步方案，所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、硫代硫酸酯类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；
所述受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1010，所述硫代硫酸酯类抗氧剂为抗氧剂DLTP，所述亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168。
进一步方案，所述的润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、EBS、石蜡的至少一种；所述其他助剂为紫外光吸收剂、表面光亮剂、光稳定剂、抗静电剂或着色剂的至少一种。
本发明的另一个目的是提供上述注塑级聚丙烯木塑微发泡复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取90-96份木粉、4-10份长链烷基硅烷偶联剂加入100mL乙醇：水体积为90:10的溶液中，室温搅拌10-30min，升温至50-60℃恒温搅拌24-48h，离心分离，用去离子水洗涤3-5次，将离心产物50-80℃真空干燥24-48h，干燥后的产物进行研磨，最终得到改性木粉；
(2)称取步骤(1)制备的改性木粉10-30份，以及聚丙烯65-84份、高支化度聚丙烯3-10份、相容剂3-5份、抗氧剂0.2-0.4份、润滑剂0.5-1份、其他助剂0-2份加入高速混合机中搅拌至均匀，然后投入同向双螺杆挤出机后，经过熔融挤出，造粒，制得聚丙烯木塑复合材料；其中挤出机的挤出温度为150-160℃，螺杆转速为350-400r/min，真空度为-0.06—-0.08MPa；
(3)将97-98wt％的聚丙烯木塑复合材料与2-3wt％的化学发泡剂混合均匀后加入注塑机，采用二次开模注塑成型，制备出聚丙烯木塑微发泡复合材料，其中注塑温度为160-170℃。
本发明的有益效果：
采用高支化度聚丙烯为发泡改良剂，其支化结构与线性聚丙烯链段相互缠结，有效提高聚丙烯的熔体强度。木粉通过长链烷基硅烷偶联剂对其表面接枝处理，增强其表面的亲油性，减低木粉的吸水性，添加到树脂基体中，改性木粉裸露的长链烷基与树脂基体相互缠结，增强木粉与聚丙烯的界面结合力，提高木粉的分散性，从而显著提高聚丙烯的力学性能、耐热性。发泡过程中，气体以均匀分散的木粉为泡核，形成致密的成核点，复合基体的熔体有效支撑泡孔生长，从而获得泡孔致密、均匀的微发泡木塑复合材料。
本发明聚丙烯木塑微发泡复合材料具有密度小、力学强度高、成本低等特点，作为新型的环境友好型材料可取代木材，在建材、包装运输、汽车工业等领域中具有广泛的应用。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
本实施例中的注塑级聚丙烯木塑微发泡复合材料是由下列原料按照重量百分比组成：
聚丙烯木塑复合材料98％
碳酸氢钠被LDPE包覆的化学发泡剂2％
其中所述的聚丙烯木塑复合材料由下列原料按重量份组成：
具体制备方法包括以下步骤：
(1)称取96份桦木粉、4份十二烷基三甲氧基硅烷偶联剂加入100mL乙醇：水体积为90:10的溶液中，室温搅拌10min，升温至50℃恒温搅拌24h，离心分离，用去离子水洗涤3次，将离心产物50℃真空干燥24h，干燥后的产物进行研磨，最终得到改性桦木粉；
(2)称取步骤(1)制备的改性桦木粉10份，均聚聚丙烯64份、共聚聚丙烯20份、高支化度聚丙烯3份、聚丙烯接枝马来酸酐3份、抗氧剂1010 0.1份、抗氧剂168 0.1份、聚乙烯蜡0.5份加入高速混合机中搅拌至均匀，然后投入同向双螺杆挤出机后，经过熔融挤出，造粒，制得聚丙烯木塑复合材料；其中挤出机的挤出温度为150-160℃，螺杆转速为350-400r/min，真空度为-0.06—-0.08MPa；
(3)将98wt％的聚丙烯木塑复合材料与2wt％的化学发泡剂混合均匀后加入注塑机，采用二次开模注塑成型，制备出聚丙烯木塑微发泡复合材料，其中注塑温度为160-170℃。
实施例2
本实施例中的注塑级聚丙烯木塑微发泡复合材料是由下列原料按照重量百分比组成：
聚丙烯木塑复合材料97％
碳酸氢钠被LDPE包覆的化学发泡剂3％
其中所述的聚丙烯木塑复合材料由下列原料按重量份组成：
具体制备方法包括以下步骤：
(1)称取90份杨木粉、10份十六烷基三甲氧基硅烷偶联剂加入100mL乙醇：水体积为90:10的溶液中，室温搅拌20min，然后升温至55℃恒温搅拌36h，离心分离，用去离子水洗涤4次，将离心产物60℃真空干燥36h，干燥后的产物进行研磨，最终得到改性杨木粉；
(2)称取步骤(1)制备的改性杨木粉20份，均聚聚丙烯50份、无规共聚聚丙烯20份、高支化度聚丙烯5份、聚丙烯接枝马来酸酐5份、抗氧剂1010 0.2份、抗氧剂168 0.2份、石蜡1份加入高速混合机中搅拌至均匀，然后投入同向双螺杆挤出机后，经过熔融挤出，造粒，制得聚丙烯木塑复合材料；其中挤出机的挤出温度为150-160℃，螺杆转速为350-400r/min，真空度为-0.06—-0.08MPa；
(3)将97wt％的聚丙烯木塑复合材料与3wt％的化学发泡剂混合均匀后加入注塑机，采用二次开模注塑成型，制备出聚丙烯木塑微发泡复合材料，其中注塑温度为160-170℃。
实施例3
本实施例中的注塑级聚丙烯木塑微发泡复合材料是由下列原料按照重量百分比组成：
聚丙烯木塑复合材料97％
碳酸氢钠被LDPE包覆的化学发泡剂3％
其中所述的聚丙烯木塑复合材料由下列原料按重量份组成：
具体制备方法包括以下步骤：
(1)称取93份杨木粉、7份十六烷基三甲氧基硅烷偶联剂加入100mL乙醇：水体积为90:10的溶液中，室温搅拌30min，升温至60℃恒温搅拌48h，离心分离，用去离子水洗涤5次，将离心产物80℃真空干燥24-48h，干燥后的产物进行研磨，最终得到改性杨木粉；
(2)称取步骤(1)制备的改性杨木粉30份，均聚聚丙烯40份、共聚聚丙烯15份、高支化度聚丙烯10份、聚丙烯接枝马来酸酐5份、抗氧剂DLTP 0.15份、抗氧剂168 0.15份、石蜡0.75份、紫外光吸收剂0.5份、光稳定剂0.5份、着色剂1份加入高速混合机中搅拌至均匀，然后投入同向双螺杆挤出机后，经过熔融挤出，造粒，制得聚丙烯木塑复合材料；其中挤出机的挤出温度为150-160℃，螺杆转速为350-400r/min，真空度为-0.06—-0.08MPa；
(3)将97wt％的聚丙烯木塑复合材料与3wt％的化学发泡剂混合均匀后加入注塑机，采用二次开模注塑成型，制备出聚丙烯木塑微发泡复合材料，其中注塑温度为160-170℃。
对比例
本对比例中的聚丙烯木塑微发泡复合材料是由下列原料按照重量百分比组成：
聚丙烯木塑复合材料97％
碳酸氢钠被LDPE包覆的化学发泡剂3％
其中所述的聚丙烯木塑复合材料由下列原料按重量份组成：
具体制备方法包括以下步骤：
(1)称取均聚聚丙烯45份、共聚聚丙烯30份、聚丙烯接枝马来酸酐5份、杨木粉20份、抗氧剂1010 0.15份、抗氧剂168 0.15份、聚乙烯蜡0.75份加入高速混合机中搅拌至均匀，然后投入同向双螺杆挤出机后，经过熔融挤出，造粒，制得聚丙烯木塑复合材料；其中挤出机的挤出温度为150-160℃，螺杆转速为350-400r/min，真空度为-0.06—-0.08MPa。
(2)将97wt％的聚丙烯木塑复合材料与3wt％的化学发泡剂混合均匀后加入注塑机，采用二次开模注塑成型，制备出聚丙烯木塑微发泡复合材料，其中注塑温度为160-170℃。
将上述实施例1-3以及对比例制得的聚丙烯复合材料主要物性指标根据相关检测标准测试，其泡孔平均直径、密度、拉伸强度、缺口冲击强度、弯曲强度、弯曲模量的检测方法与检测结果如下表所示：
检测方法 实施例1 实施例2 实施例3 对比例
泡孔平均直径(um) Image图像处理 63 55 49 139
密度g/cm3 GB-T1033.1-2008 0.71 0.735 0.763 0.936
拉伸强度(MPa) GB/T1040-2006 24.3 26.5 28.3 20.6
缺口冲击强度(KJ/m2) GB/T1043-1993 6.5 6.9 7.8 4.4
弯曲强度(MPa) GB/T9341-2000 30 33 36 25.6
弯曲模量(MPa) GB/T9341-2000 1756 1903 2245 1421
如在本发明的制备组份中添加紫外光吸收剂、光稳定剂、抗静电剂、着色剂等功能助剂，使复合材料具有相应特性亦受本发明保护。
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
从表中实施例与对比例数据可以看出，加入高支化度聚丙烯，其支化结构与聚丙烯链段相互缠结，有效提高聚丙烯基体的熔体强度，改善聚丙烯的发泡性能。木粉采用长链烷基硅烷偶联剂接枝处理，增加与聚丙烯的界面结合度，促进木粉在基体中均匀分散，有效提高聚丙烯的力学性能，随着改性木粉含量的增加，复合材料的拉伸强度、弯曲强度和模量增长比较明显。聚丙烯木塑复合材料与发泡剂搅拌均匀后加入注塑机，经过二次开模注塑成型，气体以改性木粉为泡核，形成致密的成核点，基体熔体有效支撑泡孔生长，从而获得泡孔致密、均匀的微发泡木塑复合材料。本发明微发泡型木塑复合材料具有密度小、力学强度高、成本低等特点，作为新型的环境友好型材料可取代木材，在建材、包装运输、汽车工业等领域中具有广泛的应用。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种注塑级聚丙烯木塑微发泡复合材料，其特征在于：由下列原料按重量百分比制备而成：
聚丙烯木塑复合材料 97-98%，
化学发泡剂 2-3%；
其中所述的聚丙烯木塑复合材料由下列原料按重量份制备而成：
聚丙烯 55-84份，
高支化度聚丙烯 3-10份，
相容剂 3-5份 ，
改性木粉 10-30份，
抗氧剂 0.2-0.4份，
润滑剂 0.5-1份，
其他助剂 0-2份。
2.根据权利要求1所述的注塑级聚丙烯木塑微发泡复合材料，其特征在于：所述化学发泡剂为碳酸氢钠被LDPE包覆的化学发泡剂。
3.根据权利要求1所述的注塑级聚丙烯木塑微发泡复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯为均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯的至少一种。
4.根据权利要求1所述的注塑级聚丙烯木塑微发泡复合材料，其特征在于：所述高支化度聚丙烯，在230℃，2.16kg的测试条件下，熔体流动速率为7g/10min。
5.根据权利要求1所述的注塑级聚丙烯木塑微发泡复合材料，其特征在于：其特征在于：所述的相容剂是聚丙烯接枝马来酸酐，其接枝率在1.5-2.0%。
6.根据权利要求1所述的注塑级聚丙烯木塑微发泡复合材料，其特征在于：所述的改性木粉为木粉经过长链烷基硅烷偶联剂改性所得；所述的木粉为柚木粉、桦木粉、杨木粉、松木粉、柳桉木粉、杉木粉、刺柏木粉的至少一种，其颗粒尺寸为60-80目；所述的长链烷基硅烷偶联剂为十二烷基三甲氧基硅烷偶联剂、十六烷基三甲氧基硅烷偶联剂、十二烷基二甲氧基硅烷偶联剂的至少一种。
7.根据权利要求1所述的注塑级聚丙烯木塑微发泡复合材料，其特征在于：所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、硫代硫酸酯类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；
所述受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1010，所述硫代硫酸酯类抗氧剂为抗氧剂DLTP，所述亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168。
8.根据权利要求1所述的注塑级聚丙烯木塑微发泡复合材料，其特征在于：所述的润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、EBS、石蜡的至少一种；所述其他助剂为紫外光吸收剂、表面光亮剂、光稳定剂、抗静电剂或着色剂的至少一种。
9.制备权利要求1所述的注塑级聚丙烯木塑微发泡复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）称取90-96份木粉、4-10份长链烷基硅烷偶联剂加入100mL乙醇：水体积为90:10的溶液中，室温搅拌10-30min，升温至50-60℃恒温搅拌24-48h，离心分离，用去离子水洗涤3-5次，将离心产物50-80℃真空干燥24-48h，干燥后的产物进行研磨，最终得到改性木粉；
（2）称取步骤（1）制备的改性木粉10-30份，以及聚丙烯 55-84份、高支化度聚丙烯 3-10份、相容剂3-5份、抗氧剂0.2-0.4份、润滑剂0.5-1份、其他助剂0-2份加入高速混合机中搅拌至均匀，然后投入同向双螺杆挤出机后，经过熔融挤出，造粒，制得聚丙烯木塑复合材料；其中挤出机的挤出温度为150-160℃，螺杆转速为350-400r/min，真空度为-0.06—-0.08MPa；
（3）将97-98wt%的聚丙烯木塑复合材料与2-3wt%的化学发泡剂混合均匀后加入注塑机，采用二次开模注塑成型，制备出聚丙烯木塑微发泡复合材料，其中注塑温度为160-170℃。
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