CN109735048B - 一种天然纤维增强abs复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然纤维增强ABS复合材料及其制备方法，该复合材料由主料和辅料组成，所述主料是由以下组分按重量份数制备而成：丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯共聚物75～92份；改性天然麻纤维5～20份；改性增韧剂3～5份；以主料总重量份数为100份为基准，所述辅料是由以下组分按重量份数制备而成：抗氧剂0.2份；润滑剂0.2‑0.5份，本发明制得天然麻纤维增强ABS复合材的力学性能优异，密度低，能够达到轻量化效果。

Description

一种天然纤维增强ABS复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体为一种天然纤维增强ABS 复合材料及其制备方法。

背景技术

随着社会对环保要求的不断提高及人们对生活质量的追求，人们已关注到日常使用材料过程中所带来的负面影响，其中废旧塑料对环境造成的污染也日益严重，我国天然纤维品种资源丰富，但利用水平很低，除少量农业植物纤维被用于生产饲料和经济作物外，大部分被焚烧，在此背景下，用天然纤维填充增强的塑料再生料或者新料应用而生，并逐渐成为改性塑料行业关注和研究的热点。

目前，天然纤维增强聚丙烯材料已经在汽车领域开发应用，研究发现聚丙烯/天然纤维发泡材料应用于汽车内饰件有较好的吸声减燥性能；用聚乙烯、聚丙烯树脂和木粉共混生产的塑木板材可以在多种场合替代木材使用，具有使用寿命长、可重复使用、低成本等优点；然而关于天然纤维增强ABS的研究报道不多，利用化学反应将天然纤维素和树脂有机结合公开的专利更是罕见，同时现有的天然纤维增强 ABS复合材料一般没有较好的力学性能，且密度值较大，因此不便工作人员进行天然纤维增强ABS复合材料的运用。

所以，提供一种能够解决一般没有较好的力学性能且密度值较大问题的天然纤维增强ABS复合材料及其制备方法成为我们要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天然纤维增强ABS复合材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出一般没有较好的力学性能且密度值较大问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种天然纤维增强ABS复合材料，该复合材料由主料和辅料组成，所述主料是由以下组分按重量份数制备而成：

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 75～92份；

改性天然麻纤维 5～20份；

改性增韧剂 3～5份；

以主料总重量份数为100份为基准，所述辅料是由以下组分按重量份数制备而成：

抗氧剂 0.2份；

润滑剂 0.2-0.5份。

作为优选，所述改性天然麻纤维为叠氮官能化天然纤维材料，其由天然麻纤维经过化学反应制备而成。

作为优选，所述所述改性增韧剂为炔基化聚丁二烯。

作为优选，所述抗氧剂由β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和三-(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯按质量比为1：1组成。

作为优选，所述润滑剂为N,N'-乙撑双硬脂酰胺、季戊四醇硬脂酸酯和硅酮中的一种。

一种天然纤维增强ABS复合材料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)将重量份数为3.0～5.0天然麻纤维放入反应器中的非质子极性溶剂中，通往氮气使反应器内部为惰性环境，升温至150-170℃，并保持1-2h，再将温度降低至90-120℃的条件下将重量份数为8.0～ 10.0份的无水氯化锂放入反应器内并溶解，然后在7-10℃的条件下加入重量份数为17～20份对甲基苯磺酰氯经均相反应得到中间体；

(2)将中间体放入含有重量份数为15～25份叠氮化钠的二甲基亚砜溶液中，经过取代反应后得到叠氮官能化天然纤维材料；

步骤(1)、(2)为制备叠氮官能化天然纤维材料的具体步骤。

(3)将端羟基聚丁二烯溶液加入到叔丁醇钾溶液中，在氮气保护的条件下，对其进行冰浴、搅拌，再加入丙炔溴溶液，在0～25℃的条件下使其反应24～48h得到反应液；

(4)反应液经过萃取处理后得到炔基化聚丁二烯；

步骤(3)、(4)为制备炔基化聚丁二烯的具体步骤。

(5)将丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、叠氮官能化天然纤维材料、炔基化聚丁二烯、抗氧剂和润滑剂进行混合均匀后得到混合物；

(6)混合物投入双螺杆挤出机中进行熔融并挤出造粒，所得产品即为天然麻纤维增强ABS复合材料。

作为优选，步骤(1)中，所述非质子极性溶剂重量份数为95～ 150份N,N-二甲基乙酰胺，所述中间体得到之前需要经过乙醇-水混合液沉析和去离子水纯化、洗涤和真空干燥处理；

步骤(2)中，所述取代反应具体为在90～130℃条件下对甲苯磺酸酯和叠氮化钠反应8-12h；所述叠氮官能化天然纤维材料得到之前需要进行冷却、沉析、纯化和真空干燥处理。

作为优选，步骤(3)中，所述端羟基聚丁二烯溶液按照端羟基聚丁二烯与四氢呋喃的质量体积比为(7.05～10.98)g∶20mL制备而成；

所述叔丁醇钾溶液按照叔丁醇钾与四氢呋喃的质量体积比为 (2.06～2.16)g∶20mL制备而成；

所述丙炔溴溶液按照丙炔溴与四氢呋喃的体积比为(2.0～2.4)∶ 60制备而成。

作为优选，步骤(4)中，所述萃取处理具体为在反应液中加入食盐水，分离水层并保留四氢呋喃层，再将层将水层用乙酸乙酯进行萃取，收集有机层，收集有机层再用饱和食盐水萃取，弃去水层，得到的物料再与上述保留四氢呋喃层合并，得到有机物料；

所述炔基化聚丁二烯需有机物料经过无水MgSO4干燥、过滤、挥发溶剂后得到。

作为优选，步骤(6)中，所述双螺杆挤出机的温度设置为190～ 220℃，喂料转动频率为9Hz，主机转速为450r/min。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：将天然纤维通过表面官能团改性得到改性天然麻纤维，改性天然麻纤维与改性增韧剂作用得到增强ABS复合材料，由于改性增韧剂依然是以聚丁二烯为主链结构，改善天然纤维和基质之间相容性，使纤维结构在经过双螺杆挤出加工过程中更好地被包裹在树脂中，不易外露和被破坏。

本发明中改性天然麻纤维起增强作用，炔基化聚丁二烯兼具增韧和相容作用，抗氧剂主要防止纤维结构在加工过程被热氧化降解，润滑剂改善天然纤维在ABS树脂中的分散，以上各组分进行有机结合，得到力学性能优异的复合材料。

本发明制得天然麻纤维增强ABS复合材的力学性能优异，密度低，能够达到轻量化效果。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明提供一种技术方案：一种天然纤维增强ABS复合材料及其制备方法。

实施例1～6和对比例1～3均根据表1中原料组份(单位为重量份数)，并按照以下步骤制备天然纤维增强ABS复合材料：

(1)将重量份数为3.0～5.0天然麻纤维放入反应器中的非质子极性溶剂中，通往氮气使反应器内部为惰性环境，升温至150，并保持1.5h，再将温度降低至100℃的条件下将重量份数为8.0份的无水氯化锂放入反应器内并溶解，然后在8℃的条件下加入重量份数为19 份对甲基苯磺酰氯经均相反应得到中间体；

(2)将中间体放入含有重量份数为18份叠氮化钠的二甲基亚砜溶液中，经过取代反应后得到叠氮官能化天然纤维材料；

(3)将端羟基聚丁二烯溶液加入到叔丁醇钾溶液中，在氮气保护的条件下，对其进行冰浴、搅拌，再加入丙炔溴溶液，在8℃的条件下使其反应30h得到反应液；

(4)反应液经过萃取处理后得到炔基化聚丁二烯；

(5)按照表1中中原料组份(单位为重量份数)进行混合均匀后得到混合物；

(6)混合物投入双螺杆挤出机中进行熔融并挤出造粒，所得产品即为天然麻纤维增强ABS复合材料。

需要注意的是：步骤(1)中，非质子极性溶剂重量份数为150份 N,N-二甲基乙酰胺，所中间体得到之前需要经过乙醇-水混合液沉析和去离子水纯化、洗涤和真空干燥处理。

步骤(2)中，取代反应具体为在130℃条件下对甲苯磺酸酯和叠氮化钠反应10h；叠氮官能化天然纤维材料得到之前需要进行冷却、沉析、纯化和真空干燥处理。

步骤(3)中，端羟基聚丁二烯溶液按照端羟基聚丁二烯与四氢呋喃的质量体积比为10g∶20mL制备而成；

叔丁醇钾溶液按照叔丁醇钾与四氢呋喃的质量体积比为2g∶ 20mL制备而成；

丙炔溴溶液按照丙炔溴与四氢呋喃的体积比为2.0∶60制备而成。

步骤(4)中，萃取处理具体为在反应液中加入食盐水，分离水层并保留四氢呋喃层，再将层将水层用乙酸乙酯进行萃取，收集有机层，收集有机层再用饱和食盐水萃取，弃去水层，得到的物料再与上述保留四氢呋喃层合并，得到有机物料；

有机物料经无水MgSO₄干燥，过滤、挥发溶剂后得到炔基化聚丁二烯。

步骤(6)中，双螺杆挤出机各段温度设置为200℃，喂料转动频率为9Hz，主机转速为450r/min。

表1：

分别对实施例1～6和对比例1～3制得的天然麻纤维增强ABS复合材料进行多项基本性能测试，取其平均值。测试结果如表2所示：

表2合金材料的基本性能测试结果

从表2可见，ABS树脂在添加改性天然纤维后拉伸和弯曲强度有明显的提升，拉伸强度可以提高50％以上，弯曲强度也提高35％以上，继续添加改性聚丁二烯增韧剂，材料的冲击强度进一步提高，本发明制得天然麻纤维增强ABS复合材的力学性能优异，密度低，能够达到轻量化效果，在汽车工业中有着广泛的应用前景。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种天然纤维增强ABS复合材料，其特征在于：该复合材料由主料和辅料组成，所述主料是由以下组分按重量份数制备而成：

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 75～92份；

改性天然麻纤维 5～20份；

改性增韧剂 3～5份；

以主料总重量份数为100份为基准，所述辅料是由以下组分按重量份数制备而成：

抗氧剂 0.2份；

润滑剂 0.2-0.5份；

所述改性天然麻纤维为叠氮官能化天然纤维材料，其由天然麻纤维经过化学反应制备而成；

所述改性增韧剂为炔基化聚丁二烯。

2.根据权利要求1所述的一种天然纤维增强ABS复合材料，其特征在于：所述抗氧剂由β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和三-(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯按质量比为1：1组成。

3.根据权利要求1所述的一种天然纤维增强ABS复合材料，其特征在于：所述润滑剂为N,N'-乙撑双硬脂酰胺、季戊四醇硬脂酸酯和硅酮中的一种。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的天然纤维增强ABS复合材料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

（1）将重量份数为3.0～5.0天然麻纤维放入反应器中的非质子极性溶剂中，通入氮气使反应器内部为惰性环境，升温至150-170℃，并保持1-2h，再将温度降低至90-120℃的条件下将重量份数为8.0～10.0份的无水氯化锂放入反应器内并溶解，然后在7-10℃的条件下加入重量份数为17～20份对甲基苯磺酰氯经均相反应得到中间体；

（2）将中间体放入含有重量份数为15～25份叠氮化钠的二甲基亚砜溶液中，经过取代反应后得到叠氮官能化天然纤维材料；

（3）将端羟基聚丁二烯溶液加入到叔丁醇钾溶液中，在氮气保护的条件下，对其进行冰浴、搅拌，再加入丙炔溴溶液，在0～25℃的条件下使其反应24～48 h得到反应液；

（4）反应液经过萃取处理后得到炔基化聚丁二烯；

（5）将丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、叠氮官能化天然纤维材料、炔基化聚丁二烯、抗氧剂和润滑剂进行混合均匀后得到混合物；

（6）混合物投入双螺杆挤出机中进行熔融并挤出造粒，所得产品即为天然麻纤维增强ABS复合材料。

5.根据权利要求4所述的一种天然纤维增强ABS复合材料的制备方法，其特征在于：

步骤（1）中，所述非质子极性溶剂为95～150份N,N-二甲基乙酰胺，所述中间体得到之前需要经过乙醇-水混合液沉析和去离子水纯化、洗涤和真空干燥处理；

步骤（2）中，所述取代反应具体是在90～130℃条件下对甲苯磺酸酯和叠氮化钠反应8-12h；所述叠氮官能化天然纤维材料得到之前需要进行冷却、沉析、纯化和真空干燥处理。

6.根据权利要求4所述的一种天然纤维增强ABS复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述端羟基聚丁二烯溶液按照端羟基聚丁二烯与四氢呋喃的质量体积比为（7.05～10.98）g∶20mL制备而成；

所述叔丁醇钾溶液按照叔丁醇钾与四氢呋喃的质量体积比为（2.06～2.16）g∶20mL制备而成；

所述丙炔溴溶液按照丙炔溴与四氢呋喃的体积比为（2.0～2.4）∶60制备而成。

7.根据权利要求4所述的一种天然纤维增强ABS复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，所述萃取处理具体为在反应液中加入食盐水，分离水层并保留四氢呋喃层，再将水层用乙酸乙酯进行萃取，收集有机层，收集的有机层再用饱和食盐水萃取，弃去水层，得到的物料再与上述保留四氢呋喃层合并，得到有机物料；

所述炔基化聚丁二烯需有机物料经过无水MgSO₄干燥、过滤、挥发溶剂后得到。

8.根据权利要求4所述的一种天然纤维增强ABS复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（6）中，所述双螺杆挤出机的温度设置为190～220℃，喂料转动频率为9Hz，主机转速为450r/min。