CN1594409A - 天然植物纤维增强聚烯烃塑料板材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种天然植物纤维增强聚烯烃塑料板材及其制备方法，它采用天然植物纤维通过增容剂与聚烯烃塑料混合，从而在它们之间形成牢固界面结合层，获得强度、韧性均衡的天然植物纤维增强聚烯烃塑料板材，由天然植物纤维50～85，聚烯烃塑料10～50，增容剂3～20，适量加工助剂组成，板材强度高、耐磨性、抗冲击性好，吸水率低、使用寿命长，报废后可回收利用，且工艺简单，成本低，无环境污染，作为代木或代塑材料使用，适于工业化批量生产，制成各种建筑工程用板材，如混凝土建筑模板，地板，室内外铺板等。

Description

天然植物纤维增强聚烯烃塑料板材及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种天然植物纤维增强聚烯烃塑料板材及其制备方法。

背景技术：

人造纤维增强聚烯烃塑料复合材料以其高强特性在许多领域得到广泛应用。近年来由于人们对资源、环境问题的关注，采用天然植物纤维替代人造纤维作为聚烯烃塑料的增强材料引起了人们的关注。世界每年产生的天然植物纤维超过了全世界的石油总储量，这些天然植物纤维，除少部分被利用外大部分被烧掉和自然腐烂，这不仅对环境造成危害，同时也是一种资源的浪费。由天然植物纤维为增强材料制备的聚烯烃塑料板材，对保护环境和合理利用资源具有极积的促进作用。

CN1252347介绍了一种改性增强聚丙烯复合材料，其以改性的聚丙烯为表层和芯层，中间夹有玻璃纤维，并通过层压机压制而成，其主要用于作建筑模板。该技术生产工艺复杂，成本较高，限制了应用范围。CN277975介绍了一种云母和玻纤毡增强的聚丙烯复合材料及制备方法和应用，尽管在性能上有所提高，但仍使用的是人造纤维材料，且重量大，韧性不足，作为建筑模板应用存在一些问题。

发明内容：

针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种天然植物纤维增强聚烯烃塑料板材及其制备方法，它采用天然植物纤维通过增容剂与聚烯烃塑料混合形成，从而在天然植物纤维与聚烯烃塑料之间形成牢固界面结合层，以获得强度、韧性均衡的天然植物纤维增强聚烯烃塑料板材，其生产工艺简单，有效改善板材性能，降低生产成本，应用范围广，且报废后能回收循环利用。

本发明提供的天然植物纤维增强聚烯烃塑料板材，其组成按质量份由天然植物纤维50～85，聚烯烃塑料10～50，增容剂3～20，加工助剂，如：润滑剂0～5、稳定剂0～5、防老剂0～1.5或发泡剂0～5的至少一种组成。天然植物纤维可采用木质纤维或非木质植物纤维，其中木粉、甘蔗渣、木纤维、大麻纤维特别适用。由于天然植物纤维为亲水物质，与塑料难以混熔，为实现与天然植物纤维良好相容性，必须加入增容剂增容，进而提高板材的强度。

上述的天然植物纤维可以采用直接加工的天然植物纤维，也可以是经处理后得到的天然植物纤维，如秸杆，甘蔗渣，木纤维，大麻纤维等。

上述的聚烯烃塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯及聚烯烃塑料衍生物中的至少一种，其熔融指数最佳在0.05～10g/10min。

上述的增容剂采用与天然植物纤维和聚烯烃塑料具有良好相容性的物理或化学增容剂，物理增容剂为橡胶、塑料共聚物，化学增容剂为含羧基、酸酐的有机化合物、大分子单体和反应性高分子，如丙烯酸、低分子聚乙烯、丙烯酸接枝聚乙烯。

本发明的天然植物纤维增强聚烯烃塑料板材的制备方法是：

A、天然植物纤维先粉碎成粒径不低于20目，粒度在20～200目或长度在0.05～4.5mm，然后干燥至水份在2％以下方可与聚烯烃塑料共混，其中天然植物纤维可直接用于板材材料中，也可以是经过预处理的天然植物纤维，如脱胶后的麻纤维。

干燥后的天然植物纤维应进行处理，处理方法有三种：即在干燥后立即加入偶联剂进行处理，或在干燥后直接加入淀粉粘合剂造粒，或在干燥后直接与聚烯烃塑料共混；

B、将干燥改性后的天然植物纤维与聚烯烃塑料、增容剂和加工助剂在专门用于木塑材料加工的设备中混合造粒，然后在120～200℃加工温度下挤出成型制成板材。

上述混合造粒及挤出成型设备可以是单螺杆挤出机或双螺杆挤出机，在制备过程中，天然植物纤维与塑料共混和挤出的加工温度为塑料的融熔加工温度，如聚丙烯加工温度在175～185℃，最高不要超过195℃。因为天然植物纤维在200℃左右温度降解严重，产生烧糊现象。在加工温度条件下，天然植物纤维不应发生降解现象，并要保证各共混材料的均匀混合及反应增容完全。

上述的天然植物纤维粒度在20～200目，以40～80目为佳，干燥后立即加入硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂进行表面改性，或在干燥后直接加入淀粉粘合剂造粒，再与聚烯烃塑料、增容剂、加工助剂混合。

本发明与现有技术相比较具有如下优点：

本发明提供的天然植物纤维增强聚烯烃塑料板材，天然植物纤维比例高，与塑料界面相容性好，结合力强，故其静曲强度和弹性模量高。该板材强度高、耐磨性、抗冲击性好，吸水率低、使用寿命长，报废后可回收利用，且生产工艺简单，成本低，无环境污染，作为代木或代塑材料使用，适于工业化批量生产，制成各种建筑工程用板材，如建筑混凝土模板，地板，室内外铺板等。

具体实施方式：

以下结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围不局限于实施例。

实施例1

一种由杨木纤维/聚丙烯制备的板材，是将杨木材料用粉碎机粉碎制成纤维后，通过筛网分离出80～100目的杨木纤维，采用烘箱在120℃下烘干至水份在2％以下，然后将杨木纤维投入高速搅拌机中，并加入钛酸酯偶联剂进行表面改性处理，按以下配比将各组份在双螺杆挤出机中直接混合挤出制成板材，挤出机为同向平行双螺杆挤出机，长径比为42，混合加工温度在175～185℃，板材的配方和性能如下：

配方：杨木纤维(80～100目)          55                聚丙烯            45

      钛酸酯偶联剂                 1.0               丙烯酸            2.5

      过氧化二异丙苯               0.1               防老剂1010        0.5

性能：见表1。

实施例2

一种由大麻纤维/聚乙烯制备的板材，制备过程可按实施例1的制备方法制备，采用纤维干燥后加淀粉粘合剂造粒方式处理大麻纤维，共混加工温度为135～145℃之间。

配方：大麻纤维(60目)               85                高压聚乙烯             10

      乙烯一醋酸乙烯酯共聚物       5                 马来酸酐改性聚乙烯     3.5

      石蜡                         0.5               防老剂1010             0.5

性能：见表1。

实施例3

一种由甘蔗渣/聚氯乙烯制备的板材，制备过程按照实施例1的制备方法制备，甘蔗渣干燥后采用直接与塑料及其他助剂共混，温度为165～175℃之间。

配方：甘蔗渣(120目)                50            聚氯乙烯                50

      邻苯二甲酸二辛酯             10            硬脂酸铅                2.5

      硬脂酸                       0.5           氯化聚乙烯              5

      防老剂1010                   0.5

性能：见表1。

实施例4

一种由杨木/聚丙烯制备的微孔发泡板材，制备过程按照实施例1的制备方法制备，其共混温度在170～180℃之间。

配方：杨木(100目)              50              聚丙烯               35

      低压聚乙烯               15              丙烯酸改性乙丙橡胶   5

      发泡剂AC                 2.5             超细轻质CaCO₃       3

      防老剂1010               0.5             发泡助剂ZnO          2.5

性能：见表1。

实施例5

一种由稻壳粉/聚丙烯制备的建筑模板板材，制备过程按照实施例1的方法制备。其共混温度在170～180℃之间。

配方：稻壳粉(80目)             60              聚丙烯               40

      三元乙丙橡胶             4               马来酸酐改性聚丙烯   5

      石蜡                     1.5             防老剂1010           0.5

性能：见表1。

表1

实施例             拉伸强度/MPa              静曲强度/MPa              弹性模量/MPa

实例1              23.2                      47.7                      3740

实例2              20.1                      38.6                      3258

实例3              25.0                      42.3                      4100

实例4              16.2                      34.0                      3190

实例5              22.3                      51.5                      3470

Claims (7)

1.一种天然植物纤维增强聚烯烃塑料板材，其组成按质量份由天然植物纤维50～85，聚烯烃塑料10～50，增容剂3～20，润滑剂0～5，稳定剂0～5，防老剂0～1.5，发泡剂0～5组成。

2.根据权利要求1所述的塑料板材，其特征在于：天然植物纤维可以采用直接加工的天然植物纤维，也可以是经处理后得到的天然植物纤维，如秸杆，甘蔗渣，木纤维，大麻纤维。

3.根据权利要求1所述的塑料板材，其特征在于：聚烯烃塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯及聚烯烃塑料的衍生物中的至少一种，其熔融指数最佳在0.05～10g/10min。

4.根据权利要求1所述的塑料板材，其特征在于：增容剂为物理或化学增容剂，物理增容剂为橡胶、塑料共聚物；化学增容剂为含羧基、酸酐的有机化合物、大分子单体和反应性高分子，如丙烯酸、低分子聚乙烯、丙烯酸接枝聚乙烯。

5.一种如权利要求1的天然植物纤维增强聚烯烃塑料板材的制备方法，其特征在于：

A、天然植物纤维粉碎成粒径不低于20目，粒度在20～200目或长度在0.05～4.5mm，，然后干燥至水份在2％以下；

B、将干燥的天然植物纤维、聚烯烃塑料、增容剂、加工助剂混合，在120～200℃加工温度下加工制成成型板材。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：天然植物纤维粒度在20～200目，以40～80目为佳，干燥后立即加入硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂进行表面改性，或在干燥后直接加入淀粉粘合剂造粒再与聚烯烃塑料、增容剂、加工助剂混合。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：加工助剂是润滑剂、稳定剂、防老剂或发泡剂中的至少一种。