CN106750877A - 一种植物纤维改性聚丙烯复合材料及其制备工艺 - Google Patents

一种植物纤维改性聚丙烯复合材料及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种植物纤维改性聚丙烯复合材料及其制备工艺，该复合材料由下述组分按重量百分比：硫酸钙5～20%，热塑性淀粉20～35%，植物纤维30～50%，聚丙烯20～40%；加工助剂：相容剂，硅烷偶联剂KH550、钛酸酯偶联剂；增塑剂，甘油；润滑剂，硬脂酸；抗氧化剂1010等。本发明还包括改性聚丙烯复合材料的制备工艺，改性聚丙烯复合材料力学性能好，降解性好，制造成本低，特别适于用来制作周转箱、托盘快餐盒等包装容器。

Description

一种植物纤维改性聚丙烯复合材料及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯复合材料及其制备工艺尤其是涉及一种植物纤维改性聚丙烯复合材料及其制备工艺。
背景技术
塑料的来源主要是天然石油，而这些能源的贮藏量是有一定限度的。而且塑料在天然条件下很难快速降解，给环境和资源造成了很大的压力。在塑料基体中填充可降解材料是近十几年来研究的热门课题，例如在塑料基体中添加植物纤维或者淀粉制成可部分降解的材料，沈阳沃而得复合材料科贸有限公司开发生产出一种新型绿色环保材料、塑料的替代品——塑木复合托盘《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论文。但这两种材料力学强度都非常低，很难应用于其它领域。
聚丙烯塑料有丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。有等规物、无规物和间规物三种构型，工业产品以等规物为主要成分。聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内。通常为半透明无色固体，无臭无毒。由于结构规整而高度结晶化，故熔点高达167℃，耐热，制品可用蒸汽消毒是其突出优点。密度0.90g/cm3，是最轻的通用塑料。耐腐蚀，抗张强度30MPa，强度、刚性、和透明性都比聚乙烯好。
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，提供一种力学性能好，降解性好，制造成本低的改性聚丙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本发明之改性聚丙烯复合材料由以下重量百分比的主原料制成：硫酸钙5～20 %，热塑性淀粉20～35 %，植物纤维30～50 %，聚丙烯20～40 %。
加工助剂，相容剂硅烷偶联剂KH550、钛酸酯偶联剂；增塑剂，甘油；润滑剂，硬脂酸；抗氧化剂1010。相容剂-硅烷偶联剂KH550用量为硫酸钙质量的4～10%，优选5%；相容剂-钛酸酯偶联剂用量为植物纤维质量的1～6%，优选5%。增塑剂甘油用量为热塑性淀粉质量的15～50%，优选40%。润滑剂硬脂酸的用量为硫酸钙、热塑性淀粉和植物纤维总质量的2～6%，优选4%。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%，优选4%。所述硫酸钙的粒径分布在50nm～500nm(优选100nm)；所述植物纤维可为木粉纤维，纤维的长径比可为5～20，优选10。
本发明的一种植物纤维改性聚丙烯复合材料及其制备工艺，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中在75～85℃条件下反应4～6小时，过滤、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，于70～80℃烘箱中烘干至含水率<4%，备用。
3、 将热塑性淀粉、聚丙烯、相容剂钛酸酯偶联剂、增塑剂甘油、润滑剂硬脂酸、抗氧化剂1010、步骤1所得改性硫酸钙和步骤2所得植物纤维加入高速混合机中混合7～10分钟。
4、 将步骤3所得混合物置于挤出机中挤出，造粒。
根据权利要求9所述的一种植物纤维改性聚丙烯复合材料及其制备工艺，其特征在于包括以下步：
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，过滤、烘干得改性硫酸钙，备用。
2、 将植物纤维用质量浓度为6的氢氧化钠溶液浸泡6小时，然后用清水洗涤至中性，于80℃烘箱中烘干至含水率<4%，备用。
3、 将热塑性淀粉、聚丙烯、相容剂钛酸酯偶联剂、增塑剂甘油、润滑剂硬脂酸、抗氧化剂1010、步骤1所得改性硫酸钙和步骤2所得植物纤维加入高速混合机中混合10分钟。
4、 将步骤3所得混合物置于挤出机中挤出、造粒。
本发明的改性聚丙烯复合材料，力学性能好降解性好、制造成本低，特别适于用来制作周转箱、托盘快餐盒等包装容器。
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
本实施例的改性聚丙烯复合材料由以下重量百分比的主原料制成：硫酸钙10 %，热塑性淀粉20 %，木粉纤维30 %，聚丙烯 40 %。
加工助剂为相容剂硅烷偶联剂KH550、钛酸酯偶联剂；增塑剂，甘油；润滑剂，硬脂酸；抗氧化剂1010。相容剂硅烷偶联剂KH550用量为硫酸钙质量的6%，相容剂钛酸酯偶联剂用量为木粉纤维质量的4%；增塑剂甘油用量为热塑性淀粉质量的20%；润滑剂硬脂酸的用量为硫酸钙、热塑性淀粉和木粉纤维总质量的2%；抗氧化剂1010用量为硫酸钙、热塑性淀粉和木粉纤维总质量的1%，所述硫酸钙的粒径为50nm；所述木粉纤维的长径比为5。
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，过滤、烘干得改性硫酸钙，备用。
2. 将木粉纤维用质量浓度为4%的氢氧化钠溶液浸泡6小时，然后用清水洗涤至中性，于80℃烘箱中烘干至含水率3%，备用。
3. 将热塑性淀粉、聚丙烯、相容剂钛酸酯偶联剂、增塑剂甘油、润滑剂硬脂酸、抗氧化剂1010、步骤1所得改性硫酸钙和步骤2所得木粉纤维加入高速混合机中混合7分钟。
4. 将步骤3所得混合物置于挤出机中挤出，造粒。
本实施例产品检测结果：拉伸强度为14.2Mpa，断裂伸长率为53%，弯曲强度为14.9MPa悬臂梁冲击强度为7.9kJ/m2，重均分子量下降率为83%。
实施例2
本实施例的改性聚丙烯复合材料由以下重量百分比的主原料制成：硫酸钙10 %，热塑性淀粉25 %，木粉纤维45 %，聚丙烯 20 %。加工助剂，相容剂：硅烷偶联剂KH550、钛酸酯偶联剂；增塑剂：甘油；润滑剂：硬脂酸；抗氧化剂1010。相容剂硅烷偶联剂KH550用量为硫酸钙质量的5%，相容剂钛酸酯偶联剂用量为木粉纤维质量的5%；增塑剂甘油用量为热塑性淀粉质量的40%，润滑剂硬脂酸的用量为硫酸钙、热塑性淀粉和木粉纤维总质量的4%，抗氧化剂1010用量为硫酸钙、热塑性淀粉和木粉纤维总质量的4%，所述硫酸钙的粒径为100nm，所述木粉纤维的长径比为10。
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，过滤、烘干得改性硫酸钙，备用。
2 、将木粉纤维用质量浓度为6%的氢氧化钠溶液浸泡6小时，然后用清水洗涤至中性，于80℃烘箱中烘干至含水率3%备用。
3、将热塑性淀粉、聚丙烯、相容剂钛酸酯偶联剂、增塑剂甘油、润滑剂硬脂酸、抗氧化剂1010、步骤1所得改性硫酸钙和步骤1所得木粉纤维加入高速混合机中混合10分钟.
4、将步骤3所得混合物置于挤出机中挤出，造粒。
本实施例产品检测结果：拉伸强度为15.7Mpa，断裂伸长率为41%，弯曲强度为15.9MPa，悬臂梁冲击强度为6.9kJ/m2，重均分子量下降率为90%。
实施例3
本实施例的改性聚丙烯复合材料由以下重量百分比的主原料制成硫酸钙5 %，热塑性淀粉35 %，木粉纤维40 %，聚丙烯，20 %。 加工助剂，相容剂：硅烷偶联剂KH550、钛酸酯偶联剂；增塑剂：甘油；润滑剂：硬脂酸；抗氧化剂1010。相容剂硅烷偶联剂KH550用量为硫酸钙质量的5%；相容剂钛酸酯偶联剂用量为木粉纤维质量的2%；增塑剂甘油用量为热塑性淀粉质量的50%；润滑剂硬脂酸的用量为硫酸钙、热塑性淀粉和木粉纤维总质量的4%；抗氧化剂1010用量为硫酸钙、热塑性淀粉和木粉纤维总质量的4%；所述硫酸钙的粒径为500nm，所述木粉纤维的长径比为10。
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，过滤、烘干得改性硫酸钙，备用。
2、将木粉纤维用质量浓度为6%的氢氧化钠溶液浸泡6小时然后用清水洗涤至中性，于80℃烘箱中烘干至含水率3%，备用。
3、将热塑性淀粉、聚丙烯、相容剂钛酸酯偶联剂、增塑剂甘油、润滑剂硬脂酸、抗氧化剂1010、步骤1所得改性硫酸钙和步骤2所得木粉纤维加入高速混合机中混合10分钟
4、将步骤3所得混合物置于挤出机中挤出，造粒。
本实施例产品检测结果：拉伸强度为14.8Mpa，断裂伸长率为39%，弯曲强度为15.2MPa，悬臂梁冲击强度为6.7kJ/m2，重均分子量下降率为93%。

Claims (10)

1.一种植物纤维改性聚丙烯复合材料，其特征在于由以下重量百分比的主原料制成：硫酸钙5～20%，热塑性淀粉20～35%，植物纤维30～50%，聚丙烯20～40%；加工助剂：相容剂，硅烷偶联剂KH550、钛酸酯偶联剂；增塑剂，甘油；润滑剂，硬脂酸；抗氧化剂1010；硅烷偶联剂KH550用量为硫酸钙质量的4～10%，钛酸酯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15～50%；润滑剂硬脂酸的用量为硫酸钙、热塑性淀粉和植物纤维总质量的2～6%；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%；所述硫酸钙的粒径分布在50nm～500nm，所述植物纤维的长径比为5～20。
2.根据权利要求1所述的一种植物纤维改性聚丙烯复合材料及其制备工艺，其特征在于由以下重量百分比的主原料制成：硫酸钙10%，热塑性淀粉25%，植物纤维45%，聚丙烯20%。
3.根据权利要求1或2所述的一种植物纤维改性聚丙烯复合材料及其制备工艺，其特征在于所述相容剂-硅烷偶联剂KH550用量为硫酸钙质量的5%，相容剂-钛酸酯偶联剂用量为植物纤维质量的5%。
4.根据权利要求1或2所述的一种植物纤维改性聚丙烯复合材料及其制备工艺，其特征在于所述增塑剂甘油用量为热塑性淀粉质量的40%。
5.根据权利要求1或2所述的一种植物纤维改性聚丙烯复合材料及其制备工艺，其特征在于所述润滑剂硬脂酸的用量为硫酸钙、热塑性淀粉和植物纤维总质量的4%。
6.根据权利要求1或2所述的一种植物纤维改性聚丙烯复合材料及其制备工艺，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4%。
7.根据权利要求1或2所述的一种植物纤维改性聚丙烯复合材料及其制备工艺，其特征在于所述硫酸钙的粒径为100nm。
8.根据权利要求1或2所述的一种植物纤维改性聚丙烯复合材料及其制备工艺，其特征在于所述植物纤维为木粉纤维，所述植物纤维的长径比为10。
9.一种如权利要求1或2所述的一种植物纤维改性聚丙烯复合材料及其制备工艺，其特征在于包括以下步骤：
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，过滤、烘干，得改性硫酸钙，备用；
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，于70～80℃烘箱中烘干至含水率<4%，备用；
将热塑性淀粉、聚丙烯、相容剂钛酸酯偶联剂、增塑剂甘油、润滑剂硬脂酸、抗氧化剂1010、步骤1所得改性硫酸钙和步骤2所得植物纤维加入高速混合机中混合7～10分钟；
将步骤3所得混合物置于挤出机中挤出，造粒。
10.根据权利要求9所述的一种植物纤维改性聚丙烯复合材料及其制备工艺，其特征在于包括以下步：
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，过滤、烘干得改性硫酸钙，备用；
将植物纤维用质量浓度为6的氢氧化钠溶液浸泡6小时，然后用清水洗涤至中性，于80℃烘箱中烘干至含水率<4%，备用；
将热塑性淀粉、聚丙烯、相容剂钛酸酯偶联剂、增塑剂甘油、润滑剂硬脂酸、抗氧化剂1010、步骤1所得改性硫酸钙和步骤2所得植物纤维加入高速混合机中混合10分钟；
将步骤3所得混合物置于挤出机中挤出、造粒。
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