CN116426068B - 一种可调显色耐温植物纤维增强免喷涂免包覆聚丙烯材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及改性聚丙烯技术领域，具体公开了可调显色耐温植物纤维增强免喷涂免包覆聚丙烯材料的制备方法，其主要步骤如下：（1）植物纤维加入甘油进行溶胀处理，然后在NaOH溶液中对其进行碱化处理，并经去离子水清洗得到中性植物纤维；（2）将耐温材料及色粉溶解于有机溶剂中，搅拌均匀得到均一溶液体系；（3）将植物纤维加入均一溶液体系并搅拌，然后离心分离出植物纤维并低温烘烤，得到显色耐温材料包覆的植物纤维颗粒；（4）将显色耐温层包覆的植物纤维颗粒加入到聚丙烯材料中，挤出造粒得到植物纤维增强聚丙烯材料。通过在植物纤维外包覆耐温材料，耐温材料隔绝挤出过程中植物纤维周围的热量，可以使挤出温度得以提高，避免植物纤维糊化。
Description
技术领域
本发明涉及改性聚丙烯技术领域，具体涉及可调显色耐温植物纤维增强免喷涂免包覆聚丙烯材料的制备方法。
背景技术
植物纤维增强复合材料是由植物纤维与耐温材料按照一定比例混合形成的高性能材料，作为一种可生物降解的绿色复合材料，已被广泛应用于汽车、航空航天、建筑、风力发电等领域。
同时，将植物纤维运用到改性材料可以有效解决田间地头的农业固废，同时可以有效的降低材料的密度，改善材料的气味，使材料自带一种天然的植物清香。其次由于采用了植物纤维，材料表面会有纺织物的“麻点”效果，材料不需要喷涂或者包覆，其自带外观具有仿布艺，仿石纹效果。
但是将植物纤维运用到改性材料的工艺仍然面临一些问题：1.植物纤维耐温性不好，在挤出温度达到190℃及以上时会发生“糊化”，使得材料气味及性能得不到改善反而恶化；2.植物纤维的颜色不能改变，不能按照需求与基体颜色进行配色。3.植物纤维与基体相容性不好，从而导致了植物纤维在基体中聚团，界面结合强度不高，增强性能不明显。
在现有技术中，为了避免在挤出过程中植物纤维的糊化问题，其挤出温度控制180℃；由于挤出温度较低，相关反应物料的熔体黏度相对较高，从而导致材料的分散性不好，其次接枝反应进行得也不允分，造成接枝率下降,改性物的力学性能偏低。
发明内容
本发明的目的在于提供可调显色耐温植物纤维增强免喷涂免包覆聚丙烯材料的制备方法，以解决在将植物纤维运用到改性材料工艺中，由于植物纤维耐温性不好，从而导致挤出温度超过190℃后易发生糊化，导致材料性能无法得到良好改善的问题。
可调显色耐温植物纤维增强免喷涂免包覆聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：植物纤维处理：
S1-1：将植物纤维进行粗碎、筛分处理，向植物纤维中加入其1/2质量的甘油，对植物纤维进行溶胀处理；
S1-2：对溶胀处理后的植物纤维进行清洁，使用浓度为10-20％的NaOH溶液在20-40℃的温度环境下进行碱化处理；
S1-3：对碱化处理后的植物纤维用去离子水反复清洗得到中性植物纤维；
步骤(2)：均一溶液体系制备：
将熔点温度200℃以上的耐温材料及色粉在30-70℃温度条件下溶解于有机溶剂中，搅拌2-4小时，得到均一溶液体系；
步骤(3)：显色耐温材料包覆植物纤维：
S3-1:将步骤(1)得到的植物纤维加入步骤(2)得到的均一溶液体系，搅拌2-3小时使耐温材料及色素材料附着在植物纤维表面；
S3-2：通过离心分离将包覆好的植物纤维分离出来，并在50-90℃温度环境下，烘烤2-3h去除溶剂，得到显色耐温材料包覆的植物纤维颗粒；
步骤(4)：植物纤维增强聚丙烯材料改性：
S4-1：按如下质量份准备材料：均聚聚丙烯15-35份、共聚聚丙烯10-25份、增韧剂4-10份、接枝助剂1-4份、显色耐温材料包覆植物纤维15-30份，混合得到挤出混合料；
S4-2：向挤出混合料中加入抗氧化剂、光稳定剂、润滑剂，在180-210℃的挤出温度下通过共混挤出造粒得到植物纤维增强聚丙烯材料。
本技术方案的技术原理在于：
在本基础方案中，通过将熔点温度高于200℃以上的耐温材料(如PA6、PS等)溶解到有机溶剂内，然后通过搅拌则可将耐温材料和有机溶剂同时包覆在植物纤维表面；然后通过加热烘烤使有机溶剂挥发，则可得到被耐温材料包覆的植物纤维。
耐温材料包覆后的植物纤维与其他材料混合后挤出，其挤出温度可以控制在190℃以上，但其挤出温度低于包覆在植物纤维外的耐温材料的熔点温度；从而在挤出过程中，由于挤出温度的提高，使得材料的分散性增强，从而提高了材料性能；其次，包覆在植物纤维外的耐温材料的熔点相比于挤出温度更高，因此挤出过程中，包覆于植物纤维外的高温材料并不会融化，其对于植物纤维起到了阻隔部分热量的作用，使得植物纤维表面的温度并不会升温到190℃以上，避免了植物纤维的糊化。
本基础方案的有益效果在于：
(1)所应用的材料的主体成分为植物纤维，通过表面包覆显色层得到不同颜色的杂点效果；维持了植物纤维增强材料的特性，使得其密度相比常规改性材料得以降低；其次，通过在植物纤维外包覆耐温材料，通过耐温材料隔绝挤出过程中的热量，可以使挤出温度得以提高，从而避免植物纤维糊化；
(2)由于杂点表面进行良好的界面改性之后其与基体界面结合力良好，使植物纤维的强度刚度得以提高，保持了良好的韧性；
(3)通过调节显色耐温层的耐温性能和颜色，可将植物纤维运用到高温环境之中，得到更好的表观效果和力学性能；
(4)通过选择不同的植物纤维，可以得到不同形状、尺寸的外观点效果；
(5)基体内部形成杂点促进形成了1-3微米级别的“小孢子”结构，对材料的隔音，保温作用明显。
优选方案一：作为对基础方案的进一步优化，步骤(3)中所述的耐温材料为聚酰胺6或聚己二酰己二胺或聚苯乙烯。聚酰胺6、聚己二酰己二胺、聚苯乙烯的熔点温度均高于200℃，体现出较好的温度和材料性能。
优选方案二：作为对优选方案一的进一步优化，步骤(2)中的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮或四氢呋喃。上述有机溶剂能够有效溶解PA6、PA66、PS等材料。
优选方案三：作为对优选方案二的进一步优化，步骤(3)中所述的色粉为3840红或GBP蓝或5319绿或钛白粉R248；根据材料的色彩需求，可以进行多种色粉的选择。
优选方案四：作为对优选方案三的进一步优化，步骤(4)中所述的均聚聚丙烯采用PP-S2040、PP-Z30S、PP-L5E89、PP-MN70、中的一种或者几种。
优选方案五：作为对优选方案四的进一步优化，步骤(4)中所述的共聚聚丙烯采用PP-K9930、PP-K9026、PP-EPS30R、PP-CI36D中一种或者几种。
优选方案五：作为对优选方案五的进一步优化，步骤(4)中所述的增韧剂采用EPDM、POE、TPE中的一种或者几种。
优选方案六：作为对优选方案五的进一步优化，步骤(4)中所述的接枝助剂采用PP-g-MAH、POE-g-MAH、POE-g-GMA、PE-g-MAH中的一种或者几种。
上述的均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、增韧剂、接枝助剂等所选用的材料具备相似的性能，其可以进行替换和混用。
附图说明
图1为本发明制得到植物纤维增强聚丙烯材料内部显微观测图像。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例1：
可调显色耐温植物纤维增强免喷涂免包覆聚丙烯材料的制备方法包括以下步骤：
步骤(1)：植物纤维处理：
S1-1：将植物纤维进行粗碎、筛分处理，向植物纤维中加入其1/2质量的甘油，对植物纤维进行溶胀处理；
S1-2：对溶胀处理后的植物纤维进行清洁，使用浓度为15％的NaOH溶液在30℃的温度环境下进行碱化处理；
S1-3：对碱化处理后的植物纤维用去离子水反复清洗得到中性植物纤维；
步骤(2)：均一溶液体系制备：
将聚酰胺6(除用PA6作为耐温材料外，也可以采用PA66或者PS等；其中PA6的熔点为220℃，PA66的熔点为250℃左右，PS的熔点为212℃)及色粉3840红(色粉可根据材料颜色需求进行添加，可添加GBP蓝，5319绿，钛白粉R248等)在50℃温度条件下溶解于有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌3小时，得到均一溶液体系；
步骤(3)：显色耐温材料包覆植物纤维：
S3-1:将步骤(1)得到的植物纤维加入步骤(2)得到的均一溶液体系，搅拌2.5小时使聚酰胺6(PA6)及色素材料附着在植物纤维表面；
S3-2：通过离心分离将包覆好的植物纤维分离出来，并在70℃的温度环境下烘烤2.5小时，得到显色耐温材料包覆的植物纤维颗粒；
步骤(4)：植物纤维增强聚丙烯材料改性：
S4-1：按如下质量份准备材料：均聚聚丙烯(PP-Z30S)34份、共聚聚丙烯(PP-K9026)24份、共聚聚丙烯(PP-CI36D)15份、增韧剂(POE8730)10份、接枝助剂(POE-g-MAH)2份、显色耐温材料包覆植物纤维15份，混合得到挤出混合料；
S4-2：向挤出混合料中加入抗氧化剂、光稳定剂、润滑剂并通过共混挤出造粒得到植物纤维增强聚丙烯材料。
实施例2-4与实施例1的制备方法大致相同，区别在于各原料组分的含量不同，具体见表1所示。
表1实施例1-4步骤4中各组分及含量选择(单位：Kg)
为对上述方法制得的植物纤维增强聚丙烯材料注塑的产品的性能进行检测，共混挤出造粒得到植物纤维增强聚丙烯材料后，并将植物纤维增强聚丙烯材料通过注塑成型制成了实验品，实施例1-4的挤出及注塑工艺条件参数如表2所示。
表2实施例1-4的挤出及注塑工艺条件参数表
对实施例1-4注塑成型的实验品进行检测，检测数据如下表3所示。
表3实施例1-4注塑成型实验品检测数据表
从上述检测数据可以看出，材料性能可达到：密度0.90-1.01g/m3,拉伸强度20-27MPa,延伸率35-200％，弯曲强度30-38MPa,弯曲模量1800-2700MPa,冲击强度5-25KJ/m2,热变形温度100-120℃，150℃下耐老化长达1000h以上，耐刮擦性能优异，10N载荷十字划格法下色差小于2.0。从挤出及注塑工艺参数可以看出，挤出温度控制在180-185℃，注塑温度控制在190-200℃，即植物纤维增强聚丙烯材料加热到180-200℃后，植物纤维仍然保持了较好的性能，使其具备了较好的高温适应性。其次，从植物纤维增强聚丙烯材料的显微图像可以看出，在材料表面形成了密集的杂点效果，杂点表面是进行良好的界面改性之后形成的，其与基体界面结合力良好，使得材料强度刚度相比提高10％-15％，保持良好的韧性；杂点实质为1-3微米级别的“小孢子”的微孔，对材料的隔音，保温作用明显。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明特征的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
Claims (7)
1.可调显色耐温植物纤维增强免喷涂免包覆聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤（1）：植物纤维处理：
S1-1：将植物纤维进行粗碎、筛分处理，向植物纤维中加入其1/2质量的甘油，对植物纤维进行溶胀处理；
S1-2：对溶胀处理后的植物纤维进行清洁，使用浓度为10-20%的NaOH溶液在20-40℃的温度环境下进行碱化处理；
S1-3：对碱化处理后的植物纤维用去离子水反复清洗得到中性植物纤维；
步骤（2）：均一溶液体系制备：
将熔点温度200℃以上的耐温材料及色粉在30-70℃温度条件下溶解于有机溶剂中，搅拌2-4小时，得到均一溶液体系，所述耐温材料为聚酰胺6或聚己二酰己二胺；
步骤（3）：显色耐温材料包覆植物纤维：
S3-1:将步骤（1）得到的植物纤维加入步骤（2）得到的均一溶液体系，搅拌2-3小时使耐温材料及色素材料附着在植物纤维表面；
S3-2：通过离心分离将包覆好的植物纤维分离出来，并在50-90℃的温度环境下烘烤2-3小时，得到显色耐温材料包覆的植物纤维颗粒；
步骤（4）：植物纤维增强聚丙烯材料改性：
S4-1：按如下质量份准备材料：均聚聚丙烯15-35份、共聚聚丙烯10-25份、增韧剂4-10份、接枝助剂1-4份、显色耐温材料包覆植物纤维15-30份，混合得到挤出混合料；
S4-2：向挤出混合料中加入抗氧化剂、光稳定剂、润滑剂闭并通过共混挤出造粒得到植物纤维增强聚丙烯材料。
2.根据权利要求1所述的可调显色耐温植物纤维增强免喷涂免包覆聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮或四氢呋喃。
3.根据权利要求1所述的可调显色耐温植物纤维增强免喷涂免包覆聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的色粉为3840红或GBP蓝或5319绿或钛白粉R248。
4.根据权利要求1所述的可调显色耐温植物纤维增强免喷涂免包覆聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述的均聚聚丙烯采用PP-S2040、PP-Z30S、PP-L5E89、PP-MN70、中的一种或者几种。
5.根据权利要求4所述的可调显色耐温植物纤维增强免喷涂免包覆聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述的共聚聚丙烯采用PP-K9930、PP-K9026、PP-EPS30R、PP-CI36D中一种或者几种。
6.根据权利要求5所述的可调显色耐温植物纤维增强免喷涂免包覆聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述的增韧剂采用EPDM、POE、TPE中的一种或者几种。
7.根据权利要求6所述的可调显色耐温植物纤维增强免喷涂免包覆聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述的接枝助剂采用PP-g-MAH、POE-g-MAH、POE-g-GMA、PE-g-MAH中的一种或者几种。
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