CN113930039A - 一种集装箱底板用竹塑复合板材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合材料领域，具体为一种集装箱底板用竹塑复合板材料，包括以下组成成分：改性竹浆纤维、HDPE、LLDPE、沙林树脂、马来酸酐接枝聚丙烯、聚乙烯蜡、热致性液晶聚合物，经测试，本发明所制备的竹塑复合板材料力学性能优异，其中，拉伸强度≥66.5MPa，缺口冲击强度≥23.4kJ·m‑2，弯曲强度≥98.0MPa，且吸水率低，具有极佳的防水性。

Description

一种集装箱底板用竹塑复合板材料
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体为一种集装箱底板用竹塑复合板材料。
背景技术
集装箱作为一种装载货物进行运输，并便于用机械设备进行装卸搬运的工具，被广泛地应用各种领域，集装箱底板作为货物承载的载体，既可以用于固定货物，也可以防止货物在运输过程中与集装箱直接发生剐蹭、撞击，目前集装箱底板多为木材或竹材，虽然价格低廉，但是不耐腐蚀，在海运过程中易受水汽侵蚀腐烂，竹塑复合板材料具有较高的强度且耐腐蚀，逐渐成为被用于制造集装箱底板，但是其耐冲击性能不佳，在装卸货物及运输颠簸时，易发生损坏，使用寿命短。
发明内容
发明目的：针对上述技术问题，本发明提供了一种集装箱底板用竹塑复合板材料。
所采用的技术方案如下：
一种集装箱底板用竹塑复合板材料，包括以下组成成分：
改性竹浆纤维、HDPE、LLDPE、沙林树脂、马来酸酐接枝聚丙烯、聚乙烯蜡、热致性液晶聚合物。
进一步地，包括以下重量份数的组成成分：
改性竹浆纤维40-60份、HDPE 25-30份、LLDPE 25-30份、沙林树脂0.5-1份、马来酸酐接枝聚丙烯2-4份、聚乙烯蜡0.1-1份、热致性液晶聚合物5-10份。
进一步地，所述改性竹浆纤维为MMA接枝改性竹浆纤维。
进一步地，所述MMA接枝改性竹浆纤维的制备方法如下：
S1：将DMAP和三乙胺加入THF中，搅拌10-30min后，通入氮气，再将竹浆纤维加入，继续搅拌10-30min后，将反应液降温至≤0℃，将2-溴异丁酰溴加入，恢复室温反应10-30min后，升温至60-65℃反应10-20h后过滤，所得固体用无水乙醇索式提取8-10h后干燥得到中间体；
S2：将溴化铜、五甲基二乙烯三胺、L-抗坏血酸加入DMF中，通入氮气，搅拌均匀后，再将MMA和中间体加入，反应5-10h后过滤，所得固体依次用水、无水乙醇洗涤后干燥即可。
进一步地，所述溴化铜、五甲基二乙烯三胺、L-抗坏血酸的摩尔比为1：2-2.1：3-3.1。
进一步地，所述热致性液晶聚合物的制备方法如下：
S1：氮气保护下，将对羟基苯甲酸、联苯二酚、对苯二甲酸、间苯二甲酸、醋酸酐、乙酸镁混合，一段升温至140-150℃反应3-4h，再二段升温至250-270℃反应30-40min，再三段升温至295-300℃反应30-40min，再四段升温至350-355℃反应30-40min后抽真空至80-100Pa，保温反应1-3h，恢复室温，得到预聚物；
S2：将预聚物干燥后，于氮气保护下300-320℃进行固相聚合，直至体系黏度达到25-32Pa·s，恢复室温即可。
进一步地，所述对羟基苯甲酸、联苯二酚、对苯二甲酸、间苯二甲酸的摩尔比为10-12：3-4：3-4：1。
进一步地，一段升温速度、二段升温速度、三段升温速度、四段升温速度相同或不同，为1-2℃/min。
本发明还提供了一种集装箱底板用竹塑复合板材料的制备方法：
将HDPE、LLDPE、马来酸酐接枝聚丙烯、热致性液晶聚合物、沙林树脂加入双螺杆挤出机中熔融共混造粒，挤出机转速为40-50r/min，温度为200-220℃，再使用同一双螺杆挤出机对得到的共混粒料与改性竹浆纤维、聚乙烯蜡熔融共混造粒，挤出机转速为40-50r/min，温度为195-198℃，最后通过单螺杆挤出机挤出即可。
进一步地，双螺杆挤出机的长径比为30-35，单螺杆挤出机的长径比为40-45。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种集装箱底板用竹塑复合板材料，HDPE具有结晶度高、维卡软化点高、强度高等优点，但是加工性能差限制了它的应用，LLDPE与HDPE具有相似的分子结构，两者共混使用，可以弥补HDPE加工性能差的缺陷，竹浆纤维相比于竹粉，其长径比高、纤维结构完整可以更充分发挥竹材优良的力学增强作用，将其用MMA接枝改性后与HDPE、LLDPE的界面相容性更好，热致性液晶聚合物中的介晶单元能发生取向排列，形成有序的微纤，被固定在竹塑复合板材料的体系网络中，并产生两相分离，微纤能象宏观纤维增强基体一样承受应力并起应力分散的作用，而紧密疏松相间的网络结构也能有效地吸收能量，分散、缓冲应力，起到原位增强增韧的作用，从而改善耐冲击性能，沙林树脂可以起到增容的作用，改善界面形貌，使内部结构更加紧密，提升力学性能，经测试，本发明所制备的竹塑复合板材料力学性能优异，其中，拉伸强度≥66.5MPa，缺口冲击强度≥23.4kJ·m-2，弯曲强度≥98.0MPa，且吸水率低，具有极佳的防水性。
具体实施方式
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明中MMA为甲基丙烯酸甲酯，HDPE为高密度聚乙烯，LLDPE为线性低密度聚乙烯，DMAP为4-二甲基氨基吡啶，THF为四氢呋喃，DMF为N,N-二甲基甲酰胺。
实施例1：
一种集装箱底板用竹塑复合板材料，包括以下重量份数的组成成分：
MMA接枝改性竹浆纤维60份、HDPE 25份、LLDPE 25份、沙林树脂0.5份、马来酸酐接枝聚丙烯2份、聚乙烯蜡0.5份、热致性液晶聚合物8份。
其中，MMA接枝改性竹浆纤维的制备方法如下：
将5gDMAP和15mL三乙胺加入500mLTHF中，搅拌20min后，通入氮气，再将10g竹浆纤维加入，继续搅拌20min后，将反应液降温至0℃，将10mL2-溴异丁酰溴加入，恢复室温反应20min后，升温至65℃反应20h后过滤，所得固体用无水乙醇索式提取10h后干燥得到中间体12g，将摩尔比为1：2：3的溴化铜、五甲基二乙烯三胺、L-抗坏血酸加入DMF中，通入氮气，搅拌均匀后，再将MMA和中间体加入，反应10h后过滤，所得固体依次用水、无水乙醇洗涤后干燥即可。
热致性液晶聚合物的制备方法如下：
氮气保护下，将摩尔比为10：3：3：1的对羟基苯甲酸、联苯二酚、对苯二甲酸、间苯二甲酸、醋酸酐、乙酸镁混合，一段升温至145℃反应4h，再二段升温至270℃反应40min，再三段升温至300℃反应40min，再四段升温至355℃反应30min后抽真空至100Pa，保温反应2h，恢复室温，得到预聚物，其中，一段升温速度、二段升温速度、三段升温速度、四段升温速度相同，均为1.5℃/min，将预聚物干燥后，于氮气保护下320℃进行固相聚合，直至体系黏度达到30Pa·s，恢复室温即可。
上述集装箱底板用竹塑复合板材料的制备方法：
将HDPE、LLDPE、马来酸酐接枝聚丙烯、热致性液晶聚合物、沙林树脂加入长径比为30的双螺杆挤出机中熔融共混造粒，挤出机转速为50r/min，温度为220℃，再使用同一双螺杆挤出机对得到的共混粒料与改性竹浆纤维、聚乙烯蜡熔融共混造粒，挤出机转速为40r/min，温度为198℃，最后通过长径比为45的单螺杆挤出机挤出即可。
实施例2：
与实施例1基本相同，区别在于，所制备的集装箱底板用竹塑复合板材料包括以下重量份数的组成成分：
MMA接枝改性竹浆纤维60份、HDPE 30份、LLDPE 30份、沙林树脂0.5份、马来酸酐接枝聚丙烯4份、聚乙烯蜡1份、热致性液晶聚合物10份。
实施例3：
与实施例1基本相同，区别在于，所制备的集装箱底板用竹塑复合板材料包括以下重量份数的组成成分：
MMA接枝改性竹浆纤维40份、HDPE 25份、LLDPE 25份、沙林树脂0.5份、马来酸酐接枝聚丙烯2份、聚乙烯蜡0.1份、热致性液晶聚合物5份。
实施例4：
与实施例1基本相同，区别在于，所制备的集装箱底板用竹塑复合板材料包括以下重量份数的组成成分：
MMA接枝改性竹浆纤维40份、HDPE 30份、LLDPE 25份、沙林树脂0.5份、马来酸酐接枝聚丙烯4份、聚乙烯蜡0.1份、热致性液晶聚合物10份。
实施例5：
与实施例1基本相同，区别在于，所制备的集装箱底板用竹塑复合板材料包括以下重量份数的组成成分：
MMA接枝改性竹浆纤维60份、HDPE 25份、LLDPE 30份、沙林树脂0.5份、马来酸酐接枝聚丙烯2份、聚乙烯蜡1份、热致性液晶聚合物5份。
对比例1：
与实施例1基本相同，区别在于，区别在于，竹浆纤维不经过MMA接枝改性处理。
对比例2：
与实施例1基本相同，区别在于，不加入热致性液晶聚合物。
对比例3：
与实施例1基本相同，区别在于，不加入沙林树脂。
性能测试：
将本发明实施例1-5及对比例1-3中所制备的竹塑复合板材料作为试样，参照GB/T1040.1-2006标准进行试样拉伸强度的测试，参照GB/T1043.1-2008标准进行试样悬臂梁缺口冲击强度的测试；弯曲强度测试按参照LY/T 2565-2015标准进行试样弯曲强度的测试；
吸水率的测定：称取一定质量(记为m1)的竹塑复合板材料粒料，室温下浸泡于水中一定时间后取出，用吸水纸吸干其表面水分后再次称重(记为m2)，按照下式来计算该竹塑复合材料的吸水率：
吸水率＝[(m2-m1)/m1]×100％
测试结果如下表1所示：
表1：
Figure BDA0003361044160000071
Figure BDA0003361044160000081
由上表1可知，本发明所制备的竹塑复合板材料力学性能优异，其中，拉伸强度≥66.5MPa，缺口冲击强度≥23.4kJ·m-2，弯曲强度≥98.0MPa，且吸水率低，具有极佳的防水性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种集装箱底板用竹塑复合板材料，其特征在于，包括以下组成成分：
改性竹浆纤维、HDPE、LLDPE、沙林树脂、马来酸酐接枝聚丙烯、聚乙烯蜡、热致性液晶聚合物。
2.如权利要求1所述的集装箱底板用竹塑复合板材料，其特征在于，包括以下重量份数的组成成分：
改性竹浆纤维40-60份、HDPE 25-30份、LLDPE 25-30份、沙林树脂0.5-1份、马来酸酐接枝聚丙烯2-4份、聚乙烯蜡0.1-1份、热致性液晶聚合物5-10份。
3.如权利要求1所述的集装箱底板用竹塑复合板材料，其特征在于，所述改性竹浆纤维为MMA接枝改性竹浆纤维。
4.如权利要求1所述的集装箱底板用竹塑复合板材料，其特征在于，所述MMA接枝改性竹浆纤维的制备方法如下：
S1：将DMAP和三乙胺加入THF中，搅拌10-30min后，通入氮气，再将竹浆纤维加入，继续搅拌10-30min后，将反应液降温至≤0℃，将2-溴异丁酰溴加入，恢复室温反应10-30min后，升温至60-65℃反应10-20h后过滤，所得固体用无水乙醇索式提取8-10h后干燥得到中间体；
S2：将溴化铜、五甲基二乙烯三胺、L-抗坏血酸加入DMF中，通入氮气，搅拌均匀后，再将MMA和中间体加入，反应5-10h后过滤，所得固体依次用水、无水乙醇洗涤后干燥即可。
5.如权利要求4所述的集装箱底板用竹塑复合板材料，其特征在于，所述溴化铜、五甲基二乙烯三胺、L-抗坏血酸的摩尔比为1：2-2.1：3-3.1。
6.如权利要求1所述的集装箱底板用竹塑复合板材料，其特征在于，所述热致性液晶聚合物的制备方法如下：
S1：氮气保护下，将对羟基苯甲酸、联苯二酚、对苯二甲酸、间苯二甲酸、醋酸酐、乙酸镁混合，一段升温至140-150℃反应3-4h，再二段升温至250-270℃反应30-40min，再三段升温至295-300℃反应30-40min，再四段升温至350-355℃反应30-40min后抽真空至80-100Pa，保温反应1-3h，恢复室温，得到预聚物；
S2：将预聚物干燥后，于氮气保护下300-320℃进行固相聚合，直至体系黏度达到25-32Pa·s，恢复室温即可。
7.如权利要求6所述的集装箱底板用竹塑复合板材料，其特征在于，所述对羟基苯甲酸、联苯二酚、对苯二甲酸、间苯二甲酸的摩尔比为10-12：3-4：3-4：1。
8.如权利要求6所述的集装箱底板用竹塑复合板材料，其特征在于，一段升温速度、二段升温速度、三段升温速度、四段升温速度相同或不同，为1-2℃/min。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的集装箱底板用竹塑复合板材料的制备方法，其特征在于，具体如下：
将HDPE、LLDPE、马来酸酐接枝聚丙烯、热致性液晶聚合物、沙林树脂加入双螺杆挤出机中熔融共混造粒，挤出机转速为40-50r/min，温度为200-220℃，再使用同一双螺杆挤出机对得到的共混粒料与改性竹浆纤维、聚乙烯蜡熔融共混造粒，挤出机转速为40-50r/min，温度为195-198℃，最后通过单螺杆挤出机挤出即可。
10.如权利要求9所述的集装箱底板用竹塑复合板材料，其特征在于，所述双螺杆挤出机的长径比为30-35，单螺杆挤出机的长径比为40-45。
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