CN102417687B - 一种改性耐冲击性聚苯乙烯复合材料及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
一种改性耐冲击性聚苯乙烯复合材料及其制备工艺，该复合材料由以下重量百分比的主原料制成：硫酸钙5-30wt%，热塑性淀粉10-40wt%，植物纤维20-40wt%，耐冲击性聚苯乙烯20-50wt%；加工助剂为：相容剂硅烷偶联剂KH550，相容剂铝钛复合偶联剂，增塑剂甘油，润滑剂聚乙烯蜡，抗氧化剂1010。本发明还包含改性耐冲击性聚苯乙烯复合材料的制备工艺。本发明之改性耐冲击性聚苯乙烯复合材料，强度高，可降解性好，可广泛应用于制作可降解的办公用品、饭盒等产品。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐冲击性聚苯乙烯复合材料及其制备工艺，尤其是涉及一种改性耐冲击性聚苯乙烯复合材料及其制备工艺。
背景技术
在石油资源日益短缺的今天，木塑复合材料具有优良的物理力学性能及特殊的成型方式（挤出，注塑等），使其得到广泛的应用，它一方面充分利用了废弃的植物纤维材料，从生产上降低了原材料成本，另一方面，植物纤维的填充改善了复合材料的物理力学性能，使其能在众多领域中代替木材和塑料制品，改变当今石油和森林资源严重匮乏的局面。但是作为一种可降解复合材料，其大部分成分仍然是塑料，且填充的植物纤维都是经过改性处理的，废旧的复合材料中能够自然降解的只是纤维部分，由于偶联剂的影响，纤维部分也很难完全降解。《塑料工业》2002年第5期第45页发表了一种可降解植物纤维增强淀粉塑料发泡餐具的研制的论文，但该材料力学强度非常低，除了应用于餐具，很难应用于其它领域。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种强度高，降解性好的改性耐冲击性聚苯乙烯复合材料及其制备工艺。
本发明解决所述技术问题所采用的技术方案是：
本发明之改性耐冲击性聚苯乙烯复合材料由以下重量百分比的主原料制成：硫酸钙5-30wt%，热塑性淀粉10-40wt%，植物纤维20-40wt%，耐冲击性聚苯乙烯（HIPS）20-50wt%；
优选的重量百分比为：硫酸钙10wt%，热塑性淀粉15wt%，植物纤维30wt%，耐冲击性聚苯乙烯45wt%；
加工助剂为：相容剂硅烷偶联剂KH550（γ-氨丙基三乙氧基硅烷），相容剂铝钛复合偶联剂，增塑剂甘油，润滑剂聚乙烯蜡，抗氧化剂1010；
相容剂硅烷偶联剂KH550用量为硫酸钙质量的0.5-7%（优选1%），相容剂铝钛复合偶联剂用量为植物纤维质量的1-6%（优选2%）；
增塑剂甘油用量为热塑性淀粉质量的20-50%（优选20%）；
润滑剂聚乙烯蜡的用量为硫酸钙、热塑性淀粉和植物纤维总质量的1-5%（优选2%）；
抗氧化剂1010（四[甲基-β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯），用量为硫酸钙、热塑性淀粉和植物纤维总质量的0.5-4%（优选1%）；
所述硫酸钙粒径为10nm-1000nm(优选100nm)；
所述植物纤维的长径比为3-20（优选10），所述植物纤维可为废旧纸纤维或竹纤维。
本发明之改性耐冲击性聚苯乙烯复合材料的制备工艺，包括以下步骤：
（1）将相容剂硅烷偶联剂KH550和硫酸钙置于无水乙醇(无水乙醇与硅烷偶联剂KH550的体积比为2-10）中在75－85℃（优选80℃）条件下反应4－6小时（优选5小时），抽滤，烘干，得改性硫酸钙，备用；
（2）将植物纤维用质量浓度为2%-9%（优选3%）的氢氧化钠溶液浸泡1-8小时（优选6小时），然后用清水洗涤至中性，干燥后将其置于铝钛复合偶联剂的乙醇溶液中（铝钛复合偶联剂与乙醇按1:10的质量比配成溶液）浸泡1-5小时（优选2小时），过滤，将植物纤维置于70-80℃（优选80℃）烘箱中烘干至含水率<4%，得改性植物纤维，备用；
（3）将耐冲击性聚苯乙烯、热塑性淀粉、增塑剂甘油、润滑剂聚乙烯蜡、抗氧化剂1010、步骤（1）所得改性硫酸钙和步骤（2）所得改性植物纤维置于高速混合机中混合7-10分钟（优选7分钟）；
（4）将步骤（3）所得混合料置于挤出机中挤出，造粒。
本发明之改性耐冲击性聚苯乙烯复合材料，强度高，可降解性好，可广泛应用于制作可降解的办公用品、饭盒等产品。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本实施例之改性耐冲击性聚苯乙烯复合材料由以下重量百分比的主原料制成：硫酸钙10wt%，热塑性淀粉15wt%，废旧纸纤维30wt%，耐冲击性聚苯乙烯（HIPS）45wt%；
加工助剂为：相容剂硅烷偶联剂KH550（γ-氨丙基三乙氧基硅烷），相容剂铝钛复合偶联剂，增塑剂甘油，润滑剂聚乙烯蜡，抗氧化剂1010；
相容剂硅烷偶联剂KH550用量为硫酸钙质量的1%，相容剂铝钛复合偶联剂用量为废旧纸纤维质量的2%；
增塑剂甘油用量为热塑性淀粉质量的20%；
润滑剂聚乙烯蜡的用量为硫酸钙、热塑性淀粉和废旧纸纤维总质量的2%；
抗氧化剂1010（四[甲基-β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯），用量为硫酸钙、热塑性淀粉和废旧纸纤维总质量的1%；
所述硫酸钙粒径为100nm；
所述废旧纸纤维的长径比为10。
其制备方法：
（1）将相容剂硅烷偶联剂KH550和硫酸钙置于无水乙醇中在80℃条件下反应5小时，抽滤，烘干，得改性硫酸钙，备用；
（2）将废旧纸纤维用质量浓度为3%的氢氧化钠溶液1000ml浸泡6小时，然后用清水洗涤至中性，干燥后将其置于铝钛复合偶联剂的乙醇溶液400ml中（铝钛复合偶联剂与乙醇按1:10的质量比配成溶液）浸泡2小时，过滤，将废旧纸纤维置于80℃烘箱中烘干至含水率为3%，得改性纸纤维，备用；
（3）将耐冲击性聚苯乙烯、热塑性淀粉、增塑剂甘油、润滑剂聚乙烯蜡、抗氧化剂1010、步骤（1）所得改性硫酸钙和步骤（2）所得改性纸纤维置于高速混合机中混合7分钟；
（4）将步骤（3）所得混合料置于挤出机中挤出，造粒。
本实施例产品性能检测，拉伸强度按照GB/T 1040.1-2006规定方法测试, 断裂伸长率按照GB/T 1040.1-2006规定方法测试, 弯曲强度按照GB/T 9341-2008规定方法测试，悬臂梁冲击强度按照GB/T 1843-2008规定方法测试，可降解性按照ASTM D5071和GB 18006.1规定方法测试。
本实施例产品检测结果：拉伸强度为13.6Mpa；断裂伸长率为48%；弯曲强度为14.7MPa；悬臂梁冲击强度为10.2kJ/m2；重均分子量下降率为79%。
实施例2
本实施例之改性耐冲击性聚苯乙烯复合材料由以下重量百分比的主原料制成：硫酸钙20wt%，热塑性淀粉25wt%，废旧纸纤维30wt%，耐冲击性聚苯乙烯（HIPS）25wt%；
加工助剂为：相容剂硅烷偶联剂KH550（γ-氨丙基三乙氧基硅烷），相容剂铝钛复合偶联剂，增塑剂甘油，润滑剂聚乙烯蜡，抗氧化剂1010；
相容剂硅烷偶联剂KH550用量为硫酸钙质量的3%，相容剂铝钛复合偶联剂用量为废旧纸纤维质量的4%；
增塑剂甘油用量为热塑性淀粉质量的40%；
润滑剂聚乙烯蜡的用量为硫酸钙、热塑性淀粉和废旧纸纤维总质量的3%；
抗氧化剂1010（四[甲基-β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯），用量为硫酸钙、热塑性淀粉和废旧纸纤维总质量的2%；
所述硫酸钙粒径为100nm；
所述废旧纸纤维的长径比为10。
其制备方法：
（1）将相容剂硅烷偶联剂KH550和硫酸钙置于无水乙醇1000ml中在80℃条件下反应5小时，抽滤，烘干，得改性硫酸钙，备用；
（2）将废旧纸纤维用质量浓度为3%的氢氧化钠溶液1000ml浸泡6小时，然后用清水洗涤至中性，干燥后将其置于铝钛复合偶联剂的乙醇溶液400ml中（铝钛复合偶联剂与乙醇按1:10的质量比配成溶液）浸泡2小时，过滤，将废旧纸纤维置于80℃烘箱中烘干至含水率为3%，得改性纸纤维，备用；
（3）将耐冲击性聚苯乙烯、热塑性淀粉、增塑剂甘油、润滑剂聚乙烯蜡、抗氧化剂1010、步骤（1）所得改性硫酸钙和步骤（2）所得改性纸纤维置于高速混合机中混合7分钟；
（4）将步骤（3）所得混合料置于挤出机中挤出，造粒。
本实施例产品性能检测，拉伸强度按照GB/T 1040.1-2006规定方法测试, 断裂伸长率按照GB/T 1040.1-2006规定方法测试, 弯曲强度按照GB/T 9341-2008规定方法测试，悬臂梁冲击强度按照GB/T 1843-2008规定方法测试，可降解性按照ASTM D5071和GB 18006.1规定方法测试。
本实施例产品检测结果：拉伸强度为12.1Mpa；断裂伸长率为39%；弯曲强度为13.4MPa；悬臂梁冲击强度为9.5kJ/m2；重均分子量下降率为88%。
实施例3
本实施例之改性耐冲击性聚苯乙烯复合材料由以下重量百分比的主原料制成：硫酸钙15wt%，热塑性淀粉25wt%，竹纤维35wt%，耐冲击性聚苯乙烯（HIPS）25wt%；
加工助剂为：相容剂硅烷偶联剂KH550（γ-氨丙基三乙氧基硅烷），相容剂铝钛复合偶联剂，增塑剂甘油，润滑剂聚乙烯蜡，抗氧化剂1010；
相容剂硅烷偶联剂KH550用量为硫酸钙质量的5%，相容剂铝钛复合偶联剂用量为竹纤维质量的5%；
增塑剂甘油用量为热塑性淀粉质量的50%；
润滑剂聚乙烯蜡的用量为硫酸钙、热塑性淀粉和竹纤维总质量的3%；
抗氧化剂1010（四[甲基-β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯），用量为硫酸钙、热塑性淀粉和竹纤维总质量的2%；
所述硫酸钙粒径为500nm；
所述竹纤维的长径比为10。
其制备方法：
（1）将相容剂硅烷偶联剂KH550和硫酸钙置于无水乙醇1000ml中在80℃条件下反应5小时，抽滤，烘干，得改性硫酸钙，备用；
（2）将竹纤维用质量浓度为6%的氢氧化钠溶液1000ml浸泡6小时，然后用清水洗涤至中性，干燥后将其置于铝钛复合偶联剂的乙醇溶液400ml中（铝钛复合偶联剂与乙醇按1:10的质量比配成溶液）浸泡2小时，过滤，将竹纤维置于80℃烘箱中烘干至含水率为3%，得改性竹纤维，备用；
（3）将耐冲击性聚苯乙烯、热塑性淀粉、增塑剂甘油、润滑剂聚乙烯蜡、抗氧化剂1010、步骤（1）所得改性硫酸钙和步骤（2）所得改性竹纤维置于高速混合机中混合7分钟；
（4）将步骤（3）所得混合料置于挤出机中挤出，造粒。
本实施例产品性能检测，拉伸强度按照GB/T 1040.1-2006规定方法测试, 断裂伸长率按照GB/T 1040.1-2006规定方法测试, 弯曲强度按照GB/T 9341-2008规定方法测试，悬臂梁冲击强度按照GB/T 1843-2008规定方法测试，可降解性按照ASTM D5071和GB 18006.1规定方法测试。
本实施例产品检测结果：拉伸强度为13.2Mpa；断裂伸长率为44%；弯曲强度为13.9MPa；悬臂梁冲击强度为9.1kJ/m2；重均分子量下降率为90%。
Claims (10)
1. 一种改性耐冲击性聚苯乙烯复合材料，其特征在于，由以下重量百分比的主原料制成：硫酸钙5-30wt%，热塑性淀粉10-40wt%，植物纤维20-40wt%，耐冲击性聚苯乙烯20-50wt%；各主原料的重量百分比之和为100％；
加工助剂为：相容剂硅烷偶联剂KH550，相容剂铝钛复合偶联剂，增塑剂甘油，润滑剂聚乙烯蜡，抗氧化剂1010；
相容剂硅烷偶联剂KH550用量为硫酸钙质量的0.5-7%，相容剂铝钛复合偶联剂用量为植物纤维质量的1-6%；
增塑剂甘油用量为热塑性淀粉质量的20-50%；
润滑剂聚乙烯蜡的用量为硫酸钙、热塑性淀粉和植物纤维总质量的1-5%；
抗氧化剂1010，用量为硫酸钙、热塑性淀粉和植物纤维总质量的0.5-4%；
所述硫酸钙粒径为10nm-1000nm；
所述植物纤维的长径比为3-20。
2.根据权利要求1所述的改性耐冲击性聚苯乙烯复合材料，其特征在于，由以下重量百分比的主原料制成：硫酸钙10wt%，热塑性淀粉15wt%，植物纤维30wt%，耐冲击性聚苯乙烯45wt%。
3.根据权利要求1或2所述的改性耐冲击性聚苯乙烯复合材料，其特征在于，相容剂硅烷偶联剂KH550用量为硫酸钙质量的1%，相容剂铝钛复合偶联剂用量为植物纤维质量的2%。
4.根据权利要求1或2所述的改性耐冲击性聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述增塑剂甘油用量为热塑性淀粉质量的20%。
5.根据权利要求1或2所述的改性耐冲击性聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂聚乙烯蜡的用量为硫酸钙、热塑性淀粉和植物纤维总质量的2%。
6.根据权利要求1或2所述的改性耐冲击性聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧化剂1010，用量为硫酸钙、热塑性淀粉和植物纤维总质量的1%。
7.根据权利要求1或2所述的改性耐冲击性聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述硫酸钙粒径为100nm, 所述植物纤维长径比10。
8.根据权利要求1或2所述的改性耐冲击性聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述植物纤维为废旧纸纤维或竹纤维。
9.一种如权利要求1或2所述的改性耐冲击性聚苯乙烯复合材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将相容剂硅烷偶联剂KH550和硫酸钙置于无水乙醇中在75－85℃条件下反应4－6小时，抽滤，烘干，得改性硫酸钙，备用；
（2）将植物纤维用质量浓度为2%-9%的氢氧化钠溶液浸泡1-8小时，然后用清水洗涤至中性，干燥后将其置于铝钛复合偶联剂的乙醇溶液中浸泡1-5小时，过滤，将植物纤维置于70-80℃烘箱中烘干至含水率<4%，得改性植物纤维，备用；
（3）将耐冲击性聚苯乙烯、热塑性淀粉、增塑剂甘油、润滑剂聚乙烯蜡、抗氧化剂1010、步骤（1）所得改性硫酸钙和步骤（2）所得改性植物纤维置于高速混合机中混合7-10分钟；
（4）将步骤（3）所得混合料置于挤出机中挤出，造粒。
10.根据权利要求9所述的改性耐冲击性聚苯乙烯复合材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将相容剂硅烷偶联剂KH550和硫酸钙置于无水乙醇中在80℃条件下反应5小时，抽滤，烘干，得改性硫酸钙，备用；
（2）将植物纤维用质量浓度为3%的氢氧化钠溶液浸泡6小时，然后用清水洗涤至中性，干燥后将其置于铝钛复合偶联剂的乙醇溶液中浸泡2小时，过滤，将植物纤维置于80℃烘箱中烘干至含水率<4%，得改性植物纤维，备用；
（3）将耐冲击性聚苯乙烯、热塑性淀粉、增塑剂甘油、润滑剂聚乙烯蜡、抗氧化剂1010、步骤（1）所得改性硫酸钙和步骤（2）所得改性植物纤维置于高速混合机中混合7分钟；
（4）将步骤（3）所得混合料置于挤出机中挤出，造粒。
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