CN115612193B - 抗藻型增强渔排踏板用聚乙烯复合材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海洋养殖装备材料技术领域，具体涉及一种抗藻型增强渔排踏板用聚乙烯复合材料，包括高密度聚乙烯、复合改性棕榈纤维、功能填料、润滑剂和色母。将棕榈纤维进行相容性的复合改性以及制备具有抗藻性的功能填料，结合棕榈纤维断裂强度高的优异性能，同时功能填料也具有一定的增强性，利用以上原料共混增强聚乙烯材料，制备方法简单，实用性强，提高材料的使用寿命，一定程度上促进海洋经济。
Description
技术领域
本发明属于海洋养殖装备材料技术领域，具体涉及一种抗藻型增强渔排踏板用聚乙烯复合材料。
背景技术
纵观国内外海洋养殖业的发展，养殖装备已开始从传统竹木材质装备向塑料材质装备发展，其中聚乙烯材质装备占主要部分，聚乙烯材质的海洋养殖装备耐候性好，耐腐蚀性佳，并且凭借聚乙烯优异的柔韧性（断裂伸长率通常≥350%），使得装备在海浪来袭时可以吸收更多波浪能而不产生脆性破坏，具有良好的使用寿命。
聚乙烯断裂伸长率高，但也意味着强度低，过大的波浪冲击力造成踏板永久变形是不利于踏板的使用及整个系统框架的使用，研究并开发增强聚乙烯材料是改善踏板及整个框架使用效果的重要任务。
聚乙烯材料的增强通常使用玻纤、碳纤维、钢丝网等居多，通过高模量的无机或金属材料填充，可以大幅度提升聚乙烯的强度，但材料内部相界面的均一性问题难以得到较好地解决，导致此类增强型聚乙烯材料柔性也大打折扣，寻求增强效果佳且聚乙烯基体性能保留较好的增强型聚乙烯复合材料可以有效提高踏板及整个框架的抗风浪性能，减少设备损失，提高经济效益。
棕榈纤维是一种天然纤维，断裂强度高，弹性和韧性均较强，主要来源于棕榈树和棕榈果壳，来源广，产量大，价格低廉，若将棕榈纤维应用于塑料制品中，资源循环利用的同时还降低了材料成本。根据棕榈纤维的电子显微镜图，棕榈纤维长度长，表面具有大量羟基，其亲水性导致其与疏水性基体（如聚乙烯、聚丙烯等）间的界面相容性差，通常需要将棕榈纤维进行表面改性来增强纤维与基体间的界面性能，若未处理棕榈纤维直接添加共混或棕榈纤维表面处理不当均会影响复合效果，纤维吸湿后会出现界面结构的变化，复合效果极差，并且，海上使用的塑料制品，使用1～3个月就会出现较多的藻类及菌类附着，附着物新陈代谢会产生各种复杂的分泌物，加速塑料制品的老化。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是：如何提升棕榈纤维在聚乙烯材料中的相容性及其复合材料的强度和抗藻性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为，抗藻型增强渔排踏板用聚乙烯复合材料，按重量份计，包括：
高密度聚乙烯 100 份
复合改性棕榈纤维 10～25份
功能填料 5～8份
润滑剂 0.5～1份
色母 3～4份。
所述复合改性棕榈纤维为氯化聚乙烯复合改性棕榈纤维。
所述功能填料为山梨酸改性硅灰石。
所述润滑剂为硬脂酸锌。
所述色母为蓝色母、红色母、黄色母、橙色母中的一种及黑色母。
优选的，所述高密度聚乙烯的熔融指数（MFR,190℃/5kg）=1.9～2.1（g/10min）。
进一步的，复合改性棕榈纤维的制备方法如下。
S1：将10份～25份的棕榈纤维粉末在室温下用球磨机研磨10min～15min，使用质量分数为6%～8%的碳酸钠溶液浸泡5h处理研磨后的棕榈纤维粉末，然后过滤出碱处理的棕榈纤维，烘干备用。
S2：将S1中碱处理的棕榈纤维与氯化度为10%～20%的2份～5份氯化聚乙烯在体积比为1:5无水乙醇和甲苯混合液中60℃～80℃条件下加热回流6h～10h，然后抽滤，去离子水反复洗涤至中性，60℃烘干，获得复合改性棕榈纤维。
天然的棕榈纤维拉伸强度高，韧性好，产量大，价格低廉，添加于配方中，可以降低用料成本，保护环境，资源重复利用；先将棕榈纤维粉末研磨，可以通过机械能将纤维内的自氢键打开，提高纤维粉末的松散程度，提高粉末比表面积，从而促进碱处理的程度；使用碱性较弱的碱处理的好处在于可以大幅度减少强碱处理棕榈纤维而导致的纤维断裂；棕榈纤维中的羟基经碱处理，氢原子被钠取代生成醇钠类物质，醇钠与氯化聚乙烯中氯原子发生亲核取代反应，生成醚键，形成复合改性棕榈纤维，低氯化度氯化聚乙烯与聚乙烯具有一定的相容性，使用氯化聚乙烯作为桥梁，提高棕榈纤维在非极性基体中的相容性。
进一步的，氯化聚乙烯的分子量为15万～30万。
进一步的，功能填料中硅灰石的粒度分别为300目和2000目。
进一步的，功能填料的制备方法如下。
S1：将1份～1.5份粒度为300目的硅灰石和4份～6.5份的2000目的硅灰石置于同一容器中，往容器中加入水并搅拌5min～8min形成硅灰石浊液，静置直至沉降完全，沥去上层溶液，将沉降物70℃烘干至恒重，即得表面疏松的硅灰石。
S2：将表面疏松的硅灰石置于容器中，加入等量的聚乙二醇和无水乙醇，在60r/min～80r/min的搅拌速度下搅拌2h～3h，过滤后用80℃的热水洗涤2次～3次，然后置于烘箱中120℃条件下烘干至恒重，得到聚乙二醇表面包覆硅灰石。
S3：将聚乙二醇表面包覆硅灰石置于容器中，加入10份～12份的山梨酸和0.01份～0.02份的浓硫酸，在50℃下搅拌1h～2h，取出过滤，用80℃热水洗涤2次～3次，即得山梨酸改性硅灰石。
使用粒度小的硅灰石分散于粒度大的硅灰石表面，提高硅灰石表面的疏松程度，有利于增加硅灰石的比表面积，从而提高包覆吸附效果；使用聚乙二醇作为包覆剂，聚乙二醇表面的羟基可以与山梨酸的羧基在酸性条件下发生酯化反应；将山梨酸接枝于聚乙二醇的表面，赋予硅灰石抗菌抗藻性能；并且，在硅灰石的表面进行了有机化的改性，提高了硅灰石的亲油性，使硅灰石在疏水基体中的分散性得到增强，减少团聚现象，硅灰石作为核结构，也起到了增强作用。
进一步的，本发明还提供了抗藻型增强渔排踏板用聚乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤。
S1：将50%重量份的高密度聚乙烯、复合改性棕榈纤维、功能填料、润滑剂和色母投入高速混合机中，在110℃的温度及600r/min搅拌速度下搅拌10min，得到混料1。
S2：将混料1通过挤出造粒设备得到粒料1。
S3：将剩余的50%重量份的高密度聚乙烯、粒料1通过混合机在常温下200r/min条件下混合10min，投入挤出造粒设备中得到粒料2，粒料2即为抗藻型增强渔排踏板用聚乙烯复合材料。
优选的，S1和S3中挤出造粒设备的机筒温度在170℃～190℃，切割转速为40r/min～80r/min。
由于配方中为粉料和粒料的混合，如果将粉、粒料直接混合挤出造粒，会导致材料分散不均匀的现象，通过S1中预制造粒的方式，可以减少粉、粒料混合不均的现象，提高材料的均一性。
进一步的，抗藻型增强渔排踏板可采用抗藻型增强渔排踏板用聚乙烯复合材料直接投入双层共挤挤出设备中，共挤花纹层和主体层，两层的配方配比相同，其中花纹层可采用蓝色母、红色母、黄色母、橙色母中的一种，主体层采用黑色母。
具体实施方式
下面将对本发明的实施例中的内容进行详细且完整的阐述，当本发明的具体实施方式不限于此。
表1为实施例及对比例中所采用的原料，如未经特殊说明的试剂及原料，均为本领域常规试剂及原料。
表1。
。
进一步的，复合改性棕榈纤维的制备方法如下。
S1：将10份～25份的棕榈纤维粉末在室温下用球磨机研磨10min～15min，使用质量分数为6%～8%的碳酸钠溶液浸泡5h处理研磨后的棕榈纤维粉末，然后过滤出碱处理的棕榈纤维，烘干备用。
S2：将S1中碱处理的棕榈纤维与氯化度为10%～20%的2份～5份氯化聚乙烯在体积比为1:5无水乙醇和甲苯混合液中75℃条件下加热回流10h，然后抽滤，去离子水反复洗涤至中性，60℃烘干，获得复合改性棕榈纤维。
进一步的，氯化聚乙烯的分子量为15万～30万。
进一步的，功能填料中硅灰石的粒度分别为300目和2000目。
进一步的，功能填料的制备方法如下。
S1：将1份粒度为300目的硅灰石和5份的2000目的硅灰石置于同一容器中，往容器中加入水并搅拌5min形成硅灰石浊液，静置直至沉降完全，沥去上层溶液，将沉降物70℃烘干至恒重，即得表面疏松的硅灰石。
S2：将表面疏松的硅灰石置于容器中，加入等量的聚乙二醇和无水乙醇，在60r/min的搅拌速度下搅拌3h，过滤后用80℃的热水洗涤3次，然后置于烘箱中120℃条件下烘干至恒重，得到聚乙二醇表面包覆硅灰石。
S3：将聚乙二醇表面包覆硅灰石置于容器中，加入12份的山梨酸和0.01份的浓硫酸，在50℃下搅拌1h，取出过滤，用80℃热水洗涤3次，即得山梨酸改性硅灰石。
实施例与对比例中抗藻型增强渔排用聚乙烯复合材料的制备方法如下。
S1：将50%重量份的高密度聚乙烯、复合改性棕榈纤维、功能填料、润滑剂和色母投入高速混合机中，在110℃的温度及600r/min搅拌速度下搅拌10min，得到混料1。
S2：将混料1通过挤出造粒设备得到粒料1。
S3：将剩余的50%重量份的高密度聚乙烯和粒料1通过混合机在常温下200r/min条件下混合10min，投入挤出造粒设备中得到粒料2，粒料2即为抗藻型增强渔排踏板用聚乙烯复合材料。
进一步的，采用SJ120/30单螺杆挤出造粒设备，其参数如下表2所述。
表2。
。
实施例1～4和对比例1～4如下表3所述。
表3（单位：kg）。
。
其中未改性硅灰石为300目和2000目硅灰石的沉降分散混合物，比例同功能填料中的两种粒度硅灰石的比例。
对比例4为现有市售高密度聚乙烯踏板所使用的配方。
将实施例1～4和对比例1～4经上述制备步骤所制备的粒料，通过注塑设备（型号：S80G-2A）注塑试验样条，注塑参数如下表4所述。
表4。
。
注塑样条性能测试结果如下表5所述。
表5。
。
进一步的，对实施例1～4和对比例1～4进行在养殖海域实地进行抗藻性能测试，采用XLB-D350×350×2平板硫化仪模压成型制备实施例1～4和对比例1～4的样品板材各3块，模压成型参数如下表6所述。
表6。
。
将成型后的样品板材均切割成长×宽×高=100mm×100mm×2mm的规格，指定上下面（100mm×100mm）为测试面，每个面均用记号笔划分为100个小格，每个小格的面积为10mm×10mm，将样板分成3组，各组分别放置养殖海域海水中浸泡30天、90天和180天，试验结束后，计算样板测试面藻类附着面积及附着质量。
其中附着面积采用格点法计算，附着率=附着面积/上（下）板面积。
附着质量的计算方法为将各个样品上下板面的藻类生物刮除至表面皿中，烘干至含水量低于5%后称量。
结果见表7～表9所示。
表7。
。
表8。
。
表9。
。
通过上述实验可知，复合改性棕榈纤维的加入，提高了材料的强度，功能填料的不仅具有一定的增强作用，同时赋予了材料一定的抗藻性能，减少了材料在海上使用时藻类附着量，方法简单，用料成本低，使得使用该复合材料成型加工的系列海上产品能够抵御更复杂的海域情况，延长使用寿命，提高海上经济效益。
以上所述的实施例，并非限制本发明的专利范围，凡利用本发明说明书内容所作的等同替换，均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.抗藻型增强渔排踏板用聚乙烯复合材料，其特征在于，按重量份计，包括以下原料：
所述的复合改性棕榈纤维的制备方法如下：
S1：将10份～25份的棕榈纤维粉末在室温下用球磨机研磨10min～15min，使用质量分数为6％～8％的碳酸钠溶液浸泡5h处理研磨后的棕榈纤维粉末，然后过滤出碱处理的棕榈纤维，烘干备用。
S2：将S1中碱处理的棕榈纤维与氯化度为10％～20％的2份～5份氯化聚乙烯在体积比为1:5无水乙醇和甲苯混合液中60℃～80℃条件下加热回流6h～10h，然后抽滤，去离子水反复洗涤至中性，60℃烘干，获得复合改性棕榈纤维。
所述的功能填料的制备方法如下：
S1：将1份～1.5份粒度为300目的硅灰石和4份～6.5份的2000目的硅灰石置于同一容器中，往容器中加入水并搅拌5min～8min形成硅灰石浊液，静置直至沉降完全，沥去上层溶液，将沉降物70℃烘干至恒重，即得表面疏松的硅灰石。
S2：将表面疏松的硅灰石置于容器中，加入等量的聚乙二醇和无水乙醇，在60r/min～80r/min的搅拌速度下搅拌2h～3h，过滤后用80℃的热水洗涤2次～3次，然后置于烘箱中120℃条件下烘干至恒重，得到聚乙二醇表面包覆硅灰石。
S3：将聚乙二醇表面包覆硅灰石置于容器中，加入10份～12份的山梨酸和0.01份～0.02份的浓硫酸，在50℃下搅拌1h～2h，取出过滤，用80℃热水洗涤2次～3次，即得山梨酸改性硅灰石。
2.根据权利要求1所述的抗藻型增强渔排踏板用聚乙烯复合材料，其特征在于，所述的高密度聚乙烯的熔融指数(MFR，190℃/5kg)＝1.9～2.1(g/10min)。
3.根据权利要求1所述的抗藻型增强渔排踏板用聚乙烯复合材料，其特征在于，所述的氯化聚乙烯复合改性棕榈纤维中，氯化聚乙烯的分子量为15万～30万。
4.根据权利要求1所述的抗藻型增强渔排踏板用聚乙烯复合材料，其特征在于，所述的润滑剂为硬脂酸锌。
5.根据权利要求1所述的抗藻型增强渔排踏板用聚乙烯复合材料，其特征在于，所述的色母为蓝色母、红色母、黄色母、橙色母中的一种及黑色母。
6.根据权利要求1所述的抗藻型增强渔排踏板用聚乙烯复合材料，其特征在于，所述的山梨酸改性硅灰石中，硅灰石的粒度分别为300目和2000目。
7.根据权利要求1所述的抗藻型增强渔排踏板用聚乙烯复合材料，其特征在于，还包括其制备方法，如下：
S1：将50％重量份的高密度聚乙烯、氯化聚乙烯复合改性棕榈纤维、山梨酸改性硅灰石、润滑剂和色母投入高速混合机中，在110℃的温度及600r/min搅拌速度下搅拌10min，得到混料1；
S2：将混料1通过挤出造粒设备得到粒料1；
S3：将剩余的50％重量份的高密度聚乙烯、粒料1通过混合机在常温下200r/min条件下混合10min，投入挤出造粒设备中得到粒料2，粒料2即为抗藻型增强渔排踏板用聚乙烯复合材料；
其中S1和S3中挤出造粒设备的机筒温度在170℃～190℃，切割转速为40r/min～80r/min。
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