CN102558679A - 一种新型竹纤维∕聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型竹纤维∕聚丙烯复合材料及其制备方法，其以均聚聚丙烯为基材，对竹纤维先进行表面处理然后加入接枝物，抗氧剂，润滑剂、分子量调节剂，按照比例充分混合而成。本发明将竹纤维进行表面处理，提高了与聚丙烯之间的相容性，具有优良的力学性能；同时提高了聚丙烯的塑化性能，降低熔体粘度，提高流动性，有效地增加体系各组份之间的相容性和分散性，改善材料体系的界面粘接状况，另外还改善了制品的老化和加工性能，并具有热稳定作用，使聚丙烯的刚性得到大幅度的提高；润滑剂、分子量调节剂的加入，提高了流动性及流动速率，适用于塑料的挤出工艺如挤出片材、板材、管材等，也适用于注塑工艺如小家电外壳，家用电器底座等。

Description

一种新型竹纤维∕聚丙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及聚丙烯材料领域，尤其涉及一种新型竹纤维/聚丙烯复合材料及其制备方法。 

背景技术

聚丙烯作为通用材料的一大类，由于存在热加工时收缩率较大，加工和使用过程中易受光、热、氧和气候影响而发生老化，耐寒性差等缺陷，用途受到限制。竹纤维具有独特的抗菌、防臭性能及优良的着色性、耐磨性、反弹性和电绝缘性，而且具有易加工，成本低等优点。木塑复合材料是国内外近年蓬勃兴起的一类新型复合材料，指利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等，代替通常的树脂胶粘剂，与超过50％以上的木粉、稻壳、秸秆等废植物纤维混合成新的木质材料，再经挤压、模压、注射成型等塑料加工工艺，生产出的板材或型材，其主要用于建材、家具、物流包装等行业。将塑料和木质粉料按一定比例混合后经热挤压成型的板材，称之为挤压木塑复合板材。 

现有技术中，已有采用竹纤维及助剂对聚丙烯进行改性的复合材料，华东理工大学在2010年6月30日申请的发明专利201010217542.6(公开号CN101880423A，公开日2010年11月10日)公开了一种竹纤维/聚丙烯复合材料及其制备方法，该篇专利主要突出利用竹纤维制备复合材料，原料易得且节能环保，对竹纤维/聚丙烯复合材料的性能未作相关描述，然而由于竹纤维是亲水物质，聚丙烯是疏水聚合物，所以将其混合后克服其难溶性是非常困难的，也决定了竹纤维/聚丙烯复合材料的综合性能。 

发明内容

本发明正是为了克服上述不足，所要解决的技术问题是提供一种新型竹纤维/聚丙烯复合材料，该复合材料的原料竹纤维与聚丙烯能很好地相容，具有优良的力学性能。 

本发明还要解决的技术问题是提供上述新型竹纤维/聚丙烯复合材料的制备方法。 

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下： 

一种新型竹纤维/聚丙烯复合材料，它以均聚聚丙烯为基材，加入一定比例的竹纤维及助剂，经充分混合加工而成，按重量份数计，具体配方组成如下： 

所述的均聚聚丙烯的熔融范围优选为3～6g/10min(230℃，2.16Kg)，缺口冲击强度优选为5.8～7.8KJ/m²。 

所述的竹纤维经过表面处理，其表面处理的方法为：按配方量取竹纤维放入高速搅拌机中在100～120℃温度条件下，搅拌40～60分钟，待竹纤维充分干燥后冷却至60～70℃，再加入配方量的钛酸酯偶联剂，在70～80℃温度条件下，进行3～6分钟的搅拌处理。 

所述的偶联剂优选为钛酸酯偶联剂。 

所述的润滑剂优选是扩散剂EB-FF，如花王EBS。 

所述的分子量调节剂优选为过氧化二叔丁基。 

作为优选配方，所述的新型竹纤维/聚丙烯复合材料按重量份数计，组成如下： 

上述新型竹纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，它包括如下步骤： 

1、竹纤维的表面处理：按配方量取竹纤维放入高速搅拌机中在100～120℃温度条件下，搅拌40～60分钟，待竹纤维充分干燥后冷却至60～70℃，再加入配方量的钛酸酯偶联剂，在70～80℃温度条件下，进行3～6分钟的搅拌处理； 

2、将上述处理好的竹纤维与配方量的均聚聚丙烯、马来酸酐接枝PP、抗氧剂1010、抗氧剂168、润滑剂及分子量调节剂放入高速搅拌机中搅拌混合均匀，再加入到双螺杆挤出机中挤出造粒即得。 

其中，优选地： 

所述的双螺杆挤出机为同向平行啮合型双螺杆挤出机，长径比为40～48，机筒配有至少一个加热单元和至少一个排气孔； 

所述的挤出造粒温度为140～160度，螺杆转速为10～220rpm，物料停留时间为3～5分钟。 

有益效果：本发明所述的新型竹纤维/聚丙烯复合材料与现有技术相比，具有以下优点： 

(1)、本发明将竹纤维进行表面处理，先充分干燥，然后加入偶联剂，进一步处理使竹纤维表面活化，在其表面包裹一层钛酸酯偶联剂，从而提高了与聚丙烯之间的相容性，具有优良的力学性能；同时提高了聚丙烯的塑化性能，降低熔体粘度，提高流动性，有效地增加体系各组份之间的相容性和分散性，改善材料体系的界面粘接状况，另外还改善了制品的老化和加工性能，并具有热稳定作用，使聚丙烯的刚性得到大幅度的提高。 

(2)、由于原料竹纤维内含纤维并经与聚丙烯充分混合，从而具有与聚丙烯相当的抗压、抗弯曲等物理机械性能，并且其耐用性明显优于聚丙烯。 

(3)、采用特殊的原料配方，使本发明形成的新型竹纤维/聚丙烯复合材料具有高模量，流动性好、综合性能优异的特点。 

(4)、由于采用润滑剂提高了流动性，采用分子量调节剂提高了流动速率，使本发明复合材料不仅适用于塑料的挤出工艺如挤出片材、板材、管材等，也适用于注塑工艺如小家电外壳，家用电器底座等。 

(5)、本发明采用纯天然的竹纤维为原料，绿色环保、制备方法简单，对环境无污染，易于实现大规模连续生产。 

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同变换或修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。 

使用原料： 

实施例1 

取下列重量份数的原料： 

具体制备方法按如下步骤进行： 

1、竹纤维的表面处理：将竹纤维放入高速搅拌机中在110℃温度条件下，搅拌50分钟，待竹纤维充分干燥后冷却至60℃，再加入钛酸酯偶联剂，在70℃温度条件下，进行3分钟的搅拌处理； 

2、将上述处理好的竹纤维与均聚聚丙烯、马来酸酐接枝PP、抗氧剂1010、抗氧剂168、润滑剂及分子量调节剂放入高速搅拌机中搅拌混合均匀，再加入到双螺杆挤出机中挤出造粒即为所述的新型竹纤维/聚丙烯复合材料，其中，该双螺杆挤出机为同向平行啮合型双螺杆挤出机，长径比为40～48，机筒配有6～9个加热单元和1～2个排气孔，挤出造粒温度为140～160度，螺杆转速为10～220rpm，物料停留时间为3～5分钟。 

实施例2 

取下列重量份数的原料： 

具体制备方法按如下步骤进行： 

1、竹纤维的表面处理：将竹纤维放入高速搅拌机中在100℃温度条件下，搅拌60分钟，待竹纤维充分干燥后冷却至65℃，再加入钛酸酯偶联剂，在80℃温度条件下，进行5分钟的搅拌处理；其余同实施例1。 

实施例3 

取下列重量份数的原料： 

具体制备方法按如下步骤进行： 

1、竹纤维的表面处理：将竹纤维放入高速搅拌机中在120℃温度条件下，搅拌40分钟，待竹纤维充分干燥后冷却至70℃，再加入钛酸酯偶联剂，在75℃温度条件下，进行6分钟的搅拌处理；其余同实施例1。 

对比例1： 

取下列重量份数的原料： 

均聚聚丙烯    98.2份 

抗氧剂1010    0.6份 

抗氧剂168     1.2份。 

具体制备方法按如下步骤进行： 

将均聚聚丙烯、抗氧剂1010、抗氧剂168及润滑剂放入高速搅拌机中搅拌混合均匀，再加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，其中，该双螺杆挤出机为同向平行啮合型双螺杆挤出机，长径比为40～48，机筒配有6～9个加热单元和1～2个排气孔，能独立控制反应各个阶段的温度；挤出造粒温度为140～160度，螺杆转速为10～220rpm，物料停留时间为3～5分钟。 

对比例2： 

取下列重量份数的原料： 

具体制备方法按如下步骤进行： 

将均聚聚丙烯、竹纤维、马来酸酐接枝PP、抗氧剂1010和抗氧剂168放入高速搅拌机中搅拌，再加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，其中，该双螺杆挤出机为同向平行啮合型双螺杆挤出机，长径比为40～48，机筒配有6～9个加热单元和1～2个排气孔，能独立控制反应各个阶段的温度；挤出造粒温度为140～160度，螺杆转速为10～220rpm，物料停留时间为3～5分钟。 

对比例3： 

取下列重量份数的原料： 

具体制备方法按如下步骤进行： 

将均聚聚丙烯、竹纤维、马来酸酐接枝PP、抗氧剂1010、抗氧剂168、润滑剂和分子量调节剂放入高速搅拌机中搅拌，再加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，其中，该双螺杆挤出机为同向平行啮合型双螺杆挤出机，长径比为40～48，机筒配有6～9个加热单元和1～2个排气孔，能独立控制反应各个阶段的温度；挤出造粒温度为140～160度，螺杆转速为10～220rpm，物料停留时间为3～5分钟。 

将上述实施例1～3及对比例1～3所得的材料分别进行性能检测，结果如下表所示： 

由以上结果可知： 

(1)、采用未经过表面处理的竹纤维为原料，复合材料的模量稍有提高，但力学性能指标提高不大，且冲击有所下降。 

(2)、采用经过表面处理的竹纤维为原料，复合材料的弯曲强度和模量得到了大幅度的提高，且竹纤维含量越高，提高幅度越大，其它力学性能也得到了大幅度的提升。 

(3)、润滑剂EB-FF的加入提高了流动性，分子量调节剂的加入使流动速率提高了3倍，解决了木塑制品只可用于挤出，不可用于注塑的难题。 

Claims (9)

1.一种新型竹纤维∕聚丙烯复合材料，其特征在于它以均聚聚丙烯为基材，加入一定量的竹纤维及助剂，经充分混合加工而成，按重量份数计，具体配方组成如下：

均聚聚丙烯                         62.8～75.2份

竹纤维                               20～38.7份

偶联剂                               0.2～0.4份

马来酸酐接枝PP                    0.8～1.2份

抗氧剂1010                        0.03～0.06份

抗氧剂168                        0.06～0.13份

润滑剂                              0.2～0.7份

分子量调节剂                       0.03-0.09份。

2.根据权利要求1所述的一种新型竹纤维∕聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的均聚聚丙烯的熔融范围为3～6g/10min(230℃,2.16Kg)，缺口冲击强度为5.8～7.8KJ/m²。

3.根据权利要求1所述的一种新型竹纤维∕聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的竹纤维经过表面处理，其表面处理的方法为：按配方量取竹纤维放入高速搅拌机中在100～120℃温度条件下，搅拌40～60分钟，待竹纤维充分干燥后冷却至60～70℃，再加入配方量的偶联剂，在70～80℃温度条件下，进行3～6分钟的搅拌处理。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种新型竹纤维∕聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的偶联剂为钛酸酯偶联剂。

5.根据权利要求1至3任一项所述的一种新型竹纤维∕聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的润滑剂是扩散剂EB-FF。

6.根据权利要求1至3任一项所述的一种新型竹纤维∕聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的分子量调节剂为过氧化二叔丁基。

7.根据权利要求1所述的一种新型竹纤维∕聚丙烯复合材料，其特征在于所述的复合材料按重量份数计，具体配方组成如下：

均聚聚丙烯                         68.245份

竹纤维                               29.9份

偶联剂                               0.3份

马来酸酐接枝PP                 1份

抗氧剂1010                         0.045份

抗氧剂168                          0.1份

润滑剂                             0.35份

分子量调节剂                        0.06份。

8.一种制备权利要求1所述新型竹纤维∕聚丙烯复合材料的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）竹纤维的表面处理：按配方量取竹纤维放入高速搅拌机中在100～120℃温度条件下，搅拌40～60分钟，待竹纤维充分干燥后冷却至60～70℃，再加入配方量的钛酸酯偶联剂，在70～80℃温度条件下，进行3～6分钟的搅拌处理；

（2）将上述处理好的竹纤维与配方量的均聚聚丙烯、马来酸酐接枝PP、抗氧剂1010、抗氧剂168、润滑剂及分子量调节剂放入高速搅拌机中搅拌混合均匀，再加入到双螺杆挤出机中挤出造粒即得。

9.根据权利要求7所述的一种制备新型竹纤维∕聚丙烯复合材料的方法，其特征在于：

所述的双螺杆挤出机为同向平行啮合型双螺杆挤出机，长径比为40～48，机筒配有至少一个加热单元和至少一个排气孔；

所述的挤出造粒温度为140～160度，螺杆转速为10～220rpm，物料停留时间为3～5分钟。