CN102838816B - 高分子纤维复合新材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高分子纤维复合新材料，按重量份计，它由下述组分制成：植物纤维填料40～100份；塑料基材60～100份；热稳定剂3.5～5份；增塑剂1～2份；润滑剂1.6～2份；改性剂4～8份；相容剂1～3份；偶联剂2～3份；超分散剂1～5份；阳离子表面活性剂1～4份；发泡剂1～1.8份；发泡助剂1～5份；抗氧剂0.3～1.2份；交联剂1～10份；成核剂1～20份；降粘剂0.8～1份；增粘剂0.8～1份；其它助剂3.2～13.4份。本发明所述的复合新材料不易发生湿胀和干缩，膨胀率及吸水性率低，因而所得制品具有较好的稳定性。

Description

高分子纤维复合新材料

技术领域

本发明涉及以生物质来源的高分子材料及制品领域，具体涉及一种高分子纤维复合新材料。

背景技术

高分子纤维复合新材料是将植物纤维(包括木屑、剑麻粉、甘蔗渣、竹屑、麻杆、果壳等)与塑料进行共混挤出得到的一类复合材料，被广泛应用于民用建筑装饰、车船、国防等行业领域。这类材料具有较好的加工性，同时具有有抗腐蚀、美观、大方等特点，但其不足之处是力学性能欠佳，但可以通过对植物纤维及塑料进行表面改性、添加不同的助剂来改善。公开号为CN101921491A的发明专利，公开了一种木塑复合材料，按重量份数计，包括木粉100份，废塑料20～80份，废橡胶5～50份，高熔指热塑性树脂10～60份，表面活性剂1～12份，润滑剂2～8份，交联剂0.1～4份，抗氧剂0.1～4份，加工助剂0.05～1.5份；其中，所述木粉目数在10至325目，高熔指热塑性树脂的熔体流动速度在20g/10min以上，交联剂为过氧化物。该发明通过加入高熔指热塑性树脂、表面活性剂来改善复合物中木粉的分散性、流动性以及与塑胶的相容性，通过加入废橡胶以提高材料的力学性能(如拉伸强度、变曲强度、冲击强度等)。但橡胶基本上都是来源于石油，属易燃品，如果在建筑装饰材料上使用，存在安全隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高分子纤维复合新材料，该材料具有较好的力学性能和较低的膨胀率。

本发明所述的高分子纤维复合新材料，按重量份计，它由下述组分制成：

植物纤维填料40～100份；        塑料基材60～100份；

热稳定剂3.5～5份；             增塑剂1～2份；

润滑剂1.6～2份；               改性剂4～8份；

相容剂1～3份；                 偶联剂2～3份；

超分散剂1～5份；               阳离子表面活性剂1～4份；

发泡剂1～1.8份；               发泡助剂1～5份；

抗氧剂0.3～1.2份；             交联剂1～10份；

成核剂1～20份；                降粘剂0.8～1份；

增粘剂0.8～1份；               其它助剂3.2～13.4份；

其中，

所述的热稳定剂为有机锡稳定剂、钙锌稳定剂或铅盐复合稳定剂；

所述的改性剂为ACR-401、乙烯-醋酸乙烯共聚物或氯化聚乙烯；

所述的阳离子表面活性剂为季铵盐型阳离子表面活性剂；

所述的发泡剂为碳酸氢钠与偶氮二甲酰胺或偶氮二异丁晴任意配比的组合；

所述的成核剂为选自碳酸钙晶须、纳米活性轻质碳酸钙、滑石粉、二氧化钛和硬脂酸钙中的一种或任意两种以上的组合；

所述的其它助剂按重量份计，其组成为氢氧化钠0.5～3份、尿素1～5份、多聚甲醛1～3份、甲酸0.2～1.2份和三聚氰胺0.5～1.2份。

上述高分子纤维复合新材料中各组分的重量份优选为：

植物纤维填料50～100份；        塑料基材60～80份；

热稳定剂4～5份；               增塑剂1～2份；

润滑剂1.8～2份；               改性剂5～7.5份；

相容剂1.5～3份；               偶联剂2～3份；

超分散剂2～4份；               阳离子表面活性剂1～2份；

发泡剂1.2～1.6份；             发泡助剂2～5份；

抗氧剂0.5～1份；               交联剂1～5份；

成核剂5～13份；                降粘剂0.8～0.9份；

增粘剂0.8～0.9份；             其它助剂4.7～6.7份。

上述技术方案中：

所述的植物纤维填料可以是木(竹)本材料如锯末、刨花、木屑、椰壳、竹屑或竹绒等进行粉碎后得到的细颗粒；也可以是草本材料如剑麻下脚料、木屑、果壳、麻杆、花生壳、板栗壳、甘蔗渣等进行粉碎后得到的细颗粒；还可以是上述选择中的任意两种以上的组合，此时它们之间的配比可以是任意配比。所述植物纤维填料的粒度通常控制在80～200目。

所述的塑料基材可以是热塑性塑料，如聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、尼龙(PA)、聚苯乙烯(PS)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)等；也可以是热固性塑料，如胺基树脂、酚醛树脂或环氧树脂等；还可以是上述选择中的任意两种以上的组合，此时它们之间的配比可以是任意配比。所述的塑料基材可以是新料或回收料，其粒度通常控制在20～100目。

所述的增塑剂为选自邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯和环氧大豆油中的一种或两种以上的组合；当增塑剂为上述任意两种以上的组合时，它们之间的配比可以是任意配比。

所述的润滑剂为选自硬脂酸、硬脂酸铅、硬脂酸钡、硬脂酸锌、石蜡、聚乙烯蜡和氧化聚乙烯腊中的一种或任意两种以上的组合；当润滑剂为上述任意两种以上的组合时，它们之间的配比可以是任意配比。

所述改性剂中的ACR-401是丙稀酸脂类高分子共聚物，具体可以采用淄博华星助剂有限公司、淄博海化化工有限公司、上虞市临江化工有限公司等公司生产的。

所述的相容剂为聚乙烯内酯、马来酸酐、丙烯酸或聚甲基丙酸甲脂。

所述的偶联剂为选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种或任意两种以上的组合。其中硅烷偶联剂可以是r-氨基丙基三乙氧硅烷(KH550)、r-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)、三氟丙基三甲氧基硅烷(TF3)或十七氟癸基三甲氧基硅烷(TF17)；钛酸酯偶联剂可以是钛酸酯偶联剂NDZ-102、钛酸酯偶联剂NDZ-201、钛酸酯偶联剂NDZ-210、钛酸酯偶联剂NDZ-331或钛酸酯偶联剂NDZ-401；铝酸酯偶联剂可以是铝酸酯偶联剂DL-441-A、铝酸酯偶联剂DL-481或铝酸酯偶联剂DL-427。当偶联剂的选择为上述任意两种以上的组合时，它们之间的配比可以是任意配比。

所述的超分散剂又名超级分散剂，具体可以是牌号为NBZ-3、DA-50、WH-1或PD-5超分散剂（国家超细粉末工程研究中心、上海华明超细新材料有限公司和华东理工大学技术化学物理研究所共同研制）；也可以是CH系列超分散剂（上海三正高分子材料有限公司）；优选使用超支化分散剂（桂林理工大学研制并生产）。

所述的阳离子表面活性剂为季铵盐型阳离子表面活性剂，具体可以是烷基三甲基铵盐、二烷基二甲基铵盐或者是烷基二甲基苄基铵盐等。其中所述的烷基二甲基苄基铵盐通常是指月桂基硫酸烷基二甲基苄基铵或月桂基硫酸二癸基二甲基铵。

所述的发泡助剂具体可以是为发泡调节剂ZB530(山东华星塑料助剂生产)。

所述的抗氧剂可以是2，6-二叔丁基对甲酚或者是四[甲基-β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯。

所述的交联剂可以是过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯或过氧化苯甲酸叔丁酯。

成核剂的加入也可进一步提高产品的力学性能，当成核剂的选择为碳酸钙晶须、纳米活性轻质碳酸钙、滑石粉、二氧化钛和硬脂酸钙中的任意两种以上的组合时，它们之间的配比可以是任意配比。

所述加工助剂中的多聚甲醛的聚合度为小于8，优选聚合度为2～8的多聚甲醛，具体可以是低聚合度多聚甲醛(甲醛含量为77%～93%的甲二醇缩聚物)，为固体粉末状(山东寿光市旭东化工有限公司生产)。

所述的降粘剂为降粘剂LJ-950。

所述的增粘剂为聚苯乙烯树脂、单月桂酸酯聚氧乙烯化合物或环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物。

本发明所述高分子纤维复合新材料的制备方法为：

将植物纤维填料置于高速混合机中，加入其它助剂混合搅拌3～6min(此时料温达到100℃～120℃)，打开高速混合机上的料斗盖，让植物纤维填料中所含的水份散发，待物料温度降至45～55℃时，再加入超分散剂和阳离子表面活性剂，混合搅拌1～2min，待物料温度降至55～65℃时，加入塑料基材和热稳定剂，混合搅拌1～2min；待物料温度降至65～75℃时，加入润滑剂、改性剂、相容剂、偶联剂、抗氧剂、交联剂、降粘剂和增粘剂混合搅拌2～4min，待物料温度降至75～85℃时加入增塑剂混合搅拌2～3min，待物料温度降至85～95℃时加入发泡剂和发泡助剂混合搅拌2～3min，待物料温度降至95～105℃时加入成核剂，混合搅拌至物料温度达到120℃时停止高速混合，将物料排出，所得预混物料送入单螺杆或双螺杆造粒机进行造粒(加工温度为140～170℃)；最后将粒料送入单螺杆或双螺杆挤出机(加工温度为150～175℃)挤出各种高分子纤维复合新材料制品坯材，再经水冷定型、牵引、切割、下料，得到成品。

本发明所述高分子纤维复合新材料选用特殊配比的其它助剂对植物纤维填料进行改性，再通过超分散剂、阳离子表面活性剂与改性后的植物纤维填料表面上的极性基团发生锚锢作用，以降低植物纤维填料的表面极性，一方面，有利于植物纤维填料与塑料基材共混，解决两者界面间的相容性问题；另一方面，可提高植物纤维填料与塑料基材之间的亲和能力，形成密实的网状结构，使植物纤维填料在复合材料中的分散更均匀，流动性更好，从而能够很好地传递填料与树脂之间的应力，进而大大提高产品的力学性能。同时，由于超分散剂的加入，使改性后的植物纤维填料中的极性羟基被相关助剂中的取代基所取代或被塑料基材所包覆，从而使所制得的复合材料不易发生湿胀和干缩，膨胀率及吸水性率低，因而所得制品具有较好的稳定性；而阳离子表面活性剂的加入还使得挤出制品的表面更光滑、更美观，且具有更好的抗腐蚀性。

具体实施方式

下面以具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。

以下各实施例均采用下述方法进行加工：

将植物纤维填料置于高速混合机中，加入其它助剂混合搅拌5min，然后打开高速混合机上的料斗盖，让植物纤维填料中所含的水份散发，待物料温度降至50℃时，加入超分散剂和阳离子表面活性剂，混合搅拌2min，待物料温度降至60℃时，加入塑料基材和热稳定剂，混合搅拌2min；待物料温度降至70℃时，加入润滑剂、改性剂、相容剂、偶联剂、抗氧剂、交联剂、降粘剂和增粘剂混合搅拌3min，待物料温度降至80℃时加入增塑剂混合搅拌3min，待物料温度降至90℃时加入发泡剂和发泡助剂混合搅拌3min，待物料温度降至100℃时加入成核剂，混合搅拌至物料温度达到120℃时停止高速混合，将物料排出，所得预混物料送入单螺杆或双螺杆造粒机进行造粒(加工温度为140～170℃)；最后将粒料送入单螺杆或双螺杆挤出机(加工温度为150～175℃)挤出各种高分子纤维复合新材料制品坯材，再经水冷定型、牵引、切割、下料，得到成品。

实施例1

根据下述表1中实施例1的配方称取各组分，按上述方法制成板材。

实施例2

根据下述表1中实施例2的配方称取各组分，按上述方法制成板材。

实施例3

根据下述表1中实施例3的配方称取各组分，按上述方法制成板材。

实施例4

根据下述表1中实施例4的配方称取各组分，按上述方法制成板材。

实施例5

根据下述表1中实施例5的配方称取各组分，按上述方法制成板材。

实施例6

根据下述表1中实施例6的配方称取各组分，按上述方法制成板材。

表1：

对根据实施例1～6制得的板材进行熔融指数、弯曲强度、拉伸强度、抗冲击强度、吸水率进行测试，结果如下述表2所示：

表2：

Claims (8)

1.高分子纤维复合新材料，其特征在于：按重量份计，它由下述组分制成：

其中，

所述的热稳定剂为有机锡稳定剂、钙锌稳定剂或铅盐复合稳定剂；

所述的改性剂为ACR-401、乙烯-醋酸乙烯共聚物或氯化聚乙烯；

所述的阳离子表面活性剂为季铵盐型阳离子表面活性剂；

所述的发泡剂为碳酸氢钠与偶氮二甲酰胺或偶氮二异丁腈的组合；

所述的交联剂过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯或过氧化苯甲酸叔丁酯；

所述的成核剂为选自碳酸钙晶须、纳米活性轻质碳酸钙、滑石粉、二氧化钛和硬脂酸钙中的一种或任意两种以上的组合；

所述的其它助剂按重量份计，其组成为氢氧化钠0.5～3份、尿素1～5份、多聚甲醛1～3份、甲酸0.2～1.2份和三聚氰胺0.5～1.2份。

2.根据权利要求1所述的高分子纤维复合新材料，其特征在于：各组分的重量份为：

3.据权利要求1或2所述的高分子纤维复合新材料，其特征在于：所述的增塑剂为选自邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯和环氧大豆油中的一种或两种以上的组合。

4.据权利要求1或2所述的高分子纤维复合新材料，其特征在于：所述的润滑剂为选自硬脂酸、硬脂酸铅、硬脂酸钡、硬脂酸锌、石蜡、聚乙烯蜡和氧化聚乙烯腊中的一种或任意两种以上的组合。

5.据权利要求1或2所述的高分子纤维复合新材料，其特征在于：所述的相容剂为马来酸酐或丙烯酸。

6.据权利要求1或2所述的高分子纤维复合新材料，其特征在于：所述的偶联剂为选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种或任意两种以上的组合。

7.据权利要求1或2所述的高分子纤维复合新材料，其特征在于：所述的降粘剂为降粘剂LJ-950。

8.根据权利要求1或2所述的高分子纤维复合新材料，其特征在于：所述的增粘剂为聚苯乙烯树脂、单月桂酸酯聚氧乙烯化合物或环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物。