CN108586875A - 一种天然纤维改性增强剂、增强剂制备方法、制备的复合材料及其复合材料制备方法 - Google Patents

一种天然纤维改性增强剂、增强剂制备方法、制备的复合材料及其复合材料制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种天然纤维改性增强剂，包括下述重量份组成：氧化聚乙烯蜡：20～40份、乳化剂：1～5份、溶剂：100份、纳米纤维素：10～50份。本发明的天然纤维感改性增强剂，可以提高材料整体的力学性能。

Description

一种天然纤维改性增强剂、增强剂制备方法、制备的复合材料 及其复合材料制备方法
技术领域
本发明涉及一种高分子材料，更具体的说是涉及一种天然纤维改性增强剂、增强剂制备方法、制备的复合材料及其复合材料制备方法。
背景技术
随着地球资源日益枯竭和环境污染逐渐加重，加快资源综合利用和开发生物基复合材料势在必行。纤维素是地球上广泛的资源，纤维素在木材、棉、麻、以及其他植物组织结构中作为增强相存在。当纤维素具有纳米尺度时，称为纳米纤维素(nano-cellulose)，其粒径一般在30～100nm之间，其比表面积很大，可以长期稳定地分散在溶剂体系形成准交替分散体系，在水中分散形成稳定的纳米纤维素胶体。纳米纤维素质轻、力学性能优异、透光性佳、生物降解性和可再生性也是其他增强材料无法与之相比的。普通有机聚合物膜片的杨氏模量一般在5GPa以下，而纯纳米纤维素制成干膜，其杨氏模量可超过140GPa，抗张强度117MPa，如此高的杨氏模量是由于纳米级超细纤维丝的高结晶度和纤维之间的强大拉力所造成的。纳米纤维素复合物的强度高，热膨胀系数低，透光率高，是一种真正的可再生、环境友好、性能优越的新型材料。
由于纤维素具有分子内氢键，在与热塑性塑料进行加热混合时通常会聚集在一起，导致纤维素在塑料基体中不能均匀地分散，两者界面之间不能很好地结合，这使得应力在界面不能有效地传递，所制复合材料的影响复合材料的综合性能。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种能够均匀分散的天然纤维改性增强剂。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种天然纤维改性增强剂，
包括下述重量份组成：
氧化聚乙烯蜡：20～40份
乳化剂：1～5份
溶剂：100份
纳米纤维素：10～50份。
作为本发明的进一步改进：
所述乳化剂为OP-10和吐温80的混合物。
作为本发明的进一步改进：
所述乳化剂为质量比为1∶1的OP-10和吐温80的混合物。
作为本发明的进一步改进：
所述溶剂为水。
作为本发明的另一发明目的，提高一种天然纤维改性增强剂的制备方法，包括下述步骤：
步骤一：称取氧化聚乙烯蜡、乳化剂加入三口瓶中，熔化后搅拌，低速搅拌下缓慢加入水，加完后100℃条件下保温搅拌30min，用氨水调节pH为8.5，停止加热，搅拌至室温即可，制成氧化聚乙烯蜡乳液备用；
步骤二：然后取纳米纤维素悬浮液用高速分散器分散10min，把打散的纳米纤维素添加到氧化聚乙烯蜡乳液中，使纳米纤维素均匀分散在氧化聚乙烯蜡乳液中，得到分散液；
步骤三：将分散液倒入冷冻干燥机的干燥盘上，冻干后得到得到增强剂，且改性剂呈絮状。
作为本发明的进一步改进：
所述步骤一中加入的水为90℃的热水。
作为本发明的另一发明目的，提供一种天然纤维改性增强剂制备的复合材料，
包括下述重量份组成：
高分子树脂：100份；
增强剂：10～30份。
作为本发明的进一步改进：
所述高分子树脂采用HDPE。
作为本发明的另一发明目的，提供一种复合材料的制备方法，
将高分子材料和增强剂按比例用高速粉碎机混合1min，再将混合粉末在微型双螺杆挤出机180℃，循环模式下混炼10min，最后用微型注塑下制成复合材料。
通过本发明的技术方案，含有纳米纤维素的增强剂，对于塑料的力学强度的增强有着明显的作用，通过氧化聚乙烯蜡、乳化剂的加入，在此中氧化聚乙烯蜡和乳化剂的作用相当于给纳米纤维素提供了载体，能够使得纳米纤维素和高分子材料的相容性更好，在进行加工的过程中，能够充分均匀地分布在高分子材料的分子结构中，在乳化剂的选择上选择OP-10和吐温80两者乳化剂的共同使用，这样可以带来更好的效果。同时，在实验数据中也可以的出，本申请技术方案的高分子材料，其断裂强度明显提高，并且结晶度也有很大程度的提高，这也说明增强剂和高分子材料本体的相容性较好，整体分散较为均匀。从而，在很大程度上保证了材料不会发生局部效果较好以及局部效果较差的不稳定现象，从而导致材料整体效果不佳的问题。
具体实施方式
实施例一：
一种天然纤维改性增强剂，
包括下述重量份组成：
氧化聚乙烯蜡：20份
乳化剂：3份
溶剂：100份
纳米纤维素：50份。
所述乳化剂为OP-10和吐温80的混合物。
所述乳化剂为质量比为1∶1的OP-10和吐温80的混合物。
所述溶剂为水。
一种天然纤维改性增强剂的制备方法，包括下述步骤：
步骤一：称取氧化聚乙烯蜡、乳化剂加入三口瓶中，熔化后搅拌，低速搅拌下缓慢加入水，加完后100℃条件下保温搅拌30min，用氨水调节pH为8.5，停止加热，搅拌至室温即可，制成氧化聚乙烯蜡乳液备用；
步骤二：然后取纳米纤维素悬浮液用高速分散器分散10min，把打散的纳米纤维素添加到氧化聚乙烯蜡乳液中，使纳米纤维素均匀分散在氧化聚乙烯蜡乳液中，得到分散液；
步骤三：将分散液倒入冷冻干燥机的干燥盘上，冻干后得到得到增强剂，且改性剂呈絮状。
所述步骤一中加入的水为90℃的热水。
种天然纤维改性增强剂制备的复合材料，包括下述重量份组成：
高分子树脂：100份；
增强剂：30份。
所述高分子树脂采用HDPE。
一种复合材料的制备方法，
将高分子材料和增强剂按比例用高速粉碎机混合1min，再将混合粉末在微型双螺杆挤出机180℃，循环模式下混炼10min，最后用微型注塑下制成复合材料。
实施例二：
一种天然纤维改性增强剂，
包括下述重量份组成：
氧化聚乙烯蜡：30份
乳化剂：3份
溶剂：100份
纳米纤维素：50份。
所述乳化剂为OP-10和吐温80的混合物。
所述乳化剂为质量比为1∶1的OP-10和吐温80的混合物。
所述溶剂为水。
一种天然纤维改性增强剂的制备方法，包括下述步骤：
步骤一：称取氧化聚乙烯蜡、乳化剂加入三口瓶中，熔化后搅拌，低速搅拌下缓慢加入水，加完后100℃条件下保温搅拌30min，用氨水调节pH为8.5，停止加热，搅拌至室温即可，制成氧化聚乙烯蜡乳液备用；
步骤二：然后取纳米纤维素悬浮液用高速分散器分散10min，把打散的纳米纤维素添加到氧化聚乙烯蜡乳液中，使纳米纤维素均匀分散在氧化聚乙烯蜡乳液中，得到分散液；
步骤三：将分散液倒入冷冻干燥机的干燥盘上，冻干后得到得到增强剂，且改性剂呈絮状。
所述步骤一中加入的水为90℃的热水。
种天然纤维改性增强剂制备的复合材料，包括下述重量份组成：
高分子树脂：100份；
增强剂：30份。
所述高分子树脂采用HDPE。
一种复合材料的制备方法，
将高分子材料和增强剂按比例用高速粉碎机混合1min，再将混合粉末在微型双螺杆挤出机180℃，循环模式下混炼10min，最后用微型注塑下制成复合材料。
实施例三：
一种天然纤维改性增强剂，
包括下述重量份组成：
氧化聚乙烯蜡：40份
乳化剂：1份
溶剂：100份
纳米纤维素：30份。
所述乳化剂为OP-10和吐温80的混合物。
所述乳化剂为质量比为1∶1的OP-10和吐温80的混合物。
所述溶剂为水。
一种天然纤维改性增强剂的制备方法，包括下述步骤：
步骤一：称取氧化聚乙烯蜡、乳化剂加入三口瓶中，熔化后搅拌，低速搅拌下缓慢加入水，加完后100℃条件下保温搅拌30min，用氨水调节pH为8.5，停止加热，搅拌至室温即可，制成氧化聚乙烯蜡乳液备用；
步骤二：然后取纳米纤维素悬浮液用高速分散器分散10min，把打散的纳米纤维素添加到氧化聚乙烯蜡乳液中，使纳米纤维素均匀分散在氧化聚乙烯蜡乳液中，得到分散液；
步骤三：将分散液倒入冷冻干燥机的干燥盘上，冻干后得到得到增强剂，且改性剂呈絮状。
所述步骤一中加入的水为90℃的热水。
种天然纤维改性增强剂制备的复合材料，包括下述重量份组成：
高分子树脂：100份；
增强剂：30份。
所述高分子树脂采用HDPE。
一种复合材料的制备方法，
将高分子材料和增强剂按比例用高速粉碎机混合1min，再将混合粉末在微型双螺杆挤出机180℃，循环模式下混炼10min，最后用微型注塑下制成复合材料。
实施例四：
一种天然纤维改性增强剂，
包括下述重量份组成：
氧化聚乙烯蜡：40份
乳化剂：1份
溶剂：100份
纳米纤维素：30份。
所述乳化剂为OP-10。
所述溶剂为水。
一种天然纤维改性增强剂的制备方法，包括下述步骤：
步骤一：称取氧化聚乙烯蜡、乳化剂加入三口瓶中，熔化后搅拌，低速搅拌下缓慢加入水，加完后100℃条件下保温搅拌30min，用氨水调节pH为8.5，停止加热，搅拌至室温即可，制成氧化聚乙烯蜡乳液备用；
步骤二：然后取纳米纤维素悬浮液用高速分散器分散10min，把打散的纳米纤维素添加到氧化聚乙烯蜡乳液中，使纳米纤维素均匀分散在氧化聚乙烯蜡乳液中，得到分散液；
步骤三：将分散液倒入冷冻干燥机的干燥盘上，冻干后得到得到增强剂，且改性剂呈絮状。
所述步骤一中加入的水为90℃的热水。
种天然纤维改性增强剂制备的复合材料，包括下述重量份组成：
高分子树脂：100份；
增强剂：30份。
所述高分子树脂采用HDPE。
一种复合材料的制备方法，
将高分子材料和增强剂按比例用高速粉碎机混合1min，再将混合粉末在微型双螺杆挤出机180℃，循环模式下混炼10min，最后用微型注塑下制成复合材料。
实施例五：
一种天然纤维改性增强剂，
包括下述重量份组成：
氧化聚乙烯蜡：40份
乳化剂：1份
溶剂：100份
纳米纤维素：30份。
所述乳化剂为吐温80的混合物。
所述溶剂为水。
一种天然纤维改性增强剂的制备方法，包括下述步骤：
步骤一：称取氧化聚乙烯蜡、乳化剂加入三口瓶中，熔化后搅拌，低速搅拌下缓慢加入水，加完后100℃条件下保温搅拌30min，用氨水调节pH为8.5，停止加热，搅拌至室温即可，制成氧化聚乙烯蜡乳液备用；
步骤二：然后取纳米纤维素悬浮液用高速分散器分散10min，把打散的纳米纤维素添加到氧化聚乙烯蜡乳液中，使纳米纤维素均匀分散在氧化聚乙烯蜡乳液中，得到分散液；
步骤三：将分散液倒入冷冻干燥机的干燥盘上，冻干后得到得到增强剂，且改性剂呈絮状。
所述步骤一中加入的水为90℃的热水。
种天然纤维改性增强剂制备的复合材料，包括下述重量份组成：
高分子树脂：100份；
增强剂：30份。
所述高分子树脂采用HDPE。
一种复合材料的制备方法，
将高分子材料和增强剂按比例用高速粉碎机混合1min，再将混合粉末在微型双螺杆挤出机180℃，循环模式下混炼10min，最后用微型注塑下制成复合材料。
对比例一：
种天然纤维改性增强剂制备的复合材料，包括下述重量份组成：
高分子树脂：100份；
增强剂：30份。
增强剂为30％的纳米纤维素水溶液。
所述高分子树脂采用HDPE。
一种复合材料的制备方法，
将高分子材料和增强剂按比例用高速粉碎机混合1min，再将混合粉末在微型双螺杆挤出机180℃，循环模式下混炼10min，最后用微型注塑下制成复合材料。
对比例二：
实施例三：
一种天然纤维改性增强剂，
包括下述重量份组成：
氧化聚乙烯蜡：40份
乳化剂：1份
溶剂：100份
所述乳化剂为OP-10和吐温80的混合物。
所述乳化剂为质量比为1∶1的OP-10和吐温80的混合物。
所述溶剂为水。
一种改性增强剂的制备方法，包括下述步骤：
步骤一：称取氧化聚乙烯蜡、乳化剂加入三口瓶中，熔化后搅拌，低速搅拌下缓慢加入水，加完后100℃条件下保温搅拌30min，用氨水调节pH为8.5，停止加热，搅拌至室温即可，制成氧化聚乙烯蜡乳液备用；
步骤二：将分散液倒入冷冻干燥机的干燥盘上，冻干后得到得到增强剂。
所述步骤一中加入的水为90℃的热水。
种天然纤维改性增强剂制备的复合材料，包括下述重量份组成：
高分子树脂：100份；
增强剂：30份。
所述高分子树脂采用HDPE。
一种复合材料的制备方法，
将高分子材料和增强剂按比例用高速粉碎机混合1min，再将混合粉末在微型双螺杆挤出机180℃，循环模式下混炼10min，最后用微型注塑下制成复合材料。
将实施例和对比例进行力学测试、熔点测试、结晶度测试：
断裂强度 熔点 结晶度
实施例一 43MPa 135 55.3％
实施例二 40MPa 135 51.2％
实施例三 42MPa 135 52.2％
实施例四 35MPa 132 45.2％
实施例五 32MPa 132 42.8％
对比例一 29MPa 130 38.7％
对比例二 22MPa 130 35.1％
通过本发明的技术方案，含有纳米纤维素的增强剂，对于塑料的力学强度的增强有着明显的作用，通过氧化聚乙烯蜡、乳化剂的加入，在此中氧化聚乙烯蜡和乳化剂的作用相当于给纳米纤维素提供了载体，能够使得纳米纤维素和高分子材料的相容性更好，在进行加工的过程中，能够充分均匀地分布在高分子材料的分子结构中，在乳化剂的选择上选择OP-10和吐温80两者乳化剂的共同使用，这样可以带来更好的效果。同时，在实验数据中也可以的出，本申请技术方案的高分子材料，其断裂强度明显提高，并且结晶度也有很大程度的提高，这也说明增强剂和高分子材料本体的相容性较好，整体分散较为均匀。从而，在很大程度上保证了材料不会发生局部效果较好以及局部效果较差的不稳定现象，从而导致材料整体效果不佳的问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种天然纤维改性增强剂，其特征在于：
包括下述重量份组成：
氧化聚乙烯蜡：20～40份
乳化剂：1～5份
溶剂：100份
纳米纤维素：10～50份。
2.根据权利要求1所述的一种天然纤维改性增强剂，其特征在于：
所述乳化剂为OP-10和吐温80的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种天然纤维改性增强剂，其特征在于：
所述乳化剂为质量比为1∶1的OP-10和吐温80的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种天然纤维改性增强剂，其特征在于：
所述溶剂为水。
5.如权利要求1至4所述的天然纤维改性增强剂的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：
步骤一：称取氧化聚乙烯蜡、乳化剂加入三口瓶中，熔化后搅拌，低速搅拌下缓慢加入水，加完后100℃条件下保温搅拌30min，用氨水调节pH为8.5，停止加热，搅拌至室温即可，制成氧化聚乙烯蜡乳液备用；
步骤二：然后取纳米纤维素悬浮液用高速分散器分散10min，把打散的纳米纤维素添加到氧化聚乙烯蜡乳液中，使纳米纤维素均匀分散在氧化聚乙烯蜡乳液中，得到分散液；
步骤三：将分散液倒入冷冻干燥机的干燥盘上，冻干后得到得到增强剂，且改性剂呈絮状。
6.根据权利要求5所述的天然纤维改性增强剂的制备方法，其特征在于：所述步骤一中加入的水为90℃的热水。
7.如权利要求1至6所述的天然纤维改性增强剂制备的复合材料，其特征在于：包括下述重量份组成：
高分子树脂：100份；
增强剂：10～30份。
8.根据权利要求7所述的天然纤维改性增强剂制备的复合材料，其特征在于：所述高分子树脂采用HDPE。
9.如权利要求7至8所述的复合材料的制备方法，其特征在于：
将高分子材料和增强剂按比例用高速粉碎机混合1min，再将混合粉末在微型双螺杆挤出机180℃，循环模式下混炼10min，最后用微型注塑下制成复合材料。
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