CN113527807B - 一种微孔植物纤维复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种微孔植物纤维复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微孔植物纤维复合材料及其制备方法，属于植物纤维复合材料领域。本发明的微孔植物纤维复合材料包含如下按质量份计的组分：热塑性塑料40‑70份，白腐真菌处理后的微孔植物纤维10‑40份，偶联剂5‑10份，抗氧剂2‑10份，阻燃剂2‑8份。白腐真菌处理后的微孔植物纤维的制备为：将木块放入接种白腐真菌的培养基中，培养4‑10周，清除掉表面的白色腐蚀真菌得到含有腐蚀槽或孔的木块，再将木块处理成木粉得到微孔植物纤维。本发明利用白腐真菌处理得到的微孔植物纤维相比于其他微发泡注塑工艺，工艺简单，无需采用发泡剂，环境友好，并且能够与微发泡注塑工艺联用，以进一步降低复合材料制品密度。

Description

一种微孔植物纤维复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及植物纤维复合材料领域，更具体地，涉及一种微孔植物纤维复合材料及其制备方法。
背景技术
植物纤维是一种可再生的自然资源，广泛的存在于自然界中，具有易获得、可循环等众多的优点。植物纤维聚丙烯复合材料成本低、性能好、节约资源，在汽车零部件中具有广泛的应用前景。长久以来人们致力于研究植物纤维复合材料各种性能的改善，努力提高植物纤维复合材料的利用率。
环保和轻量化是汽车技术的重要发展方向，植物纤维复合材料产品气味性好、环保性好；通过微发泡注塑工艺可以获得微孔植物纤维复合材料制品，可以减轻汽车产品重量、增加隔音隔热性能、提高制品抗冲击性能。
目前制备微孔复合材料制品一般采用两类方法：一种是化学发泡注塑工艺，其通过在制备过程中添加NaHCO3、亚硝基发泡剂、偶氮二甲酰胺等类型的发泡剂，在注塑过程中产生气体从而在塑料制品内部生成微孔；另外一种方法是超临界气体发泡注塑工艺，其通过在塑料熔体中注入超临界气体，在成型冷却过程中气体在塑料制品中产生微孔。这两类方法均可获得密度较低的轻量化植物纤维复合材料注塑制品，但化学发泡方法需要采用大量发泡剂，且制品表面质量较难控制；超临界气体发泡注塑工艺中设备复杂，工艺成本较高。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术存在的缺点与不足，提供一种微孔植物纤维复合材料。本发明的目的还在于提供所述的微孔植物纤维复合材料的制备方法及其在制备轻量化微孔复合材料注塑制品中的应用。本发明所制备的微孔植物纤维复合材料与传统微发泡复合材料相比不需要使用化学添加剂来形成内部微孔，注塑工艺简单，制品表面质量较好，并具有可持续和环境友好的优点。同时本发明所制备的微孔植物纤维复合材料同样可结合微发泡注塑工艺来实现植物纤维复合材料制品密度进一步地降低。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
本发明的微孔植物纤维复合材料，包含如下按质量份计的组分：热塑性塑料40-70份，白腐真菌处理后的微孔植物纤维10-40份，偶联剂5-10份，抗氧剂2-10份，阻燃剂2-8份。其中，白腐真菌处理后的微孔植物纤维通过包括以下步骤的方法制备得到：将木块放入接种白腐真菌的培养基中，培养4-10周，然后清除掉表面的白色腐蚀真菌得到含有腐蚀槽或孔的木块，再将木块处理成木粉得到微孔植物纤维；所述的培养的条件优选为：温度20～30℃、相对湿度65％～75％、黑暗环境。
优选的，所述的热塑性塑料为聚丙烯或聚乙烯。
优选的，所述的白腐真菌为树舌灵芝真菌、黄孢原毛平革菌等。
优选的，所述的偶联剂为丙烯酸化合物类接枝的聚丙烯或丙烯酸化合物类接枝的聚乙烯；进一步地，所述的丙烯酸化合物类接枝的聚丙烯优选为马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP)，所述的丙烯酸化合物类接枝的聚乙烯优选为马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)。
优选的，所述的抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂1076中的至少一种。
优选的，所述的阻燃剂为十溴二苯乙烷或三氧化二锑。
所述的微孔植物纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将白腐真菌处理后的微孔植物纤维与热塑性塑料、偶联剂、抗氧剂、阻燃剂充分混合均匀，制成预混料。
(2)将步骤(1)所得预混料挤出造粒，得到微孔植物纤维复合材料。
所述的微孔植物纤维复合材料可用于制备轻量化微孔复合材料注塑制品。
本发明采用白腐真菌处理的方式得到微孔植物纤维复合材料，由于细胞壁的酶侵蚀和降解区域的结合会产生大的空隙，在腐烂的轻木中，腐蚀掉的细胞壁会造成腐蚀槽或孔的形成。利用白腐真菌处理得到的微孔植物纤维相比于其他微发泡注塑工艺最大的优势就是工艺简单，无需采用发泡剂，环境友好，并且能够与微发泡注塑工艺联用，以进一步降低复合材料制品密度。
附图说明
图1为未经过白腐真菌处理的轻木横切面形态和结构SEM图。
图2为树舌灵芝真菌处理6周后轻木横切面形态和结构SEM图。
图3为树舌灵芝真菌处理10周后轻木横切面形态和结构SEM图。
具体实施方式
本发明结合以下具体实施例来加以说明，所述份均为质量份。但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
实施例1
(1)取长宽高均为15mm左右大小的轻木样品，进行灭菌处理，然后放入含有接种的树舌灵芝真菌的培养基中，所用培养基为4％麦芽提取物琼脂(MEA)。培养物保持在22℃、70％的相对湿度的黑暗环境中培养6周，用刷子小心地从轻木表面去除真菌生物，之后将轻木处理成木粉，得到发泡植物纤维。经过6周的处理，轻木重量变为原来的75％左右。图1是没有经过处理的轻木横切面形态和结构SEM图，图2为经过树舌灵芝真菌处理6周后轻木横切面形态和结构SEM图，通过图1和图2的对比可以清楚地看出处理后的轻木块内部会形腐蚀槽或孔的结构。
(2)将步骤(1)所得发泡植物纤维置于105℃的干燥箱中进行烘干处理，按质量份取聚丙烯62份、烘干后的发泡植物纤维25份、马来酸酐接枝聚丙烯8份、抗氧剂(抗氧剂1010)3份、三氧化二锑2份放入到高速混合机中搅拌升温充分混合均匀，冷却卸料，制成预混料。
(3)将步骤(2)制备的预混料放入双螺杆挤出机中在180～190℃温度下挤出造粒，得到微孔植物纤维复合材料颗粒。
实施例2
(1)取长宽高均为15mm左右大小的轻木样品，进行灭菌处理，然后放入含有接种的树舌灵芝真菌的培养基中，所用培养基为4％麦芽提取物琼脂(MEA)。培养物保持在22℃、70％的相对湿度的黑暗环境中培养10周，用刷子小心地从轻木表面去除真菌生物，之后将轻木处理成木粉，得到发泡植物纤维。经过10周的处理，轻木重量变为原来的55％左右。图2、3分别为经过树舌灵芝真菌处理6、10周后轻木横切面形态和结构SEM图，通过图2和图3的对比，可以看出随着树舌灵芝真菌处理时间的延长轻木块内部形成的腐蚀槽孔得到进一步的扩大。
(2)将步骤(1)所得发泡植物纤维置于105℃的干燥箱中进行烘干处理，按质量份取聚丙烯62份、烘干后的发泡植物纤维25份、马来酸酐接枝聚丙烯8份、抗氧剂(抗氧剂1010)3份、三氧化二锑2份放入到高速混合机中搅拌升温充分混合均匀，冷却卸料，制成预混料。
(3)将步骤(2)制备的预混料放入双螺杆挤出机中在180～190℃温度下挤出造粒，得到微孔植物纤维复合材料颗粒。
实施例3
(1)取长宽高均为15mm左右大小的轻木样品，进行灭菌处理，然后放入含有接种的黄孢原毛平革菌的培养基中，所用培养基为马铃薯、葡萄糖琼脂培养基(PDA)。培养物保持在22℃、70％的相对湿度的黑暗环境中培养8周，用刷子小心地从轻木表面去除真菌生物，之后将轻木处理成木粉，得到发泡植物纤维。经过8周的处理，轻木重量变为原来的87％左右。经过与实施例1、2比较，对于本实验所采用的木材树舌灵芝真菌的腐蚀效果更好。
(2)将步骤(1)所得发泡植物纤维置于105℃的干燥箱中进行烘干处理，按质量份取聚丙烯62份、烘干后的发泡植物纤维25份、马来酸酐接枝聚丙烯8份、抗氧剂(抗氧剂1010)3份、三氧化二锑2份放入到高速混合机中搅拌升温充分混合均匀，冷却卸料，制成预混料。
(3)将步骤(2)制备的预混料放入双螺杆挤出机中在180～190℃温度下挤出造粒，得到微孔植物纤维复合材料颗粒。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，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)

1.一种微孔植物纤维复合材料，其特征在于：包含如下按质量份计的组分：热塑性塑料40-70份，白腐真菌处理后的微孔植物纤维10-40份，偶联剂5-10份，抗氧剂2-10份，阻燃剂2-8份；
其中，白腐真菌处理后的微孔植物纤维通过包括以下步骤的方法制备得到：将木块放入接种白腐真菌的培养基中，培养4-10周，清除掉表面的白色腐蚀真菌得到含有腐蚀槽或孔的木块，再将木块处理成木粉得到微孔植物纤维。
2.根据权利要求1所述的微孔植物纤维复合材料，其特征在于：所述的培养的条件为：温度20～30℃、湿度65％～75％、黑暗环境。
3.根据权利要求1所述的微孔植物纤维复合材料，其特征在于：所述的热塑性塑料为聚丙烯或聚乙烯。
4.根据权利要求1所述的微孔植物纤维复合材料，其特征在于：所述的白腐真菌为树舌灵芝真菌、黄孢原毛平革菌。
5.根据权利要求1所述的微孔植物纤维复合材料，其特征在于：所述的偶联剂为丙烯酸化合物类接枝的聚丙烯或丙烯酸化合物类接枝的聚乙烯。
6.根据权利要求5所述的微孔植物纤维复合材料，其特征在于：所述的丙烯酸化合物类接枝的聚丙烯为马来酸酐接枝聚丙烯，所述的丙烯酸化合物类接枝的聚乙烯为马来酸酐接枝聚乙烯。
7.根据权利要求1所述的微孔植物纤维复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂1076中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的微孔植物纤维复合材料，其特征在于：所述的阻燃剂为十溴二苯乙烷或三氧化二锑。
9.权利要求1-8任一项所述的微孔植物纤维复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将白腐真菌处理后的微孔植物纤维与热塑性塑料、偶联剂、抗氧剂、阻燃剂充分混合均匀，制成预混料；
(2)将步骤(1)所得预混料挤出造粒，得到微孔植物纤维复合材料。
10.权利要求1-8任一项所述的微孔植物纤维复合材料在制备轻量化微孔复合材料注塑制品中的应用。
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