CN113308053B - 一种自发泡植物纤维改性聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自发泡植物纤维改性聚丙烯珠粒及其制备方法,所述自发泡植物纤维改性聚丙烯及其制备方法是将聚丙烯,植物纤维,强碱、相容剂,抗氧剂,光稳定剂及其它助剂按照特定工艺相结合。本发明所述产品与传统发泡聚丙烯相比,无需额外使用发泡剂,利用植物纤维本身的分解产生泡孔结构,同时提升材料的力学性能。
Description
技术领域:
本发明涉及聚丙烯及其组合物,具体涉及一种自发泡植物纤维改性聚丙烯材料及其制备方法。
技术背景:
发泡聚丙烯因其低密度、高强度、高耐热和良好的吸能减震特性被广泛应用于汽车、产品包装、体育用品、玩具等众多行业。目前主要的发泡方式有两种,包括化学发泡和物理发泡。化学发泡即在聚丙烯注塑成型时加入化学发泡剂,发泡剂在高温熔体中分解,产生泡孔结构;化学发泡剂通常是碳酸氢钠等能够分解出气体的化学物质,这种物质在高温作用下通常能够快速完成分解,产生的气体如果不能迅速困在塑料内部,就会逸出在制件表面,形成气痕缺陷,因此通常需要较为严苛的工艺条件和特殊配方。物理发泡通过在聚丙烯注塑成型过程通入高压惰性气体,气体与聚丙烯熔体均匀混合后从注塑机喷嘴注入模腔,由于压力瞬间降低,气核快速膨胀形成泡孔结构。这种发泡方式生产的制件通常表观较好,发泡倍率也较高,但设备投入大,需要一套独立的高压供气系统,相关成型设备也需要进行特殊改造。
专利CN101538387A公开了一种聚丙烯发泡材料及其生产方法,通过向双螺杆挤出机中通入高压超临界N2或CO2,当聚丙烯熔体和高压气体混合均匀从机头挤出后,由于压力瞬间降低,高压气体迅速膨胀,形成泡孔结构,这种方法发泡效率高,泡孔细密均匀,但由于要将高压惰性气体压入挤出机,需要一套非常复杂的充气加压系统,且对挤出机气密性要求极高。
专利CN109575448A公开了一种微发泡聚丙烯材料及其制备方法,使用化学发泡剂作为气源,分子筛作为发泡稳定剂,获得高发泡倍率以及更小的更均匀的泡孔,但这种方法所使用的发泡剂分解速度通常较块,很容易在成型制件表面产生气痕,产生不良品。
发明内容:
为解决上述问题,本发明提供了一种自发泡植物纤维改性聚丙烯材料及其制备方法。采用本发明的方法不用额外使用化学发泡剂或者惰性气体等气源,而是使用有机物分解产生的气体作为气源,分解残留又可作为增强材料,赋予材料较好的力学性能。同时,由于植物纤维分解较为缓和,气体不易逸出,制品外观良好。
本发明通过以下技术方案实施:
一种自发泡植物纤维改性聚丙烯材料,采用包括以下质量百分比的原料制备而成:
以上述所有原料质量总和为100%计。
优选的,一种自发泡植物纤维改性聚丙烯材料,采用包括以下质量百分比的原料制备而成:
以上述所有原料质量总和为100%计。
所述的聚丙烯为均聚、共聚中的一种或两种以上的组合物,熔体流动速率1~30g/10min(测试条件230℃,2.16Kg),优选熔体流动速率2-25g/10min,更优选熔体流动速率3-20g/10min。
所述的植物纤维为麻纤维、木纤维、竹纤维、秸秆、谷糠、棉纤维、咖啡渣、甘蔗渣等各类植物纤维中的一种或两种以上的组合物,优选麻纤维、木纤维、竹纤维等纤维素含量较高的纤维类型。纤维类型可以是粉状、纤维状、片状或其组合物,优选粉状或短切纤维,更优选为粉状纤维。
所述的强碱为固体强碱,优选粉末状强碱,所述强碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化钡中的一种或多种混合物,优选氢氧化钠粉末。
所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)、马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH)、马来酸酐接枝热塑性聚烯烃弹性体(POE-g-MAH)、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯(PP-g-GMA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯(PE-g-GMA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝热塑性聚烯烃弹性体(POE-g-GMA)中的一或两种以上的组合物,优选甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝物,如甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯(PP-g-GMA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯(PE-g-GMA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝热塑性聚烯烃弹性体(POE-g-GMA)。
所述的抗氧剂包括主抗氧剂和和辅抗氧剂,所述的主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂中的一种或两种以上的组合物;所述辅抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或两种以上的组合物。
所述的光稳定剂为受阻胺类、二苯甲酮类和苯并三唑类中的一种或两种以上的组合物。
所述的其它添加剂包括色粉、色母、润滑剂中的一种或两种以上的组合物。
本发明还提供该自发泡植物纤维改性聚丙烯材料的制备方法,将聚丙烯、植物纤维、强碱、相容剂、抗氧剂、光稳定剂和其它添加剂充分混合均匀,然后采用挤出机挤出熔融塑化。
优选的,所述熔融塑化的温度160~260℃,优选熔融塑化温度为180~250℃,更优选熔融塑化温度为200~240℃。挤出机机头温度为120-200℃,优选挤出机机头温度为130-180℃,更优选挤出机机头温度为140-160℃。
优选的,所述植物纤维为干燥后的植物纤维,其含水率为0-0.5wt.%,优选含水率为0.1-0.4wt.%。
优选的,所述植物纤维在90-150℃条件下干燥,优选干燥温度为100-140℃,更优选105-120℃。
优选的,原料混合物在高速混合机中混合,混合时间1~30min,优选混合时间2-20min,更优选混合时间5-10min。
优选的,所述高速混合机的转速为60-200rpm,更优选高速混合机转速为100-150rpm。
所述挤出机可以是双螺杆挤出机、单螺杆挤出机,优选双螺杆挤出机。熔融塑化温度控制在160~260℃,优选熔融塑化温度控制在180~250℃,更优选熔融塑化温度控制在200~240℃。挤出机机头温度控制在120-200℃,优选挤出机机头温度控制在130-180℃,更优选挤出机机头温度控制在140-160℃。塑化后随后挤出、切粒、离心烘干。
本发明有益效果在于:
1、本发明通过粉末状的强碱与植物纤维、聚丙烯混合,强碱可以使纤维分解产生气体,无需额外添加其他发泡剂,更加环保;由于植物纤维分解较为缓和,气体不易逸出,制品外观良好,气泡均匀。
2、植物纤维分解后,纤维残留物为强度更高的纤维素,可以提升材料力学性能。
3、操作工艺简单,无需额外增加设备投入。
附图说明
图1是实施例1制备的植物纤维发泡聚丙烯珠粒断面图。
具体实施方法
下面通过具体实施方式来进一步说明本申请的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本申请,不应视为对本申请的具体限制。
原料来源:
EP5175,利安德巴塞尔,共聚聚丙烯,熔融指数3.5g/10min(测试条件230℃,2.16Kg);
6012,天津中沙石化,均聚聚丙烯,熔融指数11g/10min(测试条件230℃,2.16Kg);
麻纤维,杭州高科复合材料有限公司,5mm短切麻纤维;
麻纤维(预处理),杭州高科复合材料有限公司,麻纤维在7.5%氢氧化钠水溶液中浸泡12小时,浸泡温度60℃,后经水洗、烘干、短切制得,纤维长度5mm;
竹纤维,杭州高科复合材料有限公司,竹纤维粉;
甘蔗渣,杭州高科复合材料有限公司,粉碎粉料;
氢氧化钠,SigmapAldrich,纯度99.9%;
氢氧化钾,SigmapAldrich,纯度99.9%;
氢氧化钙,SigmapAldrich,纯度99.9%;
氢氧化钡,SigmapAldrich,纯度99.9%;
相容剂SOG-02,佳易容聚合物(上海)有限公司;
辅抗氧剂168,新秀化学(烟台)有限公司;
主抗氧剂1010,新秀化学(烟台)有限公司;
光稳定剂5585,新秀化学(烟台)有限公司;
硬脂酸锌,发基化学品(张家港有限公司)。
一种自发泡植物纤维改性聚丙烯材料,其制备方法为:
A.将植物纤维放入烘箱中烘干,祛除其中多余水分,烘干温度105℃,烘干时间2H。
B.按重量比称取聚丙烯、烘干后的植物纤维、氢氧化钠、相容剂、抗氧剂、光稳定剂和其它添加剂,然后放入高速混合机中混合10min,高混机转速为120rpm。
C.按比例将步骤B所得混合物加入挤出机中熔融塑化,所述挤出机为双螺杆挤出机、螺杆长径比(L/D)为48。熔融塑化温度控制在180~200℃,机头温度控制在140-160℃。塑化后随后挤出、切粒、离心烘干。
表1中各原料加入量均为其质量,单位:g
表1:实施例和对比例各组分加入量及性能
通过上表和图1可以看出,利用植物纤维可以在聚丙烯中形成泡孔结构,降低材料密度,植物纤维分解残留可起到一定程度的增强作用。
Claims (29)
3.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:所述的聚丙烯为均聚、共聚中的一种或两种以上的组合物,熔体流动速率为1~30g/10min,熔体流动速率测试条件230℃,2.16Kg。
4.根据权利要求3所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:所述的聚丙烯的熔体流动速率为2-25g/10min。
5.根据权利要求4所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:所述的聚丙烯的熔体流动速率3-20g/10min。
6.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:所述的植物纤维为麻纤维、木纤维、竹纤维、秸秆、谷糠、棉纤维、咖啡渣、甘蔗渣各类植物纤维中的一种或两种以上的组合物,纤维类型为粉状、纤维状、片状或其组合物。
7.根据权利要求6所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:所述的植物纤维选自麻纤维、木纤维或竹纤维;纤维类型为粉状或短切纤维。
8.根据权利要求7所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:所述的植物纤维的纤维类型为粉状纤维。
9.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:所述植物纤维为干燥后的植物纤维,其含水率为0-0.5wt.%。
10.根据权利要求9所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:所述植物纤维的含水率为0.1-0.4wt.%。
11.根据权利要求9所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:所述植物纤维在90-150℃条件下干燥。
12.根据权利要求11所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:所述植物纤维的干燥温度为100-140℃。
13.根据权利要求12所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:所述植物纤维的干燥温度为105-120℃。
14.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:所述强碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化钡中的一种或多种的混合物。
15.根据权利要求14所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:所述的强碱为粉末状强碱。
16.根据权利要求15所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:所述的强碱为氢氧化钠粉末。
17.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)、马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH)、马来酸酐接枝热塑性聚烯烃弹性体(POE-g-MAH)、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯(PP-g-GMA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯(PE-g-GMA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝热塑性聚烯烃弹性体(POE-g-GMA)中的一或两种以上的组合物。
18.根据权利要求17所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:所述的相容剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯(PP-g-GMA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯(PE-g-GMA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝热塑性聚烯烃弹性体(POE-g-GMA)。
19.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:所述的抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂,所述的主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂中的一种或两种以上的组合物;所述辅抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或两种以上的组合物。
20.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:所述的光稳定剂为受阻胺类、二苯甲酮类和苯并三唑类中的一种或两种以上的组合物。
21.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:所述的其它添加剂包括色粉、色母、润滑剂中的一种或两种以上的组合物。
22.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:所述熔融塑化的温度为160~260℃;挤出机机头温度为120-200℃。
23.根据权利要求22所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:所述熔融塑化的温度为180~250℃,挤出机机头温度为130-180℃。
24.根据权利要求23所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:所述熔融塑化的温度为200~240℃;挤出机机头温度为140-160℃。
25.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:原料混合物在高速混合机中混合,混合时间1~30min。
26.根据权利要求25所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:原料混合物在高速混合机中混合,混合时间2-20min。
27.根据权利要求26所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:原料混合物在高速混合机中混合,混合时间5-10min。
28.根据权利要求26所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:所述高速混合机的转速为60-200rpm。
29.根据权利要求28所述的改性聚丙烯材料,其特征在于:所述高速混合机的转速为100-150rpm。
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GR01 | Patent grant | ||
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