CN112745623A - 用于制备聚丙烯塑木复合材料的组合物及其制得的复合材料和应用 - Google Patents

用于制备聚丙烯塑木复合材料的组合物及其制得的复合材料和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于制备聚丙烯塑木复合材料的组合物，其包括：极性单体改性的聚丙烯100重量份木粉10‑70重量份；无机填料4‑15重量份；纳米碳酸钙2‑8重量份；相容剂4‑25重量份；增韧剂2‑8重量份。由该组合物制得的塑木复合材料经发泡制得的发泡板材具有表面平整、泡孔致密、泡孔直径均匀、发泡倍率低且可控，具有闭孔硬质结构和良好冲击和弯曲性能等特点。

Description

用于制备聚丙烯塑木复合材料的组合物及其制得的复合材料 和应用
技术领域
本发明涉及一种用于制备聚丙烯塑木复合材料的组合物及其制得的复合材料和应用，具体涉及一种用于制备聚丙烯塑木复合材料的组合物，由该组合物制得的聚丙烯塑木复合材料，聚丙烯塑木发泡板材及其应用。
背景技术
近年来，为了能源利用效率，飞机高铁中结构部件轻型化日益得到重视。发泡成型体的研究日益增加。在已公开且工业化的发泡工艺中，直接将基材混入偶氮二酰胺、碳酸氢钠或柠檬酸等的热分解型的化学发泡剂得到发泡成形体的方法较为常用。化学发泡剂因为容易得到，并且能够在通常的同轴型注射成型机中使用，因此在注射发泡成型中广泛使用。但是，使用化学发泡剂也带来了一些问题，一方面，使用化学发泡剂得到的发泡成形体的发泡倍率受到限制；另一方面，使用化学发泡剂会导致挥发性有机化合物VOC及气味的产生。天然纤维素填料由于具有较高的比表面积，具有良好的吸附性，通过在聚丙烯内添加木粉等天然纤维素填料可以有效改善VOC释放及气味等问题。
塑木复合材料是以塑料树脂、木粉等植物纤维粉为主要原料通过挤出、注射等工艺加工成型的新型复合材料。由于聚丙烯具有良好的力学性能、化学稳定性及低廉的价格，木粉填充聚丙烯的制品被广泛用于汽车、装修、家具等行业中。但是，这种材料在使用的过程中也存在一些缺陷。一方面，由于木粉的主要成分是木质素和纤维素等，其含丰富的羟基，易产生自聚，而聚丙烯为非极性的高结晶聚合物，其本身与木粉的相容性较差，会导致塑木材料出现韧性差、成型收缩率大等问题；另一方面，塑木复合材料由于填充大量的木粉，材料的力学性能尤其是抗冲击性能比较低，在生产、储存和使用过程中会导致塑木材料的断裂失效等问题，影响使用寿命和使用效果。现有技术中通常采用添加大量的相容剂或是采用硅烷偶联剂等对木粉进行表面改性以提高塑木材料产品的性能，这往往使加工过程较为繁杂。因此，开发一种加工工艺简单，并同时能够保持聚丙烯材料本身高强度且具有优良的耐热性的塑木复合材料用以满足更多方面的应用需求是十分必要的。
发明内容
为了解决现有的塑木复合材料中存在的问题，本发明提供了一种新的用于制备聚丙烯塑木复合材料的组合物，以及由该组合物制得的塑木复合材料及其应用。本发明提供的用于制备聚丙烯塑木复合材料的组合物使用聚丙烯作为基础树脂，加入木粉等天然纤维素原料，使用挤出发泡法制备聚丙烯发泡材料，具有良好的力学性能，质轻并且具有良好的耐热性能，环保易回收。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于制备聚丙烯塑木复合材料的组合物，其包括：
Figure BDA0002255027480000021
根据本发明的优选实施方式，在所述用于制备聚丙烯塑木复合材料的组合物中，极性单体改性的聚丙烯以100份计；木粉的用量可以为10份、20份、30份、40份、50份、60份、70份以及它们之间的任意值，优选为35-60份；无机填料的用量可以为4份、6份、8份、10份、12份、14份、15份以及它们之间的任意值，优选为8-12份；纳米碳酸钙的用量为2份、4份、6份、8份以及它们之间的任意值，优选为4-6份，相容剂的用量为4份、8份、10份、12份、16份、20份、22份、25份以及它们之间的任意值，优选为10-20份；增韧剂的用量为2份、4份、6份、8份以及它们之间的任意值，优选为4-6份。上述用量均为质量用量。
根据本发明的优选实施方式，所述极性单体改性的聚丙烯为极性单体接枝改性的聚丙烯，所述极性单体选自甲基丙烯酸缩水甘油酯、马来酸酐和丙烯酸甲酯中的一种或多种，优选为甲基丙烯酸缩水甘油酯。
根据本发明的优选实施方式，所述极性单体改性的聚丙烯中，极性单体的接枝率为2-6wt％，优选为3-4.5wt％。在极性单体改性的聚丙烯中，极性单体的接枝率对聚丙烯塑木复合材料的性能影响显著，接枝率过低不能解决聚丙烯与木粉的相容性，接枝率过高会导致力学性能尤其是拉伸强度下降，接枝率过高会导致接枝单体的自聚。
在发明的一些更加优选的实施方式中，所述极性单体改性的聚丙烯为甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝改性的聚丙烯，在甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝改性的聚丙烯中，甲基丙烯酸缩水甘油酯的接枝率为3-4.5wt％。
根据本发明的优选实施方式，在230℃、2.16kg测试条件下，所述极性单体改性的聚丙烯的熔体流动速率为2-90g/10min，例如可以为2g/10min、5g/10min、10g/10min、15g/10min、20g/10min、25g/10min、30g/10min、35g/10min、40g/10min、45g/10min、50g/10min、55g/10min、60g/10min、65g/10min、70g/10min、75g/10min、80g/10min、85g/10min、90g/10min以及它们之间的任意值，优选为0.1-30g/10min，更优选为5-20g/10min。
根据本发明的优选实施方式，所述聚丙烯为共聚聚丙烯，优选地，所述共聚聚丙烯为抗冲共聚聚丙烯，包括丙烯均聚物和丙烯/乙烯共聚物，其中丙烯/乙烯共聚物的含量优选为3-10wt％，例如可以为3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％以及它们之间的任意值。
根据本发明的优选实施方式，所述木粉的粒径为60-300目，例如可以为60目、70目、80目、90目、100目、110目、120目、130目、140目、150目、160目、170目、180目、190目、200目、210目、220目、230目、240目、250目、260目、270目、280目、290目、300目以及它们之间的任意值，优选为60-100目。
根据本发明的优选实施方式，所述无机填料选自滑石粉、硫酸钡、硫酸钙、碳酸钙和蒙脱土中的一种或多种，优选地，无机填料的粒径为1-10μm。
根据本发明的优选实施方式，所述纳米碳酸钙的粒径为0.01-0.1μm，纳米碳酸钙可以改善聚丙烯塑木复合制品的表面平整度和光滑度。
根据本发明的优选实施方式，所述相容剂为极性单体接枝的聚乙烯或极性单体接枝的聚丙烯，所述极性单体优选选自马来酸酐、马来酸酐的衍生物、丙烯酸和丙烯酸的衍生物中的一种或多种。相容剂与极性单体改性的聚丙烯共同作用，进一步提高了聚丙烯与木粉的相容性。
根据本发明的优选实施方式，所述增韧剂选自乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、极性单体接枝的乙烯-辛烯共聚物和极性单体接枝的苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或多种，所述极性单体选自马来酸酐、马来酸酐的衍生物、丙烯酸和丙烯酸的衍生物中的一种或多种，优选为马来酸酐接枝的苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物。
根据本发明的优选实施方式，所述极性单体改性的聚丙烯为甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝的聚丙烯，所述增韧剂为马来酸酐接枝的苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物。其中所述苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯表示以苯乙烯封端的苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物中苯环与GMA形成共轭；GMA本身带有丙烯酸酯双键和环氧基团，与苯环之间产生共轭效应。
根据本发明的优选实施方式，所述复合材料的原料还包括抗氧剂、润滑剂、光稳定剂和热稳定剂中的一种或多种，优选地，极性单体改性的聚丙烯以100重量份计，抗氧剂的用量为0.1-1重量份，优选为0.3-0.5重量份；润滑剂的用量为0.2-2重量份；光稳定剂的用量为0.2-2重量份；热稳定剂的用量为0.2-2重量份。
根据本发明的优选实施方式，所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂2246、抗氧剂CA、抗氧剂168、抗氧剂626和抗氧剂636中的一种或多种。
根据本发明的第二方面，提供了一种聚丙烯塑木复合材料，其由上述用于制备聚丙烯塑木复合材料的组合物制得。
根据本发明的优选实施方式，所述聚丙烯塑木复合材料的制备方法包括：将木粉干燥，然后将组合物中的各组份混合均匀，在190-210℃下经过熔融共混、挤出、造粒，制得所述聚丙烯塑木复合材料。
根据本发明的优选实施方式，所述聚丙烯塑木复合材料采用包括如下步骤的方法制得：
(1)将木粉在50-80℃下干燥4-8h；
(2)按照配比将极性单体改性的聚丙烯、木粉、无机填料、纳米碳酸钙、相容剂、增韧剂、任选地抗氧剂、任选地润滑剂、任选地光稳定剂和任选地热稳定剂混合均匀后加入双螺杆挤出机，在190℃-210℃下经过熔融共混、挤出、造粒，制得改性聚丙烯塑木复合材料。
根据本发明的再一方面，提供了一种聚丙烯塑木发泡板材，其由上述聚丙烯塑木复合材料制得。
根据本发明的优选实施方式，本发明提供的发泡板材的密度为0.3-0.9g/cm-3，例如可以为0.3g/cm-3、0.4g/cm-3、0.5g/cm-3、0.6g/cm-3、0.7g/cm-3、0.8g/cm-3、0.9g/cm-3以及它们之间的任意值，优选为0.4-0.8g/cm-3，更优选为0.45-0.7g/cm-3。
根据本发明的优选实施方式，本发明提供的发泡板材的厚度为0.1-100mm，例如为0.1mm、1mm、10mm、20mm、30mm、50mm、70mm、90mm、100mm以及它们之间的任意值。
本发明提供的聚丙烯塑木发泡板材的泡孔致密均匀，力学及耐热性能良好，热变形温度在85℃以上，优选为110℃以上。
根据本发明的又一方面，提供了上述聚丙烯塑木发泡板材的制备方法，其包括如下步骤：
a.将所述聚丙烯塑木复合材料与发泡剂和任选地加工助剂混合，得到发泡预混料；
b.将所述发泡预混料加入挤出机中，搅拌，升温，使所述预混料熔融；
c.将熔融的预混料向挤出机口模挤出，流向挤板机，经辊压成发泡板材。
根据本发明的优选实施方式，所述发泡剂为化学有机发泡剂或无机发泡剂。其中化学有机发泡剂优选选自偶氮类发泡剂、亚硝基类发泡剂和酰肼类发泡剂中的一种或多种。所述偶氮类发泡剂优选选自偶氮二甲酰胺(AC)、偶氮二异丁腈(AIBN)、偶氮二甲酸钡(BaAC)和偶氮二甲酸酯中的一种或多种；所述亚硝基类发泡剂优选选自二亚硝基五甲撑四胺(DPT)、N，N’-二亚硝基五亚甲基四胺、N，N’-二甲基-N，N-二亚硝基对苯二甲酰胺(NTA)和三亚硝基三亚甲基三胺中的一种或多种；所述酰肼类发泡剂优选为4，4’-氧代双苯磺酰肼(OBSH)、甲苯磺酰氨基脲(TSSC)、三磷基三嗪(CTHT)和5-苯基四唑中的一种或多种。所述无机发泡剂选自空气、氮气、二氧化碳、氧气和水中的一种或多种。
根据本发明的一个优选实施方式，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺。本发明中所选择的发泡剂与现有技术中使用的含氟类发泡剂相比，具有环境友好的特点。
根据本发明的优选实施方式，以100重量份基础树脂计，发泡剂的加入量为1-15重量份，优选为1-10重量份，进一步优选为5-7重量份。
根据本发明的优选实施方式，所述加工助剂选自抗氧剂、助抗氧剂、润滑剂和颜料中的一种或多种，其可以根据具体加工的需要添加。
在本发明中制得的发泡板材具有表面平整、泡孔致密、泡孔直径均匀、发泡倍率低且可控，具有闭孔硬质结构和良好冲击和弯曲性能等特点。
在本发明的优选实施方式中，所述聚丙烯塑木发泡板材的制备方法包括如下步骤：
采用高速搅拌器将聚丙烯塑木复合材料、发泡剂和任选地加工助剂进行混料，得到聚丙烯发泡板材的预混料；
将预混料投入挤出机的料斗内，挤出机的温度升到150-280℃，优选160-180℃，使预混料熔炼；螺杆转速调节为15-180rpm；使预混料向150-280℃，优选160-180℃的口模挤出，流向挤板机组两辊筒缝隙中，经辊压成片状材；自然冷却到室温后，按需要切成一定规格板材，即为发泡板材成品。
所述挤出机可以是单螺杆挤出机、两台串联形式的单螺杆挤出机、同向双螺杆挤出机、同向双螺杆挤出机串联单螺杆挤出机、异向双螺杆挤出机、锥形双螺杆挤出机或三螺杆挤出机中。
口模根据实际需要可以是扁平口模、T形口模、圆孔口模或圆环形口模等多种形状。例如，熔融的预混料从扁平口模排出后膨胀，通过调节辊间距的三辊压光机，控制口模大小，得到所希望厚度的聚丙烯发泡板材。或者，熔融的预混料从圆环形口模排出后膨胀，通过吹胀并内外冷却后，沿轴向剖切后收卷，得到所希望厚度的聚丙烯塑木复合发泡板材。
本发明的物料挤出发泡过程中，物料熔融共混温度通常在既保证预混料完全熔融又不会使其分解的范围内选择，通常为160℃-280℃。但是，这个温度可以根据具体情况适当调节，例如工业偶氮二甲酰胺(AC)发泡剂的分解温度在150-205℃，因此，综合考虑加工性以及AC发泡剂的分解温度，加工温度优选较低的温度如150-200℃。
根据本发明的优选实施方式，所述步骤b中升温至140-280℃，优选160-180℃。在本发明的一些优选实施方式中，挤出机的温度设置如下：一区温度145-155℃，二区温度155-160℃，三区温度160-170℃，四区温度165-175℃，五区温度165-175℃，六区温度160-170℃，机头温度155-165℃。
根据本发明的优选实施方式，在步骤c中，挤出机口模的温度为150-280℃，优选160-180℃。
本发明提供的聚丙烯塑木复合发泡板材可以应用于交通运输工具，例如汽车、飞行器和高铁内外装饰，建筑装饰以及休闲娱乐等对塑料制品力学性能以及轻量化要求较高的场合。
根据本发明的又一方面，提供了一种聚丙烯塑木发泡成型体，其由包括上述聚丙烯塑木复合材料的原料经注射发泡制得。
根据本发明的又一方面，提供了上述的发泡成型体的制备方法，包括如下步骤：
步骤a、将所述聚丙烯塑木复合材料与发泡剂、任选地泡孔成核剂以及任选地加工助剂进行熔融共混造粒，得到预混料；
步骤b、将所述预混料经注射机注射发泡得到所述发泡成型体；
优选地，所述聚丙烯塑木复合材料以100重量份计，泡孔成核剂的用量为0.001-10重量份，优选为0.1-5重量份。
根据本发明的优选实施方式，所述发泡剂选自溶剂型发泡剂、分解型发泡剂、气态的物理发泡剂中的一种或多种。
优选地，所述溶剂型发泡剂是从注射机的料筒注入，被熔融原料树脂溶解，之后在注射成型模腔中汽化溢出从而作为发泡剂的物质。可以使用丙烷、丁烷、正戊烷、异戊烷、正庚烷、异己烷、正己烷、异庚烷等低沸点脂肪族烃或低沸点的含氟烃类。
热分解型发泡剂是预先配合到原料树脂组合物中后，向注射成型机供给，在注射成型机的料筒温度条件下发泡剂分解从而产生二氧化碳气体、氮气等气体的化合物。可以是无机发泡剂，也可以是有机发泡剂，还可以将促进气体的产生的诸如柠檬酸等有机酸或诸如柠檬酸钠等有机酸金属盐等作为发泡助剂并用添加。
气态的发泡剂，可以列举二氧化碳、氮气、氢气、氦气、氖气、氩气等不活泼气体。其中，更加优选性价比高、环境污染和火灾危险性极小的二氧化碳、氮气、氩气。另外，气态发泡剂可以以超临界状态使用。
上述发泡剂可以单独使用，也可以两种或多种组合使用。发泡剂能够预先配合在树脂组合物中，也能够在注射成型时从料筒的途中注入。
所述泡孔成核剂可以是无机粉末，例如硼酸锌、二氧化硅、滑石粉、碳酸钙、硼砂或氮氧化铝中的一种或多种，优选滑石粉。
考虑到提高发泡倍率，保证表观密度的稳定性(均一性)、低成本和环境友好问题，本发明优选二氧化碳和氮气作为发泡剂。
根据本发明的优选实施方式，所述注射发泡的步骤如下：
将聚丙烯塑木复合材料从注射机向模腔注射填充，同时注入发泡剂，使模腔的容积增大，使增塑树脂组合物发泡，得到发泡成型体。
本发明中，注射开始时的模具的空腔间隙，优选为1.1-1.9mm，更优选为1.2-1.7mm，进一步优选为1.3-1.5mm。
组合物充满模腔所用注射时间，优选为0.5-4.0秒，更优选为0.8-2.0秒左右，优选以2-45mm/秒、更优选以5-30mm/秒移动，扩大空腔的容积，同时通入气体发泡剂二氧化碳或氮气。注射完成后保压停止时间，优选在0-4秒，构成发泡体隔壁。通过设置该停止时间，能够控制发泡成形体结皮的厚度，其结果能够提高刚性等机械物性。在此，空腔容积的扩大率通常为0.5-10倍，优选为2-5倍。
另外，模芯后退速度根据成型体的厚度、树脂的种类、发泡剂的种类、模具的温度、树脂温度而有所不同，例如使用二氧化碳作为物理发泡剂时，以聚丙烯塑木复合材料为基体树脂时，优选0.5-30mm/秒左右。模芯移动速度过慢时，在模芯后退的途中树脂固化，不能得到充分的发泡倍率，过快时，导致气泡的发生、成长不能追随模芯的移动，气泡破坏，不能得到外观良好的成型体。
注射发泡工艺中，注射的组合物基础树脂温度和模具温度根据成型体的厚度、树脂的种类、发泡剂的种类和添加量等而有所不同，聚丙烯类树脂的成型中通常使用的温度是聚丙烯物料完全塑化温度，在制造薄壁、发泡倍率高的成型品时，通常设定为高于模具温度。一般的，考虑到所用树脂为通用聚丙烯，熔融峰温大概为128-165℃左右，故树脂的温度选用110-250℃，优选为130-200℃。另外，固定模和可动模的模具温度为5-95℃，优选为40-60℃。另外，模具内压力为2-50MPa，优选为15-25MPa。
另外，本发明中，能够利用在通常的注射成型中使用的热流道和截流喷嘴、断流阀等。截流喷嘴和热流道不仅能够抑制流道等废树脂的产生，也具有防止丙烯类树脂组合物从模具内向空腔漏出、产生次循环的发泡成型体的不良的效果。可以在发泡完成后原样冷却、取出发泡成型体，也可以通过稍微合模，控制成型体和模具的接触状态，由此缩短成型周期，得到凹度和气泡形状良好的成型品。
本发明的制造方法中，能够合适地得到厚度为0.2-50.0mm左右的注射发泡成型体。该注射发泡成型体具有独立气泡时，其平均气泡直径为10-100μm左右，特别是在发泡倍率增大时，多个气泡共同会合而连通化，成型体的内部形成中空状态，但是在该空洞中形成有树脂的支柱，因此成型体被高度轻质化、且具有坚固的刚性。这样的发泡成型体可以适用于汽车、飞行器、高铁内外装饰用部件等各种品
本发明提供的用于制备聚丙烯塑木复合材料的组合物中，以极性单体改性的聚丙烯为基材，通过控制极性单体的接枝率以及聚丙烯基材的熔融指数，在保持聚丙烯优良性能的同时改善了复合材料的性能，极性单体改性的聚丙烯与相容剂和增韧剂以及组合物中各组分之间的相互配合，使得制得的聚丙烯塑木复合材料具有优良的性能，其经发泡制得的发泡板材具有表面平整、泡孔致密、泡孔直径均匀、发泡倍率低且可控，具有闭孔硬质结构和良好冲击和弯曲性能等特点。
本发明提供的聚丙烯发泡板材的制备方法简单有效，易于操作、成本低，并且实现聚丙烯原料的稳定化，使得发泡窗口有效扩大，工艺易于调整。
本发明提供的聚丙烯塑木发泡板材为非交联结构，可以按照一般聚丙烯改性材料回收利用，不造成二次污染，符合循环经济的要求。
附图说明
图1是实施例24得到的发泡成型体截面照片。
图2是对比例8得到的发泡成型体截面照片。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不受下述实施例限定。
如无特征说明，在本发明的实施例中，极性单体改性的聚丙烯为自制甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯，其中聚丙烯为中国石化生产的共聚聚丙烯，牌号为SP179。甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯中，甲基丙烯酸缩水甘油酯的接枝率为4.2wt％，在230℃×2.16kg测试条件下其熔体流动速率为6.8g/10min。
甲基丙烯酸缩水甘油酯的接枝率为4.2wt％的甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯的制备方法如下：
将200重量份浓度为10wt％的氯化钠水溶液升温至90℃，加入100重量份SP179聚丙烯粉料，搅拌2小时后继续加入6重量份的单体GMA与0.06重量份引发剂过氧化苯甲酰，搅拌混合并反应6h，将反应产物经去离子水和丙酮洗涤除去未反应的单体和引发剂后进行干燥，得到改性聚丙烯粒子。
木粉为杨木木粉，平均粒径范围为60-300目。
无机填料为粒径5μm的滑石粉。
纳米碳酸钙的粒径范围为0.01-0.1μm。
相容剂为南通日之升公司生产的马来酸酐接枝聚丙烯，牌号为佳易容系列CMG9801。
如无特别说明，实施例中使用的增韧剂为美国科腾公司生产的马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物，牌号为FG1901。
如无特别说明，实施例中使用的抗氧剂选用四[甲基-β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯(抗氧剂1010)与三(2，4-二叔丁基)亚磷酸苯酯(抗氧剂168)复配使用，两者质量配比为1：1。
此外还包括润滑剂等加工助剂，润滑剂为河北千友化工生产的硬脂酸钙。
在对比例中：聚丙烯为中国石化生产的共聚聚丙烯，牌号为SP179。其余组分规格牌号同实施例。
实施例1
将10重量份的粒径为100目的木粉在70℃下干燥6h，然后将100重量份甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝改性的SP179、干燥后的木粉、4重量份滑石粉、2重量份的纳米碳酸钙、4重量份相容剂、2重量份增韧剂、0.5重量份抗氧剂、0.2重量份润滑剂混合均匀后加入双螺杆挤出机，经过熔融共混、挤出、造粒，得到聚丙烯塑木复合材料。所述的双螺杆挤出机的加工温度为：190～210℃。
采用高速搅拌器将上述聚丙烯塑木复合材料、发泡剂和润滑剂进行混料，得到聚丙烯发泡板材的预混料；
将预混料投入单螺杆挤出机的料斗内，挤出机的温度升到如表2所示的发泡温度，使预混料熔炼；螺杆转速调节为150rpm；加工温度为160～180℃，使预混料向发泡温度下的口模挤出，流向挤板机组两辊筒缝隙中，经辊压成片状材；自然冷却到室温后，按需要切成板材，即为发泡板材成品。
实施例2-6以及对比例1-5
实施例2-6以及对比例1-5与实施例1的区别仅在于制备聚丙烯塑木复合材料的各组分的用量不同，实施例2-6以及对比例1-5中各组分的用量见表1。
实施例7-10
实施例7-10与实施例1的区别仅在于甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯中甲基丙烯酸缩水甘油酯的接枝率不同。
实施例7中甲基丙烯酸缩水甘油酯的接枝率为3.0wt％。
实施例8中甲基丙烯酸缩水甘油酯的接枝率为4.5wt％。
实施例9中甲基丙烯酸缩水甘油酯的接枝率为1.0wt％。
实施例10中甲基丙烯酸缩水甘油酯的接枝率为8.0wt％。
实施例11
实施例11与实施例1的区别在于，增韧剂使用陶氏化学的POE(乙烯-辛烯共聚物)。
实施例12-16
实施例12-16与实施例1的区别在于甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯在230℃×2.16kg测试条件下其熔体流动速率分别为5g/10min、10g/10min、15g/10min、20g/10min、40g/10min。
实施例17-21
实施例17-21与实施例1的区别在于，增韧剂或相容剂的用量不同，具体用量见表1。
表1
Figure BDA0002255027480000121
Figure BDA0002255027480000131
表1中各原料的用量均以重量份表示。
表2
Figure BDA0002255027480000132
Figure BDA0002255027480000141
Figure BDA0002255027480000151
○泡孔致密均匀，×泡孔稀疏不均
通过上述实施例与对比例对比可以看出，使用改性聚丙烯结合相容剂、增韧剂和填料等其它组分进行共混增强，可以显著改善复合材料中聚丙烯基体与木粉及无机填料的界面结合，木粉及无机填料充当发泡过程的成核剂。得到的发泡材料的力学及耐热性能良好。而普通聚丙烯与木粉等填料共混效果较差，对发泡过程影响大，发泡制品的减重不明显，且力学性能较差。
实施例22-27和对比例6-8
按照表3中各组分的用量，将极性单体改性的聚丙烯(对比例6-8中使用SP179代替极性单体改性的聚丙烯)、木粉、无机填料、纳米碳酸钙、相容剂、增韧剂、抗氧剂和加工助剂按配方比例称重，混合均匀后加入双螺杆挤出机中，经过熔融共混、挤出、造粒，得到聚丙烯塑木复合材料。所述的双螺杆挤出机的加工温度为：190～210℃。
将一定重量份的聚丙烯塑木复合材料加入注射发泡设备料筒，具体物料配比见表4。随后，以下述条件进行注射成型，得到发泡成型体，对该发泡成型体的发泡密度和泡孔形态进行评价，其结果表示于表4中。将发泡成型体按照国标GB/T11997-2008型多用途试样切割而成进行力学性能测试，结果如表5所示。
注射成型工艺：
注射温度：190℃；
注射时间：1.5秒(从注射开始直至原料全部注射结束的时间)；
模芯后退速度：8mm/sec；
延迟时间：0.1秒；
发泡时间：1.2秒；
成型模具表面温度：55℃；
初始成型模具间隙(N)：2.2mm；
发泡工序完成后的成型模具间隙(N’)2.9mm；
注射压力：80MPa。
表3实施例22～27和对比例6-8的各组分配方
Figure BDA0002255027480000161
Figure BDA0002255027480000171
表4聚丙烯发泡成型体的配方及性能
Figure BDA0002255027480000172
○泡孔致密均匀，×泡孔稀疏不均。
表5聚丙烯木塑复合材料发泡成型体的性能
Figure BDA0002255027480000181
注：MD，平行于机器方向；TD，垂直于机器方向。
通过实施例22-27与对比例6-8对比可以看出，使用改性聚丙烯结合相容剂、增韧剂和填料等其它组分进行共混增强，可以显著改善复合材料中聚丙烯基体与木粉及无机填料的界面结合，木粉及无机填料充当发泡过程的成核剂。得到的发泡材料的力学及绝热性能良好。而普通聚丙烯与木粉等填料共混效果较差，对发泡过程影响大，发泡制品的减重不明显，且力学性能较差。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (12)

1.一种用于制备聚丙烯塑木复合材料的组合物，其包括：
Figure FDA0002255027470000011
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述极性单体改性的聚丙烯为极性单体接枝改性的聚丙烯，所述极性单体选自甲基丙烯酸缩水甘油酯、马来酸酐和甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种，优选为甲基丙烯酸缩水甘油酯；优选地，所述极性单体改性的聚丙烯中，极性单体的接枝率为2-6wt％，优选为3-4.5wt％。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，在230℃、2.16kg测试条件下，所述极性单体改性的聚丙烯的熔体流动速率为2-90g/10min，优选为0.1-30g/10min，更优选为5-20g/10min。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的组合物，其特征在于，所述聚丙烯为共聚聚丙烯，优选地，所述共聚聚丙烯为抗冲共聚聚丙烯，包括丙烯均聚物和丙烯/乙烯共聚物，其中丙烯/乙烯共聚物的含量优选为3-10wt％。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的组合物，其特征在于，所述木粉的粒径为60-300目，优选为60-100目；和/或，
所述无机填料选自滑石粉、硫酸钡、硫酸钙、碳酸钙和蒙脱土中的一种或多种，优选地，无机填料的粒径为1-10μm；和/或，
所述纳米碳酸钙的粒径为0.01-0.1μm；和/或，
所述相容剂为极性单体接枝的聚乙烯或极性单体接枝的聚丙烯，所述极性单体优选选自马来酸酐、马来酸酐的衍生物、丙烯酸和丙烯酸的衍生物中的一种或多种；和/或，
所述增韧剂选自乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、极性单体接枝的乙烯-辛烯共聚物和极性单体接枝的苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或多种，所述极性单体选自马来酸酐、马来酸酐的衍生物、丙烯酸和丙烯酸的衍生物中的一种或多种。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的组合物，其特征在于，所述复合材料的原料还包括抗氧剂、润滑剂、光稳定剂和热稳定剂中的一种或多种，优选地，在100重量份极性单体改性的聚丙烯中，抗氧剂的用量为0.1-1重量份，优选为0.3-0.5重量份；润滑剂、光稳定剂和热稳定剂的用量分别为0.2-2重量份。
7.一种聚丙烯塑木复合材料，其由权利要求1-6中任一项所述的组合物制得。
8.一种聚丙烯塑木发泡板材，其由权利要求7所述的聚丙烯塑木复合材料制得，优选发泡板材的密度为0.3-0.9g/cm-3。
9.权利要求8所述的发泡板材的制备方法，包括如下步骤：
步骤a、将所述聚丙烯塑木复合材料与发泡剂和任选地加工助剂混合，得到发泡预混料；
步骤b、将所述预混料加入挤出机中，搅拌升温，使所述预混料熔融；
步骤c、将熔融的预混料向挤出机口模挤出，流向挤板机，经辊压成发泡板材。
10.根据权利要求8所述的发泡板材在汽车、飞行器和高铁内外装饰中的应用。
11.一种聚丙烯塑木发泡成型体，其由包括权利要求7所述的聚丙烯塑木复合材料的原料经注射发泡制得。
12.权利要求11所述的发泡成型体的制备方法，包括如下步骤：
步骤a、将所述聚丙烯塑木复合材料与发泡剂、任选地泡孔成核剂以及任选地加工助剂进行熔融共混造粒，得到预混料；
步骤b、将所述预混料经注射机注射发泡得到所述发泡成型体；
优选地，所述聚丙烯塑木复合材料以100重量份计，泡孔成核剂的用量为0.001-10重量份，优选为0.1-5重量份。
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