CN109370059A - 一种改性黄麻纤维增强聚丙烯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性黄麻纤维增强聚丙烯，其包括以下重量份的组分：聚丙烯50～70份，聚乙烯0.1～5份，玻璃纤维3～8份，改性黄麻纤维15～20份，云母粉3～8份，增韧剂3～8份，助剂3～5份，相容剂3～5份；所述改性黄麻纤维的制备方法包括如下步骤：采用温度为60℃的5％NaOH溶液浸泡3～4h取出，再采用清水浸泡1～2h取出，然后在80℃下进行烘干处理，采用硅烷偶联剂及硬脂酸对纤维进行表面涂覆处理，得到改性黄麻纤维。其具有优良的力学性能和较低的密度，低气味、低VOC，在汽车内饰注塑零件上得到相应的运用。本发明还公开了一种改性黄麻纤维增强聚丙烯的制备方法，该制备方法简单易行，适于工业化生产。

Description

一种改性黄麻纤维增强聚丙烯及其制备方法
技术领域
本发明涉及改性聚丙烯，具体涉及一种改性黄麻纤维增强聚丙烯及其制备方法。
背景技术
黄麻与常规的增强材料相比，该材料为植物资源，可再生，每年均有新的黄麻投入市场，是良好的可持续使用的绿色环保材料。
黄麻生产成本较低，具有较高的比强度和比模量，与热塑性树脂进行共混改性能开发出可降解和再生的绿色复合材料，这能极大地扩大黄麻制品的运用领域，如将开发的黄麻制品在汽车产业中运用则是非常有意义的事情。
但考虑到黄麻中富含各种木质素、脂肪酸、果胶、半纤维素、纤维素等成分，且黄麻纤维为亲水材质，这些因素均会影响聚丙烯与黄麻纤维在改性时的相容性而使材料的机械性能大幅降低；另外由于黄麻纤维在加工时会有很大的气味及小分子物质产生，这会使材料制成汽车零件后导致车内气味、VOC超标。所以对黄麻纤维进行有效的表面改性及处理进而改善其与聚丙烯的相容性并寻找合适的方法来减小材料的气味、VOC并增强材料的机械性能是拓宽其运用领域的重要手段，只有这样才能将其在汽车零件上使用。
CN103146054B公开了一种改性黄麻纤维增强聚丙烯及其制备方法，该产品由包括以下重量份的组分制成：聚丙烯100份，改性黄麻纤维10-80份，纳米碳酸钙5-15份，增韧剂5-15份，助剂0-10份。CN106589578A公开了一种高性能黄麻纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，其包括以下重量份计的原料：黄麻纤维20～60；聚丙烯30～80；相容剂1～10；偶联剂0.5～2；抗氧剂0.1～1；润滑剂0.2～1。两者的黄麻纤维改性时均采用常温的碱溶液，增加了改性处理时间，并且不能彻底的脱出黄麻纤维中的酸和胶。两者都是本领域的一种有益尝试，但在材料气味去除方面仍然存在一定缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种改性黄麻纤维增强聚丙烯及其制备方法，其具有优良的力学性能和较低的密度，低气味、低VOC，能够在汽车内饰注塑零件上得到相应的运用，且制备方法简单易行，适于工业化生产。
本发明所述的改性黄麻纤维增强聚丙烯，其包括以下重量份的组分：
聚丙烯50～70份，
聚乙烯0.1～5份，
玻璃纤维3～8份，
改性黄麻纤维15～20份，
云母粉3～8份，
增韧剂3～8份，
助剂3～5份，
相容剂3～5份；
所述改性黄麻纤维的制备方法包括如下步骤：采用温度为60℃的5％NaOH溶液浸泡3～4h取出，再采用清水浸泡1～2h取出，然后在80℃下进行烘干处理，采用硅烷偶联剂及硬脂酸对纤维进行表面涂覆处理，得到改性黄麻纤维。
进一步，所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯或高结晶聚丙烯中的一种或一种以上；所述聚乙烯为高密度聚乙烯。
进一步，所述玻璃纤维为硅烷偶联剂和稀土硝酸盐改性的短切玻璃纤维；所述云母粉为800～1250目的超细云母粉。
进一步，所述增韧剂为POE、EPDM或EVA；
进一步，所述助剂包括抗氧剂、润滑剂、耐候剂、除味剂、吸附剂和酸吸收剂。
进一步，所述抗氧剂为复配抗氧剂，包括四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯；
所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸类化合物或聚乙烯蜡中的一种或一种以上；
所述耐候剂为大分子耐光老化剂；
所述除味剂为含有螯合物的水溶液；
所述吸附剂为接枝有氨基酸基团的多微孔结构亲有机物无机分子筛；
所述酸吸收剂为氧化镁、氧化硅或氧化锌。
进一步，所述相容剂采用极性单体接枝聚合物，即所用的相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐。
一种改性黄麻纤维增强具聚丙烯的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)按上述的配比称取原料，
2)将除了玻璃纤维和改性黄麻纤维的其余原料在搅拌机中搅拌均匀，然后加入到带侧喂料装置的双螺杆挤出机中；
3)将玻璃纤维放入双螺杆挤出机的侧喂料装置中；
4)开启挤出机，挤出温度为150～190℃，待挤出机出料后从玻纤入口加入改性黄麻纤维，调整挤出机的喂料参数，使得玻璃纤维的重量份为3～8，改性黄麻纤维的重量份为15～20；
5)将挤出得到的改性黄麻纤维增强聚丙烯颗粒进行烘料处理，烘料温度为110～130℃，烘料时间为2～4h。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1、改性黄麻纤维与聚丙烯相容性较好，改性黄麻纤维增强聚丙烯具有优良的力学性能，结合玻璃纤维和云母粉，能提高材料的刚性和韧性，使得该材料能够替代常规汽车内饰增强材料及某些ABS零件材料。
2、本发明的助剂中加入了除味剂、吸附剂和酸吸收剂，能够有效消除改性黄麻纤维增强聚丙烯材料的气味和VOC，使得该材料能够应用于汽车内饰增强材料，满足相关法规要求。
3、本发明在进行黄麻纤维改性时采用温度60℃的5％NaOH溶液浸泡，相对于常温的碱溶液，具有一定温度的碱溶液能够彻底去除黄麻纤维中的酸和胶，使得改性黄麻纤维具备更优异的性能，并且能够有效减少黄麻纤维的浸泡时间，提高了生产效率。
4、本发明的制备方法简单易行，适于工业化生产，并且在挤出机挤出的改性黄麻纤维增强聚丙烯颗粒后，进行烘料处理，起到了脱醛作用，降低了VOC。
具体实施方式
实施例一，一种改性黄麻纤维增强聚丙烯，其包括以下重量份的组分：
聚丙烯50份，其中高结晶聚丙烯为25份，共聚聚丙烯为25份，均聚聚丙烯为10份；高密度聚乙烯4份；玻璃纤维5份，所述玻璃纤维为硅烷偶联剂和稀土硝酸盐改性的短切玻璃纤维；
改性黄麻纤维20份，所述改性黄麻纤维的制备方法包括如下步骤：采用温度为60℃的5％NaOH溶液浸泡3h取出，再采用清水浸泡1.5h取出，然后在80℃下进行烘干处理，采用硅烷偶联剂及硬脂酸对纤维进行表面涂覆处理，得到改性黄麻纤维；
云母粉5份，所述云母粉为1200目的超细云母粉；增韧剂6份，所述增韧剂为POE；
抗氧剂0.2份，所述抗氧剂为复配抗氧剂，包括四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯；润滑剂0.3份，所述润滑剂为硬脂酸类化合物；耐候剂0.2份，所述耐候剂为大分子耐光老化剂；除味剂0.5份，所述除味剂为含有螯合物的水溶液；吸附剂1.5份，所述吸附剂为接枝有氨基酸基团的多微孔结构亲有机物无机分子筛；酸吸收剂0.5份，所述酸吸收剂为氧化锌；
相容剂3份，所述相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐。
上述改性黄麻纤维增强聚丙烯的制备方法包括如下步骤：
1)按上述的配比精确称取聚丙烯50份、高密度聚乙烯4份、云母粉5份、增韧剂6份、抗氧剂0.2份、润滑剂0.3份、耐候剂0.2份、除味剂0.5份、吸附剂1.5份、酸吸收剂0.5份和相容剂3份，
2)将称取的原料在搅拌机中搅拌均匀，然后加入到带侧喂料装置的双螺杆挤出机中；
3)将玻璃纤维放入双螺杆挤出机的侧喂料装置中；
4)开启挤出机，挤出温度为180℃，待挤出机出料后从玻纤入口加入改性黄麻纤维，调整挤出机的喂料参数，使得改性黄麻纤维增强聚丙烯中按重量百分比计：玻璃纤维5份，改性黄麻纤维20份；
5)将挤出得到的改性黄麻纤维增强聚丙烯颗粒进行烘料处理，烘料温度为120℃，烘料时间为2h。
实施例二，一种改性黄麻纤维增强聚丙烯，其包括以下重量份的组分：
聚丙烯50份，其中高结晶聚丙烯为25份，共聚聚丙烯为25份，均聚聚丙烯为10份；高密度聚乙烯4份；玻璃纤维5份，所述玻璃纤维为硅烷偶联剂和稀土硝酸盐改性的短切玻璃纤维；
改性黄麻纤维20份，所述改性黄麻纤维的制备方法包括如下步骤：采用温度为60℃的5％NaOH溶液浸泡3h取出，再采用清水浸泡1.5h取出，然后在80℃下进行烘干处理，采用硅烷偶联剂及硬脂酸对纤维进行表面涂覆处理，得到改性黄麻纤维；
云母粉5份，所述云母粉为1200目的超细云母粉；增韧剂6份，所述增韧剂为POE；
抗氧剂0.2份，所述抗氧剂为复配抗氧剂，包括四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯；润滑剂0.3份，所述润滑剂为硬脂酸类化合物；耐候剂0.2份，所述耐候剂为大分子耐光老化剂；除味剂1.0份，所述除味剂为含有螯合物的水溶液；吸附剂1.5份，所述吸附剂为接枝有氨基酸基团的多微孔结构亲有机物无机分子筛；酸吸收剂0.5份，所述酸吸收剂为氧化锌；
相容剂3份，所述相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐。
该改性黄麻纤维增强聚丙烯的制备方法与实施例一相近。
实施例三，一种改性黄麻纤维增强聚丙烯，其包括以下重量份的组分：
聚丙烯50份，其中高结晶聚丙烯为25份，共聚聚丙烯为25份，均聚聚丙烯为10份；高密度聚乙烯4份；玻璃纤维5份，所述玻璃纤维为硅烷偶联剂和稀土硝酸盐改性的短切玻璃纤维；
改性黄麻纤维20份，所述改性黄麻纤维的制备方法包括如下步骤：采用温度为60℃的5％NaOH溶液浸泡3h取出，再采用清水浸泡1.5h取出，然后在80℃下进行烘干处理，采用硅烷偶联剂及硬脂酸对纤维进行表面涂覆处理，得到改性黄麻纤维；
云母粉5份，所述云母粉为1200目的超细云母粉；增韧剂6份，所述增韧剂为POE；
抗氧剂0.2份，所述抗氧剂为复配抗氧剂，包括四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯；润滑剂0.3份，所述润滑剂为硬脂酸类化合物；耐候剂0.2份，所述耐候剂为大分子耐光老化剂；除味剂1.5份，所述除味剂为含有螯合物的水溶液；吸附剂1.5份，所述吸附剂为接枝有氨基酸基团的多微孔结构亲有机物无机分子筛；酸吸收剂0.5份，所述酸吸收剂为氧化锌；相容剂3份，
所述相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐。
该改性黄麻纤维增强聚丙烯的制备方法与实施例一相近。
实施例四，以不添加除味剂的改性黄麻纤维增强聚丙烯作为对比例一，以不添加吸附剂的的改性黄麻纤维增强聚丙烯作为对比例二，以不添加酸吸收剂的改性黄麻纤维增强聚丙烯作为对比例三，实施例和对比例的具体组成见表1。
表1实施例和对比例中各组分含量(质量百分含量)
组成(％) 实施例一 实施例二 实施例三 对比例一 对比例二 对比例三
高结晶聚丙烯 25 25 25 25 25 25
共聚聚丙烯 25 25 25 25 25 25
均聚聚丙烯 10 10 10 10 10 10
高密度聚乙烯 4 4 4 4 4 4
增韧剂 6 6 6 6 6 6
相容剂 3 3 3 3 3 3
云母粉 5 5 5 5 5 5
短切玻璃纤维 5 5 5 5 5 5
改性黄麻纤维 20 20 20 20 20 20
润滑剂 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
除味剂 0.5 1.0 1.5 0 1.0 1.5
吸附剂 1.5 1.5 1.5 1.5 0 1.5
氧化锌 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0
酸吸收剂 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
耐候剂 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
表2实施例和对比例材料性能测试数据
进行性能测试前，先制备相关样品，将得到的改性黄麻纤维增强聚丙烯颗粒在注射机上注射制样，注射机温度最高设置为190℃，注射模温控制在35～45℃。
密度测试按按GB/T1033-2010浸渍法进行，设备为分析天平。
弯曲性能测试按GB/T9341-2008进行，试样尺寸为80×10×4mm，弯曲速度为2mm/min，跨距为64mm，测试设备为万能试验机。
拉伸性能测试按GB/T1024.2-2008进行，拉伸速度为50mm/min，测试设备为万能试验机。
缺口悬臂梁冲击强度按GB/T1843-2008执行，试样尺寸为80×10×4mm，缺口2mm，测试设备为摆锤式冲击试验机。
负荷变形温度按测试标准GB/T1634.2-2004执行，测试设备为热变形维卡软化点试验机。
气味等级测试按VS-01.00-L-06005-A1-2018的要求执行。
VOC八项物质测试按VS-01.00-T-14012-A3-2017的要求执行。
从表2能够看出，在改性黄麻纤维增强聚丙烯中同时加入特定含量的除味剂、吸附剂和酸吸收剂，能够使得材料的气味等级达到3.0，并且VOC也较低。而没有加入除味剂、吸附剂和酸吸收剂的对比例，其气味等级较实施例高，VOC醛类物质含量也上升。
本发明的改性黄麻纤维增强聚丙烯具有优良的力学性能，密度较小，满足车辆轻量化需求。通过特定含量的玻璃纤维和云母粉的复合加入，能提高材料的刚性和韧性，使得该材料能够替代常规汽车内饰增强材料及某些ABS零件材料。除味剂、吸附剂和酸吸收剂的复合加入，能够有效消除改性黄麻纤维增强聚丙烯材料的气味和VOC，使得该材料能够应用于汽车内饰增强材料，满足相关法规要求。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域的人显然可以容易地对这些实施例作各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它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的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种改性黄麻纤维增强聚丙烯，其特征在于：包括以下重量份的组分：
聚丙烯50～70份，
聚乙烯0.1～5份，
玻璃纤维3～8份，
改性黄麻纤维15～20份，
云母粉3～8份，
增韧剂3～8份，
助剂3～5份，
相容剂3～5份；
所述改性黄麻纤维的制备方法包括如下步骤：采用温度为60℃的5％NaOH溶液浸泡3～4h取出，再采用清水浸泡1～2h取出，然后在80℃下进行烘干处理，采用硅烷偶联剂及硬脂酸对纤维进行表面涂覆处理，得到改性黄麻纤维。
2.根据权利要求1所述的改性黄麻纤维增强聚丙烯，其特征在于：所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯或高结晶聚丙烯中的一种或一种以上；所述聚乙烯为高密度聚乙烯。
3.根据权利要求1或2所述的改性黄麻纤维增强聚丙烯，其特征在于：所述玻璃纤维为硅烷偶联剂和稀土硝酸盐改性的短切玻璃纤维；所述云母粉为800～1250目的超细云母粉。
4.根据权利要求1或2所述的改性黄麻纤维增强聚丙烯，其特征在于：所述增韧剂为POE、EPDM或EVA。
5.根据权利要求1或2所述的改性黄麻纤维增强聚丙烯，其特征在于：所述助剂包括抗氧剂、润滑剂、耐候剂、除味剂、吸附剂和酸吸收剂。
6.根据权利要求5所述的改性黄麻纤维增强聚丙烯，其特征在于：所述抗氧剂为复配抗氧剂，包括四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯；
所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸类化合物或聚乙烯蜡中的一种或一种以上；
所述耐候剂为大分子耐光老化剂；
所述除味剂为含有螯合物的水溶液；
所述吸附剂为接枝有氨基酸基团的多微孔结构亲有机物无机分子筛；
所述酸吸收剂为氧化镁、氧化硅或氧化锌。
7.根据权利要求1或2所述的改性黄麻纤维增强聚丙烯，其特征在于：所述相容剂采用极性单体接枝聚合物，即所用的相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐。
8.一种改性黄麻纤维增强具聚丙烯的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)按权利要求1～7所述的配比称取原料，
2)将除了玻璃纤维和改性黄麻纤维的其余原料在搅拌机中搅拌均匀，然后加入到带侧喂料装置的双螺杆挤出机中；
3)将玻璃纤维放入双螺杆挤出机的侧喂料装置中；
4)开启挤出机，挤出温度为150～190℃，待挤出机出料后从玻纤入口加入改性黄麻纤维，调整挤出机的喂料参数，使得玻璃纤维的重量份为3～8，改性黄麻纤维的重量份为15～20；
5)将挤出得到的改性黄麻纤维增强聚丙烯颗粒进行烘料处理，烘料温度为110～130℃，烘料时间为2～4h。
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