CN1293146C - 纳米级碳酸钙改性植物纤维粉/粉与塑料的复合材料/及其生产方法 - Google Patents

纳米级碳酸钙改性植物纤维粉/粉与塑料的复合材料/及其生产方法 Download PDF

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Abstract

一种纳米级碳酸钙改性植物纤维粉，利用纤维材料的多孔性及纳米级碳酸钙粒子的高吸附性，将纳米级碳酸钙与植物纤维粉混合，使纳米级碳酸钙充分载入纤维材料，得到改性植物纤维粉。再将改性植物纤维粉、塑料或废旧塑料、纳米级碳酸钙、超细氢氧化铝、氯化聚乙烯、石蜡高速混合后放入低速混合机冷却混合后，放入马来酸酐及过氧化二异丙苯继续冷却混合，得到复合材料初混料；初混料经挤出机挤出造粒可得纳米级碳酸钙改性植物纤维粉/塑料复合材料专用料。本发明与现有木/塑料材料相比具有成型加工性能好、挤出无炭化，产品耐冲击性能高、表面光泽度高、木质感强、阻燃等特点。能广泛用于建筑装饰材料、建筑模板、铁路枕木、工业托盘等。

Description

纳米级碳酸钙改性植物纤维粉/粉与塑料的复合材料/及其生产方法
技术领域：本发明涉及一种改性复合材料，具体的说是一种纳米级碳酸钙改性植物纤维粉及其与塑料的复合材料。
背景技术：我国是一个少林国家，木材资源十分紧张，专家估计，2000年中国的木材供应量为6390万立方米，而需求量达10190万立方米，缺3800立方米。因此解决这一问题根本出路是寻找合适的木材替代品，而利用天然纤维材料如木材的边角料、锯末、木粉、稻糠、秸秆、果壳等与废旧塑料复合，能广泛应用于工业托盘、搬运热板、建筑模板、下水井盖、地板、铁路枕木、护栏、露天桌椅等。同时我国又是一个塑料大国，近两年塑料制品的产量达2000多万吨，居世界第二位。塑料制品早已成为人们日常生活不可缺少的一部分，但由于种种原因，塑料制品在消费后所来的“白色污染”不得不引起人们重视，如何将废旧塑料废旧并加以科学的、合理的利用，是塑料工业不可轻视的重要内容。因此，利用废旧塑料与天纤材料共复合的方法生产复合材料的研究开发就显得尤为迫切。本发明所说的废旧塑料指废旧高密度聚乙烯(HDPE)、废旧聚丙烯(PP)、废旧聚氯乙烯(PVC)。
木/塑复合材料要在高填充条下材料具有良好的木质感，但在高填充的条件下(100份塑料中加入100-150木粉)材料力学性能偏低，产品质量不稳定，同时天然纤维材料在与塑料复合在高180℃加工过程中极易炭化，并难以形成光滑的表面。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是提供一种提高植物纤维耐热性，增加产品光滑度的纳米级碳酸钙改性植物纤维粉，粉与塑料的复合材料，及其生产方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种纳米级碳酸钙改性植物纤维粉，利用纤维材料的多孔性及纳米级碳酸钙粒子的高吸附性，将纳米级碳酸钙与植物纤维粉混合，使纳米级碳酸钙充分载入纤维材料，得到改性植物纤维粉。一种纳米级碳酸钙改性植物纤维粉，由下述重量份的原料组成：
植物纤维粉(50-1000目)                        100-150
纳米级碳酸钙(平均粒径为20-50nm)              10-15
钛酸酯偶联剂                                 2-5
硬脂酸                                       1-2
硅油                                         5-8。
所述的植物纤维粉为木材、锯末、木粉、稻糠、秸秆、果壳纤维粉末。
将上述平均粒径为20-50nm的纳米级碳酸与经干燥处理后的50-1000目植物纤维粉在高速混合机中搅拌10-20分钟，再加入钛酸酯偶联剂、硬脂酸、硅油继续混合6-8分钟，即得到改性植物纤维粉。
一种改性植物纤维粉与塑料的复合材料，由下述重量份的原料组成：
塑料或废旧塑料                                   100-120
改性植物纤维粉(50-1000目)                        100-150
纳米级碳酸钙(平均粒径为20-80nm)                  8-12
超细氢氧化铝(平均粒径为0.1-0.2mm)                20-30
氯化聚乙烯(CPE)                                  8-10
马来酸酐                                         1-3
过氧化二异丙苯(DCP)                              0.1-0.6
石蜡                                             1.5-2.5
上述废旧塑料为废旧高密度聚乙烯(HDPE)、废旧聚丙烯(PP)、废旧聚氯乙烯(PVC)。
将上述配比的改性植物纤维粉、塑料或废旧塑料、平均粒径为20-80nm的纳米级碳酸钙、超细氢氧化铝(平均粒径为0.1-0.2nm)、氯化聚乙烯(CPE)、石蜡高速混合6-10分钟后放入低速混合机冷却混合，待温度达到50-60℃时放入马来酸酐及过氧化二异丙苯(DCP)继续冷却混合到温在40℃以下即可出料，得到复合材料初混料；初混料经挤出机挤出造粒即可得纳米级碳酸钙改性植物纤维粉/塑料复合材料专用料；专用料经一定的模具挤出成型即可得木/塑制品。
本发明旨在利用木粉等植物材料的纤维存在大量天然孔隙与纳米粒子的高的吸附性这一特点，使纳米级碳酸吸附入纤维孔隙与表面达到修饰纤维表面的目的，从而减少纤维的吸油性，经纳米级碳钙修饰后的木粉等天然纤维材料在加工过程中受热作用时，能吸收纤维材料受热放出的木酸等酸性物质，由于纳米级碳酸钙粒子细小，能更多的吸收天然纤维受热放出的酸性物质，从而提出高天然纤维的耐热性(在190℃下加工不炭化)。同时纳米级碳酸钙加入到木/塑复合材料中能提高复合材料的冲击强度(与示加纳米级碳酸钙冲击强度可提高60％)。超细氢氧化铝是一种良好的无机阻燃剂，加入该原料后复合材料氧指数提高35％，提高了其阻燃性，扩大其使用范围，提升产品质量及对塑料良好的增韧改性效果等特点来改善天然纤维的耐热性及复合材料的力学性与表面光洁度。
本发明与现有木/塑料材料相比具有成型加工性能好、挤出无炭化(在190℃下加工不炭化，而不加纳米级碳酸钙时185℃时容易变黑)，产品耐冲击性能高(从不加纳米钙的5.3KJ/m2，提高到加入纳米钙后的8.1KJ/m2)、表面光泽度高(光泽度从不加纳米钙的13％，提高到加入纳米钙后的15.7％)、木质感强、阻燃等特点。能广泛用于建筑装饰材料、建筑模板、铁路枕木、工业托盘等。
具体实施方式
实施例1
原料                                重量(单位：千克)
木粉(50-200目)                      100
平均粒径为20-30nm的纳米级碳酸钙     10
钛酸酯偶联剂                        2
硬脂酸                              1
硅油                                5
将上述平均粒径为20-30nm的纳米级碳酸钙与经沸腾炉干燥处理、控制水分在3％以下的100份200-1000目木粉在高速混合机中以1200-1500转/分、90-110℃下强烈搅拌20分钟，再用加入2份钛酸酯偶联剂、1份硬脂酸、5份硅油继续混合6-8分钟，即得到改性木粉。
废旧高密度聚乙烯                            100
改性木粉(200-1000目)                        100
纳米级碳酸钙(平均粒径为50-80nm)             8
超细氢氧化铝(平均粒径为0.1-0.2mm)           20
氯化聚乙烯(CPE)                             8
马来酸酐                                    1
过氧化二异丙苯(DCP)                         0.1
石蜡                                        1.5
将上述木粉、废旧高密度聚乙烯100份、平均粒径为50-80nm的纳米级碳酸钙、超细氢氧化铝(平均粒径为0.1-0.2mm)、氯化聚乙烯(CPE)、石蜡在90-110℃高速混合(1200-1500转/分)8分钟后放入低速(500-600转/分)混合机冷却混合，待温度达到50-60℃时放入马来酸酐及DCP继续冷却混合到温在40℃以下即可出料，得到木/塑初混料。
初混料经挤出机挤出造粒即可得纳米级碳酸钙改性木粉/塑料复合材料专用料。专用料经一定的模具挤出成型即可得木/塑制品。
实施例2
原料                                重量(单位：千克)
稻糠(200-1000目)                    150
平均粒径为20-50nm的纳米级碳酸钙     15
钛酸酯偶联剂                        5
硬脂酸                              2
硅油                                8
将上述平均粒径为20-30nm的纳米级碳酸钙与经沸腾炉干燥处理、控制水分在3％以下的200-1000目稻糠在高速混合机中以1200-1500转/分、90-110℃下强烈搅拌20分钟，再用加入2份钛酸酯偶联剂、1份硬脂酸、5份硅油继续混合6-8分钟，即得到改性木粉。
废旧高密度聚乙烯                            120
改性木粉(200-1000目)                        150
纳米级碳酸钙(平均粒径为50-80nm)             12
超细氢氧化铝(平均粒径为0.1-0.2mm)           30
氯化聚乙烯(CPE)                             10
马来酸酐                                    3
过氧化二异丙苯(DCP)                         0.6
石蜡                                        2.5
将上述木粉、废旧高密度聚乙烯、平均粒径为50-80nm的纳米级碳酸钙、超细氢氧化铝(平均粒径为0.1-0.2mm)、氯化聚乙烯(CPE)、石蜡在90-110℃高速混合(1200-1500转/分)8分钟后放入低速(500-600转/分)混合机冷却混合，待温度达到50-60℃时放入马来酸酐及DCP继续冷却混合到温在40℃以下即可出料，得到木/塑初混料。
初混料经挤出机挤出造粒即可得纳米级碳酸钙改性木粉/塑料复合材料专用料。专用料经一定的模具挤出成型即可得木/塑制品。
实施例3
将木粉改为秸杆粉，其生产方法同实施例1。
实施例4
将废旧高密度聚乙烯改为废旧聚氯乙烯，其生产方法同实施例一、二、三。
实施例5
将废旧高密度聚乙烯改为全新高密度聚乙烯料，其生产方法同实施例一、二、三。
实施例6
将废旧高密度聚乙烯改为全新聚丙烯料，其生产方法同实施例一、二、三。
实施例7
将废旧高密度聚乙烯改为废旧聚丙烯，氯化聚乙烯改为粒状乙丙橡胶，其生产方法同实施例一、二、三。

Claims (7)

1、一种纳米级碳酸钙改性植物纤维粉，利用纤维材料的多孔性及纳米级碳酸钙粒子的高吸附性，将纳米级碳酸钙与植物纤维粉混合，使纳米级碳酸钙充分载入纤维材料，得到改性植物纤维粉，其特征在于：所述改性植物纤维粉由下述重量份的原料组成：
植物纤维粉50-1000目                        100-150
平均粒径为20-50nm的纳米级碳酸钙            10-15
钛酸酯偶联剂                               2-5
硬脂酸                                     1-2
硅油                                       5-8。
2、如权利要求1所述的纳米级碳酸钙改性植物纤维粉，其特征在于所述的植物纤维粉为木材、锯末、木粉、稻糠、秸秆、果壳纤维粉末。
3、如权利要求1或2所述的纳米级碳酸钙改性植物纤维粉的生产方法，其特征在于将所述重量比的平均粒径为20-50nm的纳米级碳酸钙与经干燥处理后的50-1000目植物纤维粉在高速混合机中搅拌10-20分钟，再加入钛酸酯偶联剂、硬脂酸、硅油继续混合6-8分钟，即得到改性植物纤维粉。
4、一种如权利要求1所述改性植物纤维粉与塑料的复合材料，其特征在于所述的复合材料由下述重量份的原料组成：
废旧塑料                                100-120
50-1000目的改性植物纤维粉               100-150
平均粒径为20-80nm的纳米级碳酸钙         8-12
平均粒径为0.1-0.2mm的超细氢氧化铝       20-50
氯化聚乙烯                              8-10
马来酸酐                                1-3
过氧化二异丙苯                          0.1-0.6
石蜡                                    1.5-2.5。
5、如权利要求4所述的复合材料，其特征在于所述的废旧塑料为废旧高密度聚乙烯或废旧聚丙烯或废旧聚氯乙烯。
6、如权利要求5所述的复合材料，其特征在于所述的废旧塑料部分或全部用新料代替。
7、生产如权利要求4或5所述的复合材料的方法，其特征在于将所述重量配比的改性植物纤维粉、废旧塑料、平均粒径为20-80nm的纳米级碳酸钙、平均粒径为0.1-0.2mm的超细氢氧化铝、氯化聚乙烯、石蜡高速混合6-10分钟后放入低速混合机冷却混合，待温度达到50-60℃时放入马来酸酐及过氧化二异丙苯继续冷却混合到温度在40℃以下即可出料，得到复合材料初混料；初混料经挤出机挤出造粒即可得纳米级碳酸钙改性植纤维粉/塑料复合材料专用料。
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