CN112745569A - 一种注塑级聚丙烯木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种注塑级聚丙烯木塑复合材料及其制备方法，所述注塑级聚丙烯木塑复合材料，包括如下组分：PP树脂，木粉，LDPE树脂，POE增韧剂，相容剂，增容剂，添加剂，所述木粉为30～80目的橡木的针状木粉。本发明利用LDPE树脂与POE增韧剂协同增韧聚丙烯木塑复合材料，通过控制LDPE树脂的加入量，并选择特定品种和外观形态的木粉，在保证了材料注塑级属性的同时，实现了材料刚性和韧性协同提升，具有刚韧平衡的特点，提升了材料的综合力学性能。而且，降低了材料收缩率，使之适用于ABS、PC、PC/ABS模具，扩宽了材料的模具适用范围。

Description

一种注塑级聚丙烯木塑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及木塑复合材料技术领域，更具体地，涉及一种注塑级聚丙烯木塑复合材料及其制备方法。
背景技术
现有木塑复合材料，多适用于挤出成型，生产效率较低，且大多以聚氯乙烯和聚乙烯为基材，制品多以板材、异型材为主，结构较为单一，无法满足高效注塑复杂结构现代工业产品的要求。
中国专利CN101831112A公开了一种无卤阻燃型注塑级聚烯烃木塑复合材料及其制备方法，该木塑复合材料能够实现注塑，主要着眼于阻燃性能，但是，无法实现材料刚性和韧性协同提升，材料综合力学性能不足，且收缩率较大，无法适用于ABS、PC、PC/ABS模具，模具适用范围较窄。
因此，需要开发出高刚性、高韧性、低收缩的注塑级聚烯烃木塑复合材料。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的无法实现材料刚性和韧性协同提升、收缩率较大的缺陷，提供一种注塑级聚丙烯木塑复合材料，提供的注塑级聚丙烯木塑复合材料在保证了材料注塑级属性的同时，实现了材料刚性和韧性协同提升，具有刚韧平衡的特点，提升了材料的综合力学性能，且降低了材料收缩率使之适用于ABS、PC、PC/ABS模具，扩宽了材料的模具适用范围。
本发明的另一目的在于提供上述注塑级聚丙烯木塑复合材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种注塑级聚丙烯木塑复合材料，包括如下重量份数的组分：
Figure BDA0002824014280000011
Figure BDA0002824014280000021
所述木粉为30～80目的橡木针状木粉。
本申请中，PP树脂指代聚丙烯树脂；LDPE树脂指代低密度聚乙烯树脂；POE增韧剂为乙烯-辛烯共聚物，均可通过市售得到。
发明人通过大量研究发现，LDPE树脂能够与POE增韧剂协同增韧聚丙烯木塑复合材料，通过控制LDPE树脂的加入量，并选择特定品种和外观形态的木粉，使得材料的熔体流动速率≥3g/10min，保证了材料注塑级属性，同时实现了材料刚性和韧性协同提升，具有刚韧平衡的特点，提升了材料的综合力学性能：弯曲模量＞1200MPa，受力情况下能够保持较低的变形度；ISO悬臂梁缺口冲击强度＞10KJ/m2，较高冲击力下能够不被破坏。而且，降低了材料收缩率，材料收缩率介于0.5％至0.9％之间，使之适用于ABS、PC、PC/ABS模具，扩宽了材料的模具适用范围。
橡木属于硬木，其质地较硬，橡木木粉中纤维素含量较高，约为45％，橡木木粉的添加能够有效提高复合材料的模量。而木粉的形状对复合材料的收缩率影响较大。发明人通过研究发现，当选用针状木粉时，能够有效降低复合材料的收缩率，而选用颗粒状木粉，对降低收缩率作用不大。
另外，所用木粉可以采用木材厂、家具厂等木材企业的边角破碎料，有利于木材的回收利用。上述聚丙烯木塑复合材料普通的注塑工艺即可加工，成型方便，生产效率高。
优选地，所述LDPE树脂为5～8份，所述POE增韧剂为5～8份。发明人进一步研究发现，LDPE树脂为5～8份，POE增韧剂为5～8份时，制得的聚丙烯木塑复合材料的刚性和韧性更好，综合力学性能更佳，收缩率更低，能够更好地使用ABS、PC、PC/ABS模具。
优选地，所述LDPE树脂在190℃，2.16KG条件下的熔体流动速率为1.8～35g/10min。可选地，所述LDPE树脂为茂名石化LDPE 2426H、燕山石化LDPE M1840等。
优选地，所述PP树脂在230℃，2.16KG条件下的熔体流动速率为10～30g/10min。可选地，所述PP树脂为如茂名石化PP EP300M、中海壳牌PPEP548R、兰州石化PP SP179、天津石化PP K9026等。
优选地，所述木粉的含水率为0.5％～5％。
优选地，所述POE增韧剂在190℃，2.16KG条件下的熔体流动速率为3～15g/10min。可选地，所述POE增韧剂为三井化学POE DF640、陶氏化学POE7447、陶氏化学POE 8137等。
优选地，所述相容剂为聚丙烯-马来酸酐接枝物、聚丙烯-丙烯酸接枝物、聚丙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝物中的一种或几种。
更优选地，所述相容剂为聚丙烯-马来酸酐接枝物。可选地，所述相容剂为南海柏晨PC-1、Polyram1001CN等。
优选地，所述增容剂为乙烯-丙烯无规共聚物和/或乙烯-丙烯嵌段共聚物。
更优选地，所述增容剂为乙烯-丙烯嵌段共聚物。可选地，所述增容剂为如陶氏化学INFUSE 9807、SK化学EPDM S552等。
优选地，所述添加剂包括抗氧剂、润滑剂。
优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或几种。
优选地，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、聚乙烯蜡、乙基双硬脂酰胺、芥酸酰胺中的一种或几种。
本发明还保护上述注塑级聚丙烯木塑复合材料的制备方法。
所述注塑级聚丙烯木塑复合材料未加入添加剂时，制备方法为：将PP树脂、木粉、LDPE树脂、POE增韧剂、相容剂和增容剂混合，加入挤出机的主喂料系统，混合挤出造粒，得到所述注塑级聚丙烯木塑复合材料。
所述注塑级聚丙烯木塑复合材料加入添加剂时，制备方法为：将PP树脂、木粉、LDPE树脂、POE增韧剂、相容剂、增容剂和添加剂混合，加入挤出机的主喂料系统，混合挤出造粒，得到所述注塑级聚丙烯木塑复合材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明利用LDPE树脂与POE增韧剂协同增韧聚丙烯木塑复合材料，通过控制LDPE树脂的加入量，并选择特定品种和外观形态的木粉，在保证了材料注塑级属性的同时，实现了材料刚性和韧性协同提升，具有刚韧平衡的特点，提升了材料的综合力学性能。而且，降低了材料收缩率，使之适用于ABS、PC、PC/ABS模具，扩宽了材料的模具适用范围。
另外，所用木粉可以采用木材厂、家具厂等木材企业的边角破碎料，有利于木材的回收利用。上述聚丙烯木塑复合材料普通的注塑工艺即可加工，成型方便，生产效率高。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例中的原料均可通过市售得到；
实施例及对比例中：
PP树脂为PP EP548R，中海壳牌，在230℃，2.16KG条件下的熔体流动速率28g/10min；
实施例1～17、对比例2～3及对比例5～6使用木粉均为橡木木粉，含水率为5％，其中实施例1～9、实施例11～17中木粉为30目，实施例10中木粉为80目，对比例5中木粉为20目，对比例6中木粉为90目；
对比例4木粉为杨木木粉，含水率5％，30目；
LDPE树脂A为LDPE 2426H，茂名石化，190℃，2.16KG熔体流动速率1.8g/10min；
LDPE树脂B为M1840，燕山石化，190℃，2.16KG熔体流动速率35g/10min；
POE增韧剂A为POE 7447，陶氏化学，在190℃，2.16KG条件下熔体流动速率5g/10min；
POE增韧剂B为POE 8137，陶氏化学，在190℃，2.16KG条件下熔体流动速率15g/10min；
聚丙烯-马来酸酐接枝物为1001CN，polyram；
聚丙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯为Bynel 20E482，美国杜邦；
乙烯-丙烯嵌段共聚物为INFUSE 9807，陶氏化学；
乙烯-丙烯无规共聚物为SP8999，埃克森美孚；
抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168，宿迁联盛；
润滑剂为EBS B50，印尼朝阳化学。
除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1～17
实施例1～17的注塑级聚丙烯木塑复合材料中各组分的含量如表1所示。
其制备方法为：根据表1将各组分混合均匀，随后将混合物加入双螺杆挤出机的主喂料系统，通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒制备得到注塑级聚丙烯木塑复合材料；其中，双螺杆挤出机一至二区温度为120℃～160℃，三至五区温度为170℃～180℃，五至十区温度为180℃～200℃，螺杆转速为300rpm～600rpm。
表1实施例1～17的注塑级聚丙烯木塑复合材料的组分含量(重量份)
Figure BDA0002824014280000051
表1续实施例1～17的注塑级聚丙烯木塑复合材料的组分含量(重量份)
Figure BDA0002824014280000052
对比例1～7
对比例1～4的聚丙烯木塑复合材料中各组分的含量如表2所示。
其制备方法为：根据表2将各组分混合均匀，随后将混合物加入双螺杆挤出机的主喂料系统，通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒制备得到注塑级聚丙烯木塑复合材料；其中，双螺杆挤出机一至二区温度为120℃～160℃，三至五区温度为170℃～180℃，五至十区温度为180℃～200℃，螺杆转速为300rpm～600rpm。
表2对比例1～4的聚丙烯木塑复合材料的组分含量(重量份)
Figure BDA0002824014280000061
对比例5
本对比例提供一种聚丙烯木塑复合材料，本对比例与实施例7相比，区别在于，木粉的品种为杨木，目数、含水率与实施例7相同，购自江门伟华木粉厂；
其他原料及制备方法与实施例7相同。
对比例6
本对比例提供一种聚丙烯木塑复合材料，本对比例与实施例7相比，区别在于，木粉的目数为20目，品种、含水率与实施例7相同，购自江门伟华木粉厂；
其他原料及制备方法与实施例7相同。
对比例7
本对比例提供一种聚丙烯木塑复合材料，本对比例与实施例7相比，区别在于，木粉的目数为90目，品种、含水率与实施例7相同，购自江门伟华木粉厂；
其他原料及制备方法与实施例7相同。
性能测试
(1)弯曲模量的测试方法：ISO178:2010；
(2)悬臂梁缺口冲击强度的测试方法：ISO180:2000；
(3)收缩率的测试方法：180度下使用长200mm，宽50mm，厚2mm的模具将样品注塑为矩形样件，测试样件初始长度为L1，放置在23℃、55％湿度环境下168h，再测量样件的长度为L2，利用公式得出收缩率：
Figure BDA0002824014280000071
测试结果
各实施例及对比例的聚丙烯木塑复合材料的性能测试结果见表3。
可以看出，本发明实施例1～10的聚丙烯木塑复合材料弯曲模量＞1200MPa，受力情况下能够保持较低的变形度；ISO悬臂梁缺口冲击强度＞10KJ/m2，较高冲击力下能够不被破坏。而且，材料收缩率介于0.5％至0.9％之间，使之适用于ABS、PC、PC/ABS模具，扩宽了材料的模具适用范围。
对比例1中未添加POE增韧剂，对比例2中未添加LDPE树脂，对比例3中LDPE树脂添加量过低，对比例1～3制得的材料均偏软，模量较低，抗冲击性能也较差。对比例4中LDPE树脂添加量过高，使得PP，PE严重相分离，材料力学性能下降。对比例5中采用杨木粉，杨木本身质地较软，使得材料模量较低，材料偏软。对比例6中木粉的目数太低，材料冲击性能过低；对比例7中目数太高，导致材料模量过低，收缩率提高。
另外，通过比较实施例6～12的测试结果，可以发现，在同样含有25重量份的30目橡木木粉的情况下，当LDPE树脂的添加量为5～8时，材料的冲击和模量都在较高水平，且收缩率相对更低，即材料的刚韧平衡性能更好，收缩率更低。因此，优选LDPE树脂为5～8份，POE增韧剂为5～8份。根据实施例7、实施例15～16的测试结果，相容剂优选为聚丙烯-马来酸酐接枝物，增容剂优选为乙烯-丙烯嵌段共聚物。
表3实施例1～17及对比例1～7的聚丙烯木塑复合材料的性能测试数据
Figure BDA0002824014280000072
Figure BDA0002824014280000081
Figure BDA0002824014280000082
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种注塑级聚丙烯木塑复合材料，其特征在于，包括如下重量份数的组分：
Figure FDA0002824014270000011
所述木粉为30～80目的橡木针状木粉。
2.根据权利要求1所述的注塑级聚丙烯木塑复合材料，其特征在于，所述LDPE树脂为5～8份，所述POE增韧剂为5～8份。
3.根据权利要求1所述的注塑级聚丙烯木塑复合材料，其特征在于，所述LDPE树脂在190℃，2.16KG条件下的熔体流动速率为1.8～35g/10min。
4.根据权利要求1所述的注塑级聚丙烯木塑复合材料，其特征在于，所述PP树脂在230℃，2.16KG条件下的熔体流动速率为10～30g/10min。
5.根据权利要求1所述的注塑级聚丙烯木塑复合材料，其特征在于，所述木粉的含水率为0.5％～5％。
6.根据权利要求1所述的注塑级聚丙烯木塑复合材料，其特征在于，所述POE增韧剂在190℃，2.16KG条件下的熔体流动速率为3～15g/10min。
7.根据权利要求1所述的注塑级聚丙烯木塑复合材料，其特征在于，所述相容剂为聚丙烯-马来酸酐接枝物、聚丙烯-丙烯酸接枝物、聚丙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝物中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的注塑级聚丙烯木塑复合材料，其特征在于，所述增容剂为乙烯-丙烯无规共聚物和/或乙烯-丙烯嵌段共聚物。
9.根据权利要求1所述的注塑级聚丙烯木塑复合材料，其特征在于，所述添加剂为抗氧剂、润滑剂中的一种或几种。
10.权利要求1～9任一项所述注塑级聚丙烯木塑复合材料的制备方法，其特征在于，将PP树脂、木粉、LDPE树脂、POE增韧剂、相容剂、增容剂和添加剂混合，加入挤出机的主喂料系统，混合挤出造粒，得到所述注塑级聚丙烯木塑复合材料。
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