專利名稱：一種天然植物纖維素增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料的制備方法，尤其是涉及一種天然植物纖維素增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
天然植物纖維素是一種非常豐富的可再生的高分子材料，這種材料生長和存在于地球上的綠色植物中。由于植物的再生速度很快(1011 IO12噸/年)，天然植物纖維素對于我們的地球來說是一種取之不盡、用之不竭的資源。天然植物纖維素的開發(fā)利用是非常重要的，特別是在石油資源開始逐步枯竭的時期，天然植物纖維素資源有可能代替石油成為現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的基本原料之一。天然植物纖維素在高分子科學(xué)的建立、發(fā)展和工業(yè)應(yīng)用方面都將起到了重要的作用。熱塑性塑料指具有加熱軟化、冷卻硬化特性的塑料。加熱時變軟以至流動，冷卻變硬，這種過程是可逆的，可以反復(fù)進(jìn)行。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛，聚碳酸酪，聚酰胺、丙烯酸類塑料、其它聚烯烴及其共聚物、聚砜、聚苯醚，氯化聚醚等都是熱塑性塑料。熱塑性塑料成型過程中由于還存在結(jié)晶化形起的體積變化，內(nèi)應(yīng)力強(qiáng)，凍結(jié)在塑件內(nèi)的殘余應(yīng)力大，分子取向性強(qiáng)等因素，因此與熱固性塑料相比則收縮率較大，收縮率范圍寬、方向性明顯，另外成型后的收縮、退火或調(diào)濕處理后的收縮率一般也都比熱固性塑料大。近年來，通過在熱塑性塑料添加許多無機(jī)填料如滑石粉、玻纖等來克服上述成型及性能弱點(diǎn)，制備了很多性能優(yōu)異工程塑料。但采用天然植物纖維素作為填料的并不多。本發(fā)明正是在這樣的背景下，采用側(cè)加料雙螺桿擠出工藝制出高含量天然植物纖維素的天然植物纖維增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合材料，力學(xué)性能研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料具有一定沖擊強(qiáng)度的同時，拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、表面硬度、熱變形溫度等均比純熱塑性塑料基體顯著提尚。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種力學(xué)性能增強(qiáng)的天然植物纖維素增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)—種天然植物纖維素增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)天然植物纖維素的預(yù)處理稱取天然植物纖維素置于烘箱中85°C烘干M小時；(2)熔融共混稱取熱塑性塑料、界面相容劑及抗氧劑置于高速混料機(jī)中，在適當(dāng)溫度高速熔融共混lOmin，得到共混料；(3)擠出造粒采用長徑比為35的雙螺桿擠出機(jī)，將預(yù)先烘干的天然植物纖維素自側(cè)喂料口加入雙螺桿擠出機(jī)，共混料自主喂料口加入雙螺桿擠出機(jī)，天然植物纖維素與共混料的重量比為(0.5 2. 4) 1，調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)臄D出速率、熔融溫度、熔融停留時間，在雙螺桿擠出機(jī)中熔融擠出，然后經(jīng)風(fēng)冷切粒得到天然植物纖維增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合材料的粒料，即為產(chǎn)品。所述的天然植物纖維素包括針闊混合材、蔗渣、天然植物蘆葦或棉為原料制備的纖維素、棉短絨微晶纖維素或者纖維素改性物及其衍生醚。所述的纖維素改性物及其衍生醚包括乙基纖維素或羥丙基纖維素。所述的共混料中界面相容劑的含量為2 5wt%，抗氧劑的含量為1 2wt%0。所述的熱塑性塑料為丙烯酸類塑料，或者聚烯烴及其共聚物。所述的丙烯酸類塑料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酪或聚酰胺，所述聚烯烴及其共聚物包括聚砜、聚苯醚或氯化聚醚。所述的界面相容劑為馬來酸酐接枝物，根據(jù)熱塑性塑料種類進(jìn)行選擇，熱塑性塑料為聚丙烯時界面相容劑為馬來酸酐接枝聚丙烯，熱塑性塑料為聚乙烯時界面相容劑為馬來酸酐接枝聚乙烯。所述的抗氧劑為羥基芳香族化合物和亞磷酸酯類化合物的混合物，所述的羥基芳香族化合物為抗氧劑1010，所述的亞磷酸酯類化合物為抗氧劑168，抗氧劑1010與抗氧劑 168的重量比為1 (1 2)。所述的高速混料機(jī)的轉(zhuǎn)速為170rpm，溫度為熱塑性塑料的軟化溫度。所述的雙螺桿擠出機(jī)的擠出溫度視熱塑性塑料的熔點(diǎn)而定，雙螺桿擠出機(jī)的一、 二區(qū)溫度要低于熱塑性塑料熔點(diǎn)5 20°C，三、四、五、六區(qū)高于熱塑性塑料熔點(diǎn)5 20°C， 雙螺桿擠出機(jī)的擠出速率為135rpm，熔融停留時間為^iin。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用側(cè)加料雙螺桿擠出工藝，天然植物纖維素為增強(qiáng)相制備的天然植物纖維增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合材料，復(fù)合材料具有一定沖擊強(qiáng)度的同時，抗拉強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量及熱變形溫度均比純熱塑性塑料顯著提高。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例1微晶纖維素/聚乙烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟(1)微晶纖維素的預(yù)處理稱取500克的棉短絨微晶纖維素置于烘箱中85°C烘干 24小時。(2)熔融共混稱取500克聚乙烯、40克界面相容劑(PE_g)、4克抗氧劑168及2 克抗氧劑1010 —齊放入高速混料機(jī)，加熱至140°c高速熔融共混lOmin。(3)擠出造粒采用長徑比為35的雙螺桿擠出機(jī)，將微晶纖維素采用側(cè)加料方式加入，調(diào)節(jié)主加料和側(cè)加料速率使微晶纖維素和熔融的基體均勻混合，擠出速率為135rpm， 熔融溫度160°C，熔融停留時間aiiin擠出，風(fēng)冷切粒。(4)注塑樣條注塑壓力40bar，溫度165°C，保壓40min得美標(biāo)測試樣條，共注塑 10組樣條備用。實(shí)施例2微晶纖維素/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟
(1)微晶纖維素的預(yù)處理稱取600克的棉短絨微晶纖維素置于烘箱中85°C烘干 24小時。(2)熔融共混稱取400克聚乙烯、40克界面相容劑(PE_g)、4克抗氧劑168及2 克抗氧劑1010 —齊放入高速混料機(jī)，加熱至140°c高速熔融共混lOmin。(3)擠出造粒采用長徑比為35的雙螺桿擠出機(jī)，將微晶纖維素采用側(cè)加料方式加入，調(diào)節(jié)主加料和側(cè)加料速率使微晶纖維素和熔融的基體均勻混合，擠出速率為135rpm， 熔融溫度160°C，熔融停留時間aiiin擠出，風(fēng)冷切粒。(4)注塑樣條注塑壓力40bar，溫度165°C，保壓40min得美標(biāo)測試樣條，共注塑 10組樣條備用。實(shí)施例3微晶纖維素/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟(1)微晶纖維素的預(yù)處理稱取700克的棉短絨微晶纖維素置于烘箱中85°C烘干 24小時。(2)熔融共混稱取300克聚丙烯、40克界面相容劑(PE_g)、4克抗氧劑168及2 克抗氧劑1010 —齊放入高速混料機(jī)，加熱至140°c高速熔融共混lOmin。(3)擠出造粒采用長徑比為35的雙螺桿擠出機(jī)，將微晶纖維素采用側(cè)加料方式加入，調(diào)節(jié)主加料和側(cè)加料速率使微晶纖維素和熔融的基體均勻混合，擠出速率為135rpm， 熔融溫度160°C，熔融停留時間aiiin擠出，風(fēng)冷切粒。(4)注塑樣條注塑壓力40bar，溫度165°C，保壓40min得美標(biāo)測試樣條，共注塑 10組樣條備用。實(shí)施例1、2、3制備工藝相同，不同之處是微晶纖維素含量不同，微晶纖維素含量分別為 50wt %、60wt %、70wt %。對比例1采用基體純聚丙烯注塑10組美標(biāo)樣條，做力學(xué)性能測試與實(shí)施例1、2、3進(jìn)行比較。對比例與實(shí)施例1、2、3力學(xué)性能見表1。實(shí)施例4微晶纖維素/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟(1)微晶纖維素的預(yù)處理稱取500克的棉短絨微晶纖維素置于烘箱中85°C烘干 24小時。(2)熔融共混稱取500克聚丙烯、30克界面相容劑(PP_g)、2克抗氧劑168及1 克抗氧劑1010 —齊放入高速混料機(jī)，加熱至160°c高速熔融共混10mm。(3)擠出造粒采用長徑比為35的雙螺桿擠出機(jī)，將微晶纖維素采用側(cè)加料方式加入，調(diào)節(jié)主加料和側(cè)加料速率保持一致，擠出速率為135rpm，熔融溫度190°C，熔融停留時間aiiin擠出，風(fēng)冷切粒。(4)注塑樣條注塑壓力40bar，溫度190°C，保壓40min得美標(biāo)測試樣條，共注塑 10組樣條備用。實(shí)施例5微晶纖維素/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟(1)微晶纖維素的預(yù)處理稱取600克的棉短絨微晶纖維素置于烘箱中85°C烘干24小時。(2)熔融共混稱取400克聚丙烯、30克界面相容劑(PP_g)、2克抗氧劑168及1 克抗氧劑1010 —齊放入高速混料機(jī)，加熱至160°c高速熔融共混lOmin。(3)擠出造粒采用長徑比為35的雙螺桿擠出機(jī)，將微晶纖維素采用側(cè)加料方式加入，調(diào)節(jié)主加料和側(cè)加料速率保持一致，擠出速率為135rpm，熔融溫度190°C，熔融停留時間aiiin擠出，風(fēng)冷切粒。(4)注塑樣條注塑壓力40bar，溫度190°C，保壓40min得美標(biāo)測試樣條，共注塑 10組樣條備用。實(shí)施例6微晶纖維素/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟(1)微晶纖維素的預(yù)處理稱取700克的棉短絨微晶纖維素置于烘箱中85°C烘干 24小時。(2)熔融共混稱取300克聚丙烯、30克界面相容劑(PP_g)、2克抗氧劑168及1 克抗氧劑1010 —齊放入高速混料機(jī)，加熱至160°c高速熔融共混lOmin。(3)擠出造粒采用長徑比為35的雙螺桿擠出機(jī)，將微晶纖維素采用側(cè)加料方式加入，調(diào)節(jié)主加料和側(cè)加料速率保持一致，擠出速率為135rpm，熔融溫度190°C，熔融停留時間aiiin擠出，風(fēng)冷切粒。(4)注塑樣條注塑壓力40bar，溫度190°C，保壓40min得美標(biāo)測試樣條，共注塑 10組樣條備用。對比例2采用基體純聚丙烯注塑10組美標(biāo)樣條，做力學(xué)性能測試與實(shí)施例4、5、6進(jìn)行比較。結(jié)果見表2。表1對比例與實(shí)施例1、2、3力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.一種天然植物纖維素增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)天然植物纖維素的預(yù)處理稱取天然植物纖維素置于烘箱中85°c烘干M小時；(2)熔融共混稱取熱塑性塑料、界面相容劑及抗氧劑置于高速混料機(jī)中，在適當(dāng)溫度高速熔融共混lOmin，得到共混料；(3)擠出造粒采用長徑比為35的雙螺桿擠出機(jī)，將預(yù)先烘干的天然植物纖維素自側(cè)喂料口加入雙螺桿擠出機(jī)，共混料自主喂料口加入雙螺桿擠出機(jī)，天然植物纖維素與共混料的重量比為(0.5 2. 4) 1，調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)臄D出速率、熔融溫度、熔融停留時間，在雙螺桿擠出機(jī)中熔融擠出，然后經(jīng)風(fēng)冷切粒得到天然植物纖維增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合材料的粒料， 即為產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天然植物纖維素增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于，所述的天然植物纖維素包括針闊混合材、蔗渣、天然植物蘆葦或棉為原料制備的纖維素、棉短絨微晶纖維素或者纖維素改性物及其衍生醚。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種天然植物纖維素增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于，所述的纖維素改性物及其衍生醚包括乙基纖維素或羥丙基纖維素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天然植物纖維素增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于，所述的共混料中界面相容劑的含量為2 5wt%，抗氧劑的含量為1 2wt%0。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天然植物纖維素增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于，所述的熱塑性塑料為丙烯酸類塑料，或者聚烯烴及其共聚物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種天然植物纖維素增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于，所述的丙烯酸類塑料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酪或聚酰胺，所述聚烯烴及其共聚物包括聚砜、聚苯醚或氯化聚醚。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天然植物纖維素增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于，所述的界面相容劑為馬來酸酐接枝物，根據(jù)熱塑性塑料種類進(jìn)行選擇，熱塑性塑料為聚丙烯時界面相容劑為馬來酸酐接枝聚丙烯，熱塑性塑料為聚乙烯時界面相容劑為馬來酸酐接枝聚乙烯。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天然植物纖維素增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于，所述的抗氧劑為羥基芳香族化合物和亞磷酸酯類化合物的混合物，所述的羥基芳香族化合物為抗氧劑1010，所述的亞磷酸酯類化合物為抗氧劑168，抗氧劑1010與抗氧劑168的重量比為1 (1 2)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天然植物纖維素增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于，所述的高速混料機(jī)的轉(zhuǎn)速為170rpm，溫度為熱塑性塑料的軟化溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天然植物纖維素增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的雙螺桿擠出機(jī)的擠出溫度視熱塑性塑料的熔點(diǎn)而定，雙螺桿擠出機(jī)的一、二區(qū)溫度要低于熱塑性塑料熔點(diǎn)5 20°C，三、四、五、六區(qū)高于熱塑性塑料熔點(diǎn)5 20°C，雙螺桿擠出機(jī)的擠出速率為135rpm，熔融停留時間為^iin。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種天然植物纖維素增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合材料的制備方法，利用各種天然植物纖維素和各種熱塑性塑料為主要原料，側(cè)加料、雙螺桿擠出工藝制備出天然植物纖維素分布均勻且含量較高的復(fù)合材料，其中天然植物纖維素含量高達(dá)70％。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用側(cè)加料方式雙螺桿擠出工藝，天然植物纖維素作為增強(qiáng)相制備天然植物纖維增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合材料，復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量及熱變形溫度均比純熱塑性塑料基體顯著提高。
文檔編號C08L1/02GK102558613SQ201010609378
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者李宏林 申請人:上海杰事杰新材料(集團(tuán))股份有限公司