CN109705464A - 一种稻壳粉填充微发泡聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及聚丙烯材料改性技术领域，特别涉及一种稻壳粉填充微发泡聚丙烯复合材料及其制备方法。稻壳粉填充微发泡聚丙烯复合材料包括以下重量份的原料组成：聚丙烯树脂100份，稻壳粉10～40份，γ―(2,3‑环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，0.1～5份，聚乙烯蜡0.5～3份，成核剂0.1～5份，发泡母粒0.1～5份，抗氧剂0.05～2份。本发明提供的稻壳粉填充微发泡聚丙烯复合材料，采用含有核壳结构的微球发泡母粒，与制备的壳粉填充聚丙烯颗粒料共混后注塑得到的产品有较好的外观，且产品内部有致密且均匀的膨胀的泡孔结构，能够减轻产品的重量。另外该类微球发泡母粒的发泡原理决定了不会产生任何化学物质，能够放心的与食品接触，用于食品容器或器具等用途。

Description

一种稻壳粉填充微发泡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改性技术领域，特别涉及一种稻壳粉填充微发泡聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

绿色环保材料作为新型材料完全符合发展绿色经济、人与自然和平共处的环保制造模式。其中聚丙烯材料作为不可再生资源-石油中提料的高分子材料，且全球使用量巨大，大多聚丙烯产品并没有做有效的回收利用，对环境造成了不可磨灭的“白色污染”，而且石油也逐渐出现了枯竭状态。而稻壳作为天然、绿色的植物纤维，可作为填料添加到聚丙烯材料中，做成木塑复合材料，可应用在多种场合中；同时稻壳粉填充的聚丙烯复合材料有着木材不可比拟的优势，防虫蛀、防细菌滋生、耐老化、耐腐蚀、不吸湿和可回收使用等优点。

但相较于天然木材，却有个缺点是密度要大于天然木材，所以通过对该复合材料进行发泡改性，但采用常规的化学发泡剂，在注塑过程中产品表面会出现“银纹”“气痕”等外观缺陷，会大大影响产品应用场景；另外通常添加的化学发泡剂均是受热产生气体和副产物，往往副产物并不适用与食品接触，这样就限制了该材料在食品容器及接触食品器具上的使用。

对于稻壳粉填充聚丙烯发泡的研究，申请公开号201710541155.X，公开日为2017年10月20日，公开了一种纳米稻壳粉增强聚丙烯发泡复合材料极其制备方法，采用普通聚丙烯颗粒、高熔体强度聚丙烯粉末、改性稻壳粉末、硫酸盐浆纤维、混合发泡剂和纳米蒙脱土，其中混合发泡剂为碳酸氢铵和偶氮二甲胺的混合物。该方案通过对偶联剂处理稻壳粉的工艺，以及采用高熔体强度聚丙烯粉末来提高体系的熔体强度从而支撑化学发泡剂分解出的气体，防止气体串泡。但以上做法也存在弊端，高熔体强度聚丙烯粉末多是流动性较差的聚丙烯，添加高熔体强度聚丙烯粉末会影响体系的流动性，从而限制了材料的广泛应用；其次则是使用化学发泡剂产生的气体在注塑过程中逃逸到制品表面，形成银纹及气痕等外观缺陷，影响产品外观。

发明内容

为解决上述背景技术中的问题，本发明提供一种稻壳粉填充微发泡聚丙烯复合材料，包括以下重量份的原料组成：

所述发泡母粒包括微球发泡剂15％～58％；聚乙烯树脂40％～80％；无规聚丙烯蜡0.5％～3％，优选低分子无规聚丙烯蜡；抗氧剂0.05％～2％。

在上述方案的基础上，进一步地，所述微球发泡剂包括采用热塑性丙烯酸类树脂制备的壳体和被所述壳体包覆的烷烃类气体。

在上述方案的基础上，进一步地，所述聚丙烯树脂是均聚类聚丙烯。

在上述方案的基础上，进一步地，所述成核剂为粒径1～5μm的滑石粉；优选5μm的滑石粉，不仅有利于气体形成气体核，还能降低熔体与模具腔表面的摩擦力。

在上述方案的基础上，进一步地，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基 -4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇。

本发明还提供一种如上所述稻壳粉填充微发泡聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤a、将稻壳粉在100℃下烘干24小时，后将稻壳粉和γ―(2,3- 环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷加入高速混炼机，高速混合机设置温度110℃，混炼12min，取出后即为R1；

步骤b、将聚丙烯树脂、R1、聚乙烯蜡、成核剂、抗氧剂加入高速混合机中，搅拌3min取出；

步骤c、将步骤b制备的混合料在双螺杆挤出机中经过加热熔融、混炼、剪切、挤压，然后挤出造粒，后将挤出造粒得到的颗粒与含有微球发泡剂的发泡母粒在高速混炼机混炼5min，即得稻壳粉填充微发泡聚丙烯复合材料。

在上述方案的基础上，进一步地，所述挤出机料筒的温度为170℃～220℃。

本发明提供的稻壳粉填充微发泡聚丙烯复合材料，采用含有核壳结构的微球发泡母粒，与制备的壳粉填充聚丙烯颗粒料共混后注塑得到的产品有较好的外观，且产品内部有致密且均匀的膨胀的泡孔结构，相较于不含发泡母粒的产品能够减轻10～25％的重量。由于稻壳粉为低密度纤维，容易在混合过程中积聚到熔体表面，而导致容易表面摩擦力过大，进而使熔体流体中部的气体会不断的翻转到模腔表面，进而造成银纹和气痕的产生；而本发明采用γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷对稻壳粉进行改性，能够提高稻壳粉与基体树脂的附着力，使稻壳粉尽可能地保留在树脂内部；部分在熔体表面的稻壳粉也能与聚乙烯蜡结合，降低其与模腔表面的摩擦力，有效防止银纹和气痕的产生。另外该类微球发泡母粒的发泡原理决定了不会产生任何化学物质，能够放心的与食品接触，用于食品容器或器具等用途，具有重要的实际应用价值。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供如下表所示配方实施例：

表1

其中，实施例中1～3及对比例1、2中，涉及成核剂为粒径5μm的滑石粉，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇；实施例中1～3中发泡母粒为包含20％微球发泡剂，75％聚乙烯树脂，3％低分子无规聚丙烯蜡和2％四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇；对比例2 中为75％聚乙烯树脂和25％按照摩尔比为1:0.5的碳酸氢铵和偶氮二甲酰胺的混合发泡剂；所用的稻壳粉可以采用过100-120目筛得到。

按上表各实施例和对比例的重量份数称取相应的原料后，先将稻壳粉在100℃下烘干24小时，后将稻壳粉和γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷加入高速混炼机，高速混合机设置温度110℃，混炼12min，取出后即为 R1；

然后将聚丙烯树脂、R1、聚乙烯蜡、成核剂、抗氧剂加入高速混合机中，搅拌3min取出；

最后将步骤b制备的混合料在双螺杆挤出机中经过加热熔融、混炼、剪切、挤压，然后挤出造粒，后将挤出造粒得到的颗粒与含有微球发泡剂的发泡母粒在高速混炼机混炼5min,即得相应样品材料。

将上述实施例和对比例原料制备得到的注塑样品进行以下测试或实验，其中拉伸强度、弯曲强度及冲击强度分别按照标准ISO527、ISO178、ISO179 进行测试，另外净重为注塑制品的未发泡的制品重量与微发泡的制品重量之差，除以未发泡的制品重量得到的数值。

外观缺陷程度，主要观察注塑产品的外观气痕和银纹的数量和深浅；并进行评分，评判标准如下：

以10个人对样品的外观进行评价，并取平均值。

测试结果如下表所示：

表2

通过上表可以看出：本发明制备的稻壳粉填充微发泡聚丙烯复合材料的机械性能优异，且微发泡孔尺寸小且均匀，同时外观优异，无明显外观缺陷，且各组分之间相互配合，与现有的技术相比，具有显著进步。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种稻壳粉填充微发泡聚丙烯复合材料，其特征在于，包括以下重量份的原料组成：

所述发泡母粒包括微球发泡剂15％～58％，聚乙烯树脂40％～80％，无规聚丙烯蜡0.5％～3％，抗氧剂0.05％～2％。

2.根据权利要求1所述的稻壳粉填充微发泡聚丙烯复合材料，其特征在于：所述微球发泡剂包括采用热塑性丙烯酸类树脂制备的壳体和被所述壳体包覆的烷烃类气体。

3.根据权利要求1所述的稻壳粉填充微发泡聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯树脂是均聚类聚丙烯。

4.根据权利要求1所述的稻壳粉填充微发泡聚丙烯复合材料，其特征在于：所述成核剂为粒径1～5μm的滑石粉。

5.根据权利要求1所述的稻壳粉填充微发泡聚丙烯复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇。

6.一种根据权利要求1-5任一项所述稻壳粉填充微发泡聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤a、将稻壳粉在100℃下烘干24小时，后将稻壳粉和γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷加入高速混炼机，高速混合机设置温度110℃，混炼12min，取出后即为R1；

步骤b、将聚丙烯树脂、R1、聚乙烯蜡、成核剂、抗氧剂加入高速混合机中，搅拌3min取出；

步骤c、将步骤b制备的混合料在双螺杆挤出机中经过加热熔融、混炼、剪切、挤压，然后挤出造粒，后将挤出造粒得到的颗粒与含有微球发泡剂的发泡母粒在高速混炼机混炼5min，即得稻壳粉填充微发泡聚丙烯复合材料。

7.根据权利要求6所述稻壳粉填充微发泡聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述挤出机料筒的温度为170℃～220℃。