CN115850853B - 热塑性组合物、热塑性复合材料及热塑性复合材料的制造方法 - Google Patents

热塑性组合物、热塑性复合材料及热塑性复合材料的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115850853B
CN115850853B CN202211510864.9A CN202211510864A CN115850853B CN 115850853 B CN115850853 B CN 115850853B CN 202211510864 A CN202211510864 A CN 202211510864A CN 115850853 B CN115850853 B CN 115850853B
Authority
CN
China
Prior art keywords
acid
modified lignin
polymer
compatibilizer
groups
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202211510864.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115850853A (zh
Inventor
陈光明
高荣鸿
谢坤沛
张朝顺
林彦廷
苏皇宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Formosa Plastics Corp
Texas A&M University System
Original Assignee
Formosa Plastics Corp
Texas A&M University System
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Formosa Plastics Corp, Texas A&M University System filed Critical Formosa Plastics Corp
Publication of CN115850853A publication Critical patent/CN115850853A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115850853B publication Critical patent/CN115850853B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L97/00Compositions of lignin-containing materials
    • C08L97/005Lignin
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/04Homopolymers or copolymers of ethene
    • C08L23/06Polyethene
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/10Homopolymers or copolymers of propene
    • C08L23/12Polypropene
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L51/00Compositions of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L51/003Compositions of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers grafted on to macromolecular compounds obtained by reactions only involving unsaturated carbon-to-carbon bonds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F120/00Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride, ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F120/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F120/10Esters
    • C08F120/12Esters of monohydric alcohols or phenols
    • C08F120/14Methyl esters, e.g. methyl (meth)acrylate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2207/00Properties characterising the ingredient of the composition
    • C08L2207/53Core-shell polymer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L53/00Compositions of block copolymers containing at least one sequence of a polymer obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L53/02Compositions of block copolymers containing at least one sequence of a polymer obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers of vinyl-aromatic monomers and conjugated dienes
    • C08L53/025Compositions of block copolymers containing at least one sequence of a polymer obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers of vinyl-aromatic monomers and conjugated dienes modified

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)

Abstract

本发明有关于一种热塑性组合物、热塑性复合材料及热塑性复合材料的制造方法。于热塑性复合材料的制造方法中,利用聚合物、具有特定元素含量的酸改质木质素及具有特定熔融指数与特定马来酸酐含量的相容剂制造热塑性复合材料。通过由酸改质木质素的酸基所催化的原位反应,酸改质木质素的羟基与相容剂的马来酸酐基反应生成酯键,以提升聚合物与木质素间的相容性,从而增加所制得的热塑性复合材料的机械强度。

Description

热塑性组合物、热塑性复合材料及热塑性复合材料的制造 方法
技术领域
本发明有关于一种热塑性组合物、热塑性复合材料及热塑性复合材料的制造方法,且特别是有关于一种利用包含酸改质木质素的热塑性组合物制造热塑性复合材料的方法,以及所制得的热塑性复合材料。
背景技术
于热塑性复合材料的传统制造方法中,聚合物与填充料相互混合,且填充料用以强化热塑性复合材料的机械强度。举例而言,填充料可为碳基材料(如碳纤维)及无机材料(如玻璃粒子)。此些材料为非生物相容性的,故遭遇环境议题。
再者,填充料难以均匀分散于聚合物中,因此必须对填充料进行表面改质,以改善聚合物与填充料间的相容性。表面改质可通过施予相容剂(如耦合剂)至填充料来进行。然而,传统的相容剂不能对极性聚合物与非极性聚合物皆提供良好的相容性。
有鉴于此,亟需发展一种通过使用新的热塑性组合物制造新的热塑性复合材的新的方法,以改善上述缺点。
发明内容
据此,本发明的一态样是在提供一种热塑性组合物。热塑性组合物包含具有特定元素含量的酸改质木质素及具有特定熔融指数与特定马来酸酐含量的相容剂,以提升极性聚合物或非极性聚合物与木质素间的相容性,从而增加所制得的热塑性复合材料的机械强度。
本发明的另一态样是在提供一种热塑性复合材料的制造方法。于此热塑性复合材料的制造方法中,利用上述的热塑性组合物制造热塑性复合材料。
本发明的又一态样是在提供一种热塑性复合材料。此热塑性复合材料由上述的热塑性组合物所制得。
本发明的一态样提出一种热塑性组合物。热塑性组合物包含聚合物、含有在酸改质木质素的表面上的多个酸基的酸改质木质素及具有14g/10min至28g/10min的熔融指数的相容剂。聚合物选自于由聚乙烯、聚丙烯及聚甲基丙烯酸甲酯所组成的族群中的一或多者。此些酸基包含元素,且基于酸改质木质素的重量为100重量百分比,此元素的元素含量为10重量百分比至20重量百分比。相容剂为马来酸酐接枝共聚物,马来酸酐接枝共聚物由苯乙烯、乙烯及丁烯所制得,相容剂的马来酸酐含量为1.0重量百分比至2.5重量百分比,且相容剂的聚苯乙烯含量为20重量百分比至40重量百分比。基于热塑性复合材料的重量为100重量百分比,聚合物的含量为60重量百分比至95重量百分比,酸改质木质素的含量为3重量百分比至35重量百分比,且相容剂的含量为1重量百分比至7重量百分比。
依据本发明的一实施例,聚合物的熔融指数为5g/10min至15g/10min。
依据本发明的另一实施例,此些酸基包含磷酸基、硫酸基及/或硝酸基。
依据本发明的又一实施例,酸改质木质素的平均粒径为0.05μm至10μm。
依据本发明的再一实施例,聚合物的密度及相容剂的密度的比值为0.9至1.1。
依据本发明的再一实施例,酸改质木质素的含量及相容剂的含量的比值为2.0至6.0。
根据本发明的另一态样提出一种热塑性复合材料的制造方法。于热塑性复合材料的制造方法中,提供前述的热塑性组合物,加热热塑性组合物到160℃至190℃,以及在加热热塑性组合物后,于160℃至190℃下,混拌热塑性组合物5分钟至8分钟,以获得热塑性复合材料。热塑性组合物包含聚合物、酸改质木质素及相容剂。于混拌热塑性组合物的期间,通过原位反应,酸改质木质素的多个羟基与相容剂的多个马来酸酐基反应生成多个酯键,且原位反应由酸改质木质素的多个酸基所催化。
根据本发明的又一态样提出一种热塑性复合材料。热塑性复合材料包含由聚合物所形成的聚合物基质及嵌入于聚合物基质内的多个核-壳粒子。聚合物选自于由聚乙烯、聚丙烯及聚甲基丙烯酸甲酯所组成的族群中的一或多者。此些核-壳粒子的一者包含由酸改质木质素所形成的核心,以及包围此核心的壳层。酸改质木质素包含在酸改质木质素的表面上的多个酸基,此些酸基包含元素,且基于酸改质木质素的重量为100重量百分比,此元素的元素含量为10重量百分比至20重量百分比。壳层由相容剂所形成,相容剂具有14g/10min至28g/10min的熔融指数,相容剂为马来酸酐接枝共聚物,马来酸酐接枝共聚物由苯乙烯、乙烯及丁烯所制得,相容剂的马来酸酐含量为1.0重量百分比至2.5重量百分比,且相容剂的聚苯乙烯含量为20重量百分比至40重量百分比。此些核-壳粒子的平均粒径为0.1μm至11μm。
依据本发明的一实施例,壳层通过多个酯键结合至核心。
依据本发明的另一实施例,壳层的厚度为0.1μm至0.8μm。
应用本发明的热塑性组合物、热塑性复合材料及热塑性复合材料的制造方法,其中利用聚合物、具有特定元素含量的酸改质木质素及具有特定熔融指数与特定马来酸酐含量的相容剂制造热塑性复合材料。通过由酸改质木质素的酸基所催化的原位反应,酸改质木质素的羟基与相容剂的马来酸酐基反应生成酯键,以提升聚合物与木质素间的相容性,从而增加所制得的热塑性复合材料的机械强度。
附图说明
为了对本发明的实施例及其优点有更完整的理解,现请参照以下的说明并配合相应的附图。必须强调的是,各种特征并非依比例描绘且仅为了图解目的。相关附图内容说明如下:
图1绘示根据本发明的一实施例的热塑性复合材料的制造方法的流程图。
图2绘示根据本发明的一实施例的热塑性复合材料的示意图。
图3至图4分别为本发明的实施例1及2的热塑性复合材料的光学显微镜影像。
图5为本发明的比较例2的热塑性复合材料的光学显微镜影像。
图6至图7分别为本发明的实施例3及4的热塑性复合材料的光学显微镜影像。
图8为本发明的比较例4的热塑性复合材料的光学显微镜影像。
具体实施方式
以下仔细讨论本发明实施例的制造和使用。然而,可以理解的是,实施例提供许多可应用的发明概念,其可实施于各式各样的特定内容中。所讨论的特定实施例仅供说明,并非用以限定本发明的范围。
请参阅图1,在热塑性复合材料的制造方法100中,提供热塑性组合物,如操作100所示。热塑性组合物包含聚合物、酸改质木质素及相容剂。聚合物可为极性聚合物及/或非极性聚合物。极性聚合物可包含,但不限于,包含如丙烯酸基的酸基的聚合物,且非极性聚合物可包含,但不限于,聚烯烃。具体而言,聚合物选自于由聚乙烯、聚丙烯及聚甲基丙烯酸甲酯所组成的族群中的一或多者。
在一些实施例中,依据ISO 1133的方法,聚合物具有5g/10min至15g/10min的熔融指数。此熔融指数可利于聚合物、酸改质木质素及相容剂的均匀混合,以提升聚合物与酸改质木质素间的相容性。较佳地,聚合物的熔融指数为8g/10min至13g/10min。
通过对木质素进行表面改质,以于木质素的表面上生成多个酸基,而获得酸改质木质素。举例而言,可通过利用如五氧化二磷(P2O5)的氧化剂氧化于木质素的表面上的多个羟基及/或酚基成为多个磷酸基。于木质素的表面上的此些酸基可做为酸改质木质素与聚合物间的反应的催化剂,以下详述。
本发明此处的用语“机械强度”指“冲击强度及杨氏模数”。热塑性复合材料的冲击强度及杨氏模数分别依据ASTM D256及ASTM D638第IV型的方法所测得。冲击强度及杨氏模数分别用以评价所制得的热塑性复合材料的硬度及韧性。当聚合物为非极性聚合物时,所制得的热塑性复合材料的冲击强度及杨氏模数分别为大于3.0kJ/m2及大于2.0GPa。当聚合物为极性聚合物时,所制得的热塑性复合材料的冲击强度及杨氏模数分别为大于1.1kJ/m2及大于3.5GPa。
在一些实施例中,于酸改质木质素的表面上的酸基包含磷酸基、硫酸基及/或硝酸基。于酸改质木质素的表面上的酸基的数量可定义为包含在酸基中的元素的元素含量。具体而言,元素包含磷、硫及/或氮。进一步,可通过以X射线光电子能谱学(XSP)进行的元素分析来测得元素含量,并基于酸改质木质素的重量为100重量百分比来算出元素含量。
前述的元素含量为10重量百分比至20重量百分比,且较佳为12重量百分比至16重量百分比。倘若此元素含量小于10重量百分比,降低聚合物与酸改质木质素间的相容性,以使所制得的热塑性复合材料的机械强度降低。倘若此元素含量大于20重量百分比,提升所制得的热塑性复合材料的冲击强度,但降低其扬氏模数。
在一些实施例中,酸改质木质素的平均粒径为0.05μm至10μm,且较佳为0.1μm至10μm。当酸改质木质素的平均粒径在前述的范围内时,利于均匀分散酸改质木质素于聚合物中,从而提升所制得的热塑性复合材料的机械强度。
相容剂用以提升聚合物与酸改质木质素间的相容性。进一步,相容剂为马来酸酐接枝共聚物(maleic anhydride grafted copolymer),其由苯乙烯、乙烯及丁烯所制得。马来酸酐接枝共聚物称作为MA-SEBS。详细地,相容剂的多个马来酸酐基可与酸改质木质素的多个羟基反应,以发生酯化反应。此酯化反应可被在酸改质木质素的表面上的酸基所催化,以使酯化反应原位发生。因此,可增强聚合物与酸改质木质素间的相容性,从而提升所制得的热塑性复合材料的机械强度。
于酸基所催化的酯化反应的期间,每一个马来酸酐基在酸性基的催化下分解生成两个羧酸基,且通过此两个羧酸基中的一个羧酸基与酸改质木质素的一个羟基反应来形成一个酯键。在一些实施例中,当聚合物包含聚甲基丙烯酸甲酯时,从马来酸酐基生成的另一个羧酸基可做为与聚甲基丙烯酸甲酯的亲水性基团产生作用的亲水性部分(hydrophilicmoiety),从而提升聚合物与酸改质木质素间的相容性,及均匀分散酸改质木质素于聚合物所形成的聚合物基质中。可理解的是,聚甲基丙烯酸甲酯的亲水性基团包含丙烯酸基,因此在相容剂的羧酸基与聚甲基丙烯酸甲酯的丙烯酸基间产生氢键。
在其他实施例中,当聚合物包含聚烯烃时,聚烯烃为疏水性且可与相容剂的疏水性基团产生作用,从而提升聚合物与酸改质木质素间的相容性,及均匀分散酸改质木质素于聚合物所形成的聚合物基质中。可理解的是,聚烯烃的疏水性部分(hydrophobicmoiety)包含烷基及苯基,且在相容剂的烷基与聚烯烃的烷基间产生凡得瓦力。
在较佳的实施例中,由于羧酸基及马来酸酐基不能催化酸改质木质素的羟基与相容剂的马来酸酐基之间的酯化反应,故在酸改质木质素的表面上的酸基排除羧酸基及马来酸酐基。
依据BAM认证机构(Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung认证机构,亦称作联邦材料研究与测试研究所)1026的方法,相容剂具有1.0重量百分比至2.5重量百分比的马来酸酐含量,且较佳为1.2重量百分比至2.2重量百分比。倘若马来酸酐含量低于1.0重量百分比,降低聚合物与酸改质木质素间的相容性,以使所制得的热塑性复合材料的机械强度降低。倘若马来酸酐含量高于2.5重量百分比,虽提升由聚甲基丙烯酸甲酯所制得的热塑性复合材料的冲击强度,但降低其杨氏模数,或者降低由聚烯烃所制得的热塑性复合材料的机械强度。
相容剂具有20重量百分比至40重量百分比的聚苯乙烯含量,且较佳为25重量百分比至35重量百分比。倘若聚苯乙烯含量低于20重量百分比,降低由聚烯烃所制得的热塑性复合材料的机械强度。倘若聚苯乙烯含量高于40重量百分比,降低由聚甲基丙烯酸甲酯所制得的热塑性复合材料的机械强度。
依据ASTM D 1238的方法,在5公斤负荷的情况下,于230℃下,相容剂具有14g/10min至28g/10min的熔融指数。倘若相容剂的熔融指数不在前述的范围内,聚合物、酸改质木质素及相容剂不能均匀混合,故降低聚合物与酸改质木质素间的相容性。
在较佳的实施例中,依据ASTM D1238的方法,相容剂的熔融指数为20g/10min至23g/10min,以使聚合物、酸改质木质素及相容剂可均匀混合,进而提升聚合物与酸改质木质素间的相容性。
在一些实施例中,聚合物的密度及相容剂的密度的比值为0.9至1.1。当此比值在前述的范围内时,利于均匀混合聚合物与相容剂,以提升聚合物与酸改质木质素间的相容性。
基于热塑性复合材料的重量为100重量百分比,聚合物的含量为60重量百分比至95重量百分比,酸改质木质素的含量为3重量百分比至35重量百分比,且相容剂的含量为1重量百分比至7重量百分比。倘若此些含量的至少一者不在前述的范围内,聚合物、酸改质木质素及相容剂不能均匀混合,以使聚合物与酸改质木质素间的相容性降低,且酸改质木质素不能均匀分散于聚合物所形成的聚合物基质中。
在一些实施例中,酸改质木质素的含量及相容剂的含量的比值为2.0至6.0。当前述比值在前述的范围内时,利于均匀混合聚合物与相容剂,以提升聚合物与酸改质木质素间的相容性。
在操作110后,加热热塑性组合物到160℃至190℃,如操作120所示。倘若加热热塑性组合物至低于160℃的温度,聚合物或相容剂未完全融化,以使后续的混拌不能进行。倘若加热热塑性组合物至高于190℃的温度,酸改质木质素与相容剂不能均匀混合,以使聚合物与酸改质木质素间的相容性降低,且酸改质木质素不能均匀分散于聚合物所形成的聚合物基质中。
在操作120后,于160℃至190℃下,混拌热塑性组合物5分钟至8分钟,以获得热塑性复合材料,如操作130所示。在其他实施例中,操作120及操作130可同时进行。举例而言,于加热到160℃至190℃的情况下,混拌热塑性组合物,且再于160℃至190℃下,持续混拌5分钟至8分钟。如前所述,于混拌期间,通过由酸改质木质素的酸基所催化的原位反应,酸改质木质素的羟基与相容剂的马来酸酐基反应生成酯键。倘若热塑性组合物未于前述的条件下进行混拌,酸改质木质素的羟基与相容剂的马来酸酐基难以进行反应,以使酸改质木质素不能均匀分散于聚合物所形成的聚合物基质中,而降低所制得的热塑性复合材料的机械强度。
在操作130后,制得的热塑性复合材料200包含聚合物基质210及嵌入于聚合物基质210内的多个核-壳粒子211,如图2所示。聚合物基质210由上述的聚合物所形成。
每一个核-壳粒子211包含核心220及壳层230,其中壳层230包围核心220。详述之,核心220由上述的酸改质木质素所形成,且壳层230由上述的相容剂所形成。如前所述,通过由酸改质木质素的酸基催化的原位酯化反应所生成的酯键,壳层230结合至核心220。
此些核-壳粒子211的平均粒径为0.1μm至11μm。当此平均粒径在前述的范围内时,此些核-壳粒子211容易且均匀地分散于聚合物基质210中,从而提升所制得的热塑性复合材料200的机械强度。
在一些实施例中,壳层230的厚度为0.1μm至0.8μm,且较佳为0.2μm至0.6μm。当壳层230的厚度在前述的范围内时,壳层230可做为核心220与聚合物基质210间的缓冲层,以吸收或转移来自于外界的冲击能量,从而更提升所制得的热塑性复合材料200的机械强度。
在一些实施例中,此些核-壳粒子211的分散度为1x104颗/mm2至6x104颗/mm2,且较佳为1.1x104颗/mm2至5.8x104颗/mm2。当此分散度在前述的范围内时,此些核-壳粒子211具有优异的分散度,以更均匀地分散于聚合物基质210中,从而更提升所制得的热塑性复合材料200的机械强度。
当非极性聚合物用于制造热塑性复合材料200时,所制得的热塑性复合材料200具有大于3.0kJ/m2的冲击强度及大于2.0GPa的杨氏模数。当极性聚合物用于制造热塑性复合材料200时,所制得的热塑性复合材料200具有大于1.1kJ/m2的冲击强度及大于3.5GPa的杨氏模数。
以下利用实施例以说明本发明的应用,然其并非用以限定本发明,任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰。
磷酸改质木质素的制备
混合25克的木质素、15克的P2O5及1,4-二氧陆圜,且加热至78℃,并于78℃下,反应8小时,以获得产物。然后,以甲醇洗产物,并通过离心方式纯化,且再经烘干,以获得磷酸改质木质素。
热塑性复合材料的制造
实施例1
根据下表1所示的热塑性组合物,准备热塑性组合物,然后,加热到160℃至190℃。在160℃至190℃下,混拌热塑性组合物5分钟至8分钟,以获得热塑性复合材料。依据ISO1133的方法,聚丙烯的熔融指数为10g/10min。通过XSP量测后,磷酸改质木质素的磷元素含量为14.5重量百分比,且磷酸改质木质素的平均粒径为0.1μm至10μm。相容剂具有1.4重量百分比至2.0重量百分比的马来酸酐含量、30重量百分比的苯乙烯含量及22g/10min的熔融指数。进一步,聚合物的密度及相容剂的密度的比值为0.9至1.1。于热塑性复合材料中,核-壳粒子的平均粒径为0.1μm至11μm,其中壳层的厚度为0.31μm至0.48μm,且核-壳粒子的分散度为12589.2颗/mm2
实施例2至4及比较例1至4
实施例2至4及比较例1至4皆以与实施例1相似的方法进行制造。不同的是,实施例2至4及比较例1至4为改变热塑性组合物。实施例1至4及比较例1至4的具体条件及评价结果如表1至表2及图3至图8所示。
评价方式
1.冲击强度
依据ASTM D256的方法测量热塑性复合材料的冲击强度。
2.杨氏模数
依据ASTM D638第IV型的方法测量热塑性复合材料的杨氏模数。
3.分散度
通过光学显微镜观察热塑性复合材料中的核-壳粒子在聚合物基质中的分散度,且然后以光学显微镜影像计算出分散度,即于单位面积(平方公尺)内的核-壳粒子的个数。在聚合物基质中的不同位置所拍摄的五张影像所获得的分散度被收集,且用以计算出其平均值及其相对标准偏差。当相对标准偏差小于10%时,核-壳粒子具有在聚合物基质中的良好分散度。
4.核-壳粒子的平均粒径
通过光学显微镜观察核-壳粒子,然后通过穿透式电子显微镜(TEM)所拍摄的影像测量核-壳粒子的平均粒径。
5.壳层的厚度
通过电子显微镜观察核-壳粒子的壳层,且然后通过穿透式电子显微镜(TEM)所拍摄的影像测量核-壳粒子的壳层的厚度。
表1
“N/A”表示未进行核-壳粒子的分散度的试验。
表2
“N/A”表示未进行核-壳粒子的分散度的试验。
请参阅表1及图3至图5,相较于比较例1及2,实施例1及2使用聚丙烯及酸改质木质素制造热塑性复合材料,以使核-壳粒子均匀分散于所制得的热塑性复合材料的聚合物基质中。实施例1及2的核-壳粒子在聚合物基质中的分散度分别为12589.2颗/mm2及56227.7颗/mm2。此外,于图5中,红色箭头指出由木质素所形成的核心的聚集。因此,酸改质木质素可提升非极性聚合物与木质素间的相容性,从而增加所制得的热塑性复合材料的机械强度。
接着,请参阅表2及图6至图8,相较于比较例3及4,实施例3及4使用聚甲基丙烯酸甲酯及酸改质木质素制造热塑性复合材料,以使核-壳粒子均匀分散于所制得的热塑性复合材料的聚合物基质中。因此,酸改质木质素可提升极性聚合物与木质素间的相容性,从而增加所制得的热塑性复合材料的机械强度。
综上所述,应用本发明的热塑性组合物、热塑性复合材料及热塑性复合材料的制造方法,利用聚合物、具有特定元素含量的酸改质木质素及具有特定熔融指数与特定马来酸酐含量的相容剂制造热塑性复合材料。通过由酸改质木质素的酸基所催化的原位反应,酸改质木质素的羟基与相容剂的马来酸酐基反应生成酯键,以提升极性聚合物与木质素间及非极性聚合物与木质素间的相容性,从而增加所制得的热塑性复合材料的机械强度。
虽然本发明已以实施方式揭露如上,然其并非用以限定本发明,本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰,因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。
【符号说明】
100:方法
110,120,130:操作
200:热塑性复合材料
210:聚合物基质
211:核-壳粒子
220:核心
230:壳层。

Claims (7)

1.一种热塑性组合物,其特征在于,包含:
聚合物,其中该聚合物选自于由聚乙烯、聚丙烯及聚甲基丙烯酸甲酯所组成的族群中的一或多者,该聚合物的熔融指数为5g/10min至15g/10min;
酸改质木质素,包含在该酸改质木质素的表面上的多个酸基,其中所述多个酸基包含磷酸基、硫酸基及/或硝酸基,所述多个酸基包含元素,所述元素包含磷、硫及/或氮,该酸改质木质素的平均粒径为0.05μm至10μm,且基于该酸改质木质素的重量为100重量百分比,该元素的元素含量为10重量百分比至20重量百分比;以及
相容剂,具有14g/10min至28g/10min的熔融指数,其中该相容剂为马来酸酐接枝共聚物,该马来酸酐接枝共聚物由苯乙烯、乙烯及丁烯所制得,该相容剂的马来酸酐含量为1.0重量百分比至2.5重量百分比,且该相容剂的聚苯乙烯含量为20重量百分比至40重量百分比,
其中基于该热塑性组合物的重量为100重量百分比,该聚合物的含量为60重量百分比至95重量百分比,该酸改质木质素的含量为3重量百分比至35重量百分比,且该相容剂的含量为1重量百分比至7重量百分比。
2.根据权利要求1所述的热塑性组合物,其特征在于,该聚合物的密度及该相容剂的密度的比值为0.9至1.1。
3.根据权利要求1所述的热塑性组合物,其特征在于,该酸改质木质素的该含量及该相容剂的该含量的比值为2.0至6.0。
4.一种热塑性复合材料的制造方法,其特征在于,包含:
提供根据权利要求1所述的热塑性组合物,其中该热塑性组合物包含聚合物、酸改质木质素及相容剂;
加热该热塑性组合物到160℃至190℃;以及
在加热该热塑性组合物后,于160℃至190℃下,混拌该热塑性组合物5分钟至8分钟,以获得该热塑性复合材料,
其中于混拌该热塑性组合物期间,通过原位反应,该酸改质木质素的多个羟基与该相容剂的多个马来酸酐基反应生成多个酯键,且该原位反应由该酸改质木质素的多个酸基所催化。
5.一种热塑性复合材料,其特征在于,包含:
聚合物基质,由聚合物所形成,其中该聚合物选自于由聚乙烯、聚丙烯及聚甲基丙烯酸甲酯所组成的族群中的一或多者,该聚合物的熔融指数为5g/10min至15g/10min;以及
多个核-壳粒子,嵌入于该聚合物基质内,其中所述多个核-壳粒子的一者包含:
核心,由酸改质木质素所形成,其中该酸改质木质素包含在该酸改质木质素的表面上的多个酸基,所述多个酸基包含磷酸基、硫酸基及/或硝酸基,所述多个酸基包含元素,所述元素包含磷、硫及/或氮,该酸改质木质素的平均粒径为0.05μm至10μm,且基于该酸改质木质素的重量为100重量百分比,该元素的元素含量为10重量百分比至20重量百分比;以及
壳层,包围该核心,其中该壳层由相容剂所形成,该相容剂具有14g/10min至28g/10min的熔融指数,该相容剂为马来酸酐接枝共聚物,该马来酸酐接枝共聚物由苯乙烯、乙烯及丁烯所制得,该相容剂的马来酸酐含量为1.0重量百分比至2.5重量百分比,且该相容剂的聚苯乙烯含量为20重量百分比至40重量百分比,
其中所述多个核-壳粒子的平均粒径为0.1μm至11μm。
6.根据权利要求5所述的热塑性复合材料,其特征在于,该壳层通过多个酯键结合至该核心。
7.根据权利要求5所述的热塑性复合材料,其特征在于,该壳层的厚度为0.1μm至0.8μm。
CN202211510864.9A 2021-12-02 2022-11-29 热塑性组合物、热塑性复合材料及热塑性复合材料的制造方法 Active CN115850853B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163285230P 2021-12-02 2021-12-02
US63/285,230 2021-12-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115850853A CN115850853A (zh) 2023-03-28
CN115850853B true CN115850853B (zh) 2024-04-02

Family

ID=84535810

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211510864.9A Active CN115850853B (zh) 2021-12-02 2022-11-29 热塑性组合物、热塑性复合材料及热塑性复合材料的制造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230174784A1 (zh)
EP (1) EP4190863A1 (zh)
JP (1) JP2023082704A (zh)
CN (1) CN115850853B (zh)
TW (1) TWI829453B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103709772A (zh) * 2013-12-16 2014-04-09 华南理工大学 无机/木质素系聚合物复合纳米颗粒及其制备方法与应用
KR101548466B1 (ko) * 2014-10-08 2015-08-31 단국대학교 산학협력단 리그닌의 개질방법, 이에 의해 개질된 리그닌, 및 이를 포함하는 리그닌-올레핀수지 복합재료
CN105754209A (zh) * 2014-12-20 2016-07-13 天津滨浦生产力促进有限公司 一种木质素/聚丙烯复合材料

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090036566A1 (en) * 2007-07-30 2009-02-05 City University Of Hong Kong Biodegradable composite, product made therefrom, and method of manufacture thereof
CN102604307B (zh) * 2012-03-08 2013-10-02 华东理工大学 一种聚丙烯复合材料
US20140121307A1 (en) * 2012-10-30 2014-05-01 Cyclewood Solutions, Inc. Blending lignin with thermoplastics and a coupling agent or compatibilizer
CN103059387B (zh) * 2013-01-31 2016-02-10 贵州省复合改性聚合物材料工程技术研究中心 复合原位成纤增强聚合物材料及其制备方法及装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103709772A (zh) * 2013-12-16 2014-04-09 华南理工大学 无机/木质素系聚合物复合纳米颗粒及其制备方法与应用
KR101548466B1 (ko) * 2014-10-08 2015-08-31 단국대학교 산학협력단 리그닌의 개질방법, 이에 의해 개질된 리그닌, 및 이를 포함하는 리그닌-올레핀수지 복합재료
CN105754209A (zh) * 2014-12-20 2016-07-13 天津滨浦生产力促进有限公司 一种木质素/聚丙烯复合材料

Also Published As

Publication number Publication date
EP4190863A1 (en) 2023-06-07
US20230174784A1 (en) 2023-06-08
TW202323423A (zh) 2023-06-16
JP2023082704A (ja) 2023-06-14
CN115850853A (zh) 2023-03-28
TWI829453B (zh) 2024-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lei et al. Preparation and properties of recycled HDPE/natural fiber composites
Ashori et al. Performance properties of microcrystalline cellulose as a reinforcing agent in wood plastic composites
Rosamah et al. Properties enhancement using oil palm shell nanoparticles of fibers reinforced polyester hybrid composites
CN103013060B (zh) 一种聚乙烯增韧热塑性聚酯复合材料及其制备方法
Chen et al. Interfacial enhancement of nano-SiO2/polypropylene composites
Raji et al. Morphological, thermal, mechanical, and rheological properties of high density polyethylene reinforced with illite clay
Chuai et al. Conifer fibers as reinforcing materials for polypropylene‐based composites
JP6937594B2 (ja) 炭素繊維強化樹脂組成物用の密着性付与剤
CN106589588A (zh) 一种阻燃增强型聚丙烯复合材料及其制备方法
Tekay et al. Revolution/rotation‐type mixing‐assisted masterbatch process for polypropylene‐based high‐impact ternary nanocomposites
CN112852138A (zh) 热塑性树脂基导电复合材料及其制备方法
Ma et al. In situ fabrication of wood flour/nano silica hybrid and its application in polypropylene‐based wood‐plastic composites
Osman et al. Polypropylene/natural rubber composites filled with recycled newspaper: Effect of chemical treatment using maleic anhydride‐grafted polypropylene and 3‐aminopropyltriethoxysilane
Biswal et al. Influence of organically modified nanoclay on the performance of pineapple leaf fiber‐reinforced polypropylene nanocomposites
Sivamurugan et al. Extraction of novel biosilica from finger millet husk and its coconut rachilla-reinforced epoxy biocomposite: mechanical, thermal, and hydrophobic behaviour
EP4314173A1 (en) Dispersions for additive manufacturing comprising discrete carbon nanotubes
CN115850853B (zh) 热塑性组合物、热塑性复合材料及热塑性复合材料的制造方法
Koyuncu Experimental investigation of epoxy matrix and pine sawdust reinforced wood-polymer composite materials
Wang et al. Organo‐montmorillonite modified wood flour/poly (lactic acid) composites via different modification process
JP6956498B2 (ja) 炭素繊維強化樹脂組成物及び成形物
US20080300364A1 (en) Carbon nanotube/polyolefin composite by water-crosslinking reaction and method thereof
Muthu et al. The effects of carbon nanofiber on the mechanical properties of glass/coir fiber reinforced polyester hybrid composites
Wang et al. The effects of maleated polybutadiene‐grafted polypropylene (MAPB‐g‐PP) content on the properties of wood flour/polypropylene composites
CN116875009A (zh) 一种增强增韧聚乳酸复合材料及其制备方法和应用
EP2832791A1 (en) Phenolic resin molding material, friction material, and phenolic resin molded article

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant