一种改性天然纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性天然纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，该复合材料由聚丙烯75～84份、改性天然纤维15～20份、引发剂0.5～1份、腰果酚1～5份、抗氧剂0.2～0.4份、润滑剂0.5～1份、其他助剂0～2份制备而成。本发明专利技术通过对天然纤维的表面改性，在引发剂、腰果酚的作用下，明显改善天然纤维的疏水性，提升纤维与聚丙烯链段的界面结合力，有效提高聚丙烯的机械性能。本发明专利技术制备的改性天然纤维增强聚丙烯复合材料具有密度小、高冲击，高模量的优异性能，可推广在汽车门内饰板、行李舱饰件、座椅背板等制件上，在汽车领域具有广阔的前景。

【技术实现步骤摘要】
一种改性天然纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法
本专利技术涉及高分子材料
，具体为及一种改性天然纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着汽车工艺的快速发展，汽车数量迅速增长，消耗了大量的石化燃料，加重了环境的污染程度，环境恶化、资源缺乏等问题日益突出，节能、环保、安全、轻量化已成为汽车行业发展的主流趋势。统计显示，汽车自身重量每减少10％，就可以减少6～8％的燃油消耗。汽车轻量化已成为汽车工业发展的重要趋势之一，选用高性能轻质材料是一种有效的措施。高性能纤维增强聚丙烯复合材料，以其高比强度、高模量、低密度、耐腐蚀等特点，成为了汽车工业领域重点关注的轻量化材料。玻璃纤维增强复合材料是最常见的，应用范围最广的材料，但玻璃纤维的制备过程需要耗费大量资源，所得的复合材料难以做到可回收利用，严重污染生态环境，不符合绿色可支持发展的要求。麻纤维属于天然植物纤维的一种，来源广、成本低廉、具有可再生、可降解、环境友好、密度小等优点，制备的麻纤维复合材料具有密度低、可回收、良好的隔音性能以及优良的抗冲击性，主要应用于汽车内饰结构材料中，如车门内饰板、行李舱饰件、座椅背板等。然而，麻纤维表面含有大量的极性亲水基体，亲水性强、与聚丙烯非极性链段相容性差，降低了复合材料的性能，从而限制了麻纤维增强复合材料的应用，因此开发一种刚性大、强度高、密度小的植物纤维增强聚丙烯微发泡材料已成为汽车轻量化技术中迫切的需求，正好顺应了汽车的发展趋势，在汽车上具有广阔的发展前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决天然植物纤维表面含极性基团，亲水性强，与非极性聚丙烯相容性差，在基体中难以分散、影响纤维复合材料的综合性能等问题，提供一种改性天然纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种改性天然纤维增强聚丙烯复合材料，由以下组分按照重量份数制备而成：所述改性天然纤维是长麻纤维经偶联剂表面改性所得，制备方法如下：称取90～96份长麻纤维加入丙酮中，室温浸润10～30min，加4～10份偶联剂，搅拌均匀后浸泡24～48h，丙酮洗涤3～5次，产物50～80℃真空干燥24～48h，得到改性天然纤维。进一步方案，所述聚丙烯为均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯中至少一种。所述的长麻纤维是3～7支双股纱线编织而成长麻纱，如用4支双股纱线编织而成长麻纱；所述的偶联剂为3-异氰酸酯基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷中至少一种。优选的，所述的腰果酚固含量为99.25％～99.45％。所述引发剂为过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈中至少一种。所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、硫代硫酸酯类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；所述所述受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1010，所述硫代硫酸酯类抗氧剂为抗氧剂DLTP，所述亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168。所述润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌中的至少一种。所述其他助剂为紫外光吸收剂、表面光亮剂、光稳定剂、抗静电剂、着色剂中的至少一种。本专利技术的另一个目的在于提供一种上述改性天然纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)称取90～96份长麻纤维加入丙酮中，室温浸润10～30min，加4～10份偶联剂，搅拌均匀后浸泡24～48h，丙酮洗涤3～5次，产物50～80℃真空干燥24～48h，得到改性天然纤维；(2)将聚丙烯75～84份、引发剂0.5～1份、腰果酚1～5份、抗氧剂0.2～0.4份、润滑剂0.5～1份、其他助剂0～2份在高速混合机混合10min，投入同向双螺杆挤出机的主喂料中，同时称取15～20份步骤(1)制备的改性长麻纤维通过玻纤口加入，熔融挤出造粒，制得低密度高模量聚丙烯长麻纤维复合材料；其中挤出机的挤出温度为170～190℃，螺杆转速为350～400r/min，真空度为-0.06～-0.08MPa。本专利技术的有益效果：腰果酚是由腰果壳加工提炼精制的天然化合物，属于酚类衍生物，其结构特点是为苯酚的间位上带有15个碳原子不饱和长侧碳链，易与聚合物发生加成和聚合反应，从而能对聚合物进行化学改性，此外酚羟基带有一定的活性。长麻纤维表面含有丰富的羟基，表面极性高，与聚丙烯相容性差。采用异氰酸酯型偶联剂对其表面改性，纤维素表面的羟基与硅醇之间发生化学反应，在麻纤维表面缩聚成模，形成有机基团朝向外面的结构形态，从而使植物纤维由亲水性变为疏水性，同时表面还带有活性的异氰酸酯基团，为进一步反应做好准备。本专利技术的材料在加工过程中引发剂热分解生成初级自由基，引发聚丙烯的叔碳原子形成自由基，也引发腰果酚的侧链双键形成腰果酚自由基，自由基相互碰撞，腰果酚的长链烷基接枝到聚丙烯链段上，另一端的酚羟基与长麻纤维表面接枝的异氰酸酯基团发生，从而树脂基体能有效包覆长麻纤维，增加了树脂与纤维的界面结合力，有效提升材料的机械强度。本专利技术制备的改性天然纤维增强聚丙烯复合材料在模量与短切玻璃纤维增强聚丙烯相当的情况下，密度可低至0.98g/cm3，具有密度小、高冲击，高模量，可以广泛应用在汽车门内饰板、行李舱饰件、座椅背板等，可以替代玻璃纤维增强聚丙烯类材料，在汽车领域具有广阔的前景。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将结合具体的实施例对本专利技术进行更全面的描述。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。以下实施例和对比例中所采用的试剂均为市售产品。试剂的型号以及供应商如下：嵌段共聚聚丙烯选用扬子石化的K9015、无规共聚聚丙烯选用燕山石化的K4220、均聚聚丙烯为燕山石化的K1215，上述试剂只是为了说明本专利技术实验时所采用的试剂来源和成分，以便充分公开，并不表示采用其他同类试剂或其他供应商提供的试剂就不能实现本专利技术。实施例1本实施例中的改性天然纤维增强聚丙烯复合材料是由下列原料按照重量份组成：具体制备方法包括以下步骤：(1)称取96份长麻纤维加入丙酮中，室温浸润30min，缓慢加4份3-异氰酸酯基丙基甲基二甲氧基硅烷，搅拌均匀后浸泡24h，丙酮洗涤3次，产物50℃真空干燥24h，得到改性长麻纤维；(2)将84份均聚聚丙烯、0.5份过氧化二苯甲酰、1份腰果酚、0.2份抗氧剂1010、0.5份硬脂酸钙，在高速混合机混合10min，投入同向双螺杆挤出机的主喂料中，同时称取15份步骤(1)制备的改性长麻纤维通过玻纤口加入，熔融挤出造粒，制得聚丙烯复合材料；其中挤出机的挤出温度为170℃，螺杆转速为350r/min，真空度为-0.06MPa。实施例2本实施例中的改性天然纤维增强聚丙烯复合材料是由下列原料按照重量份组成：具体制备方法包括以下步骤：(1)称取90份长麻纤维加入丙酮中，室温浸润10min，缓慢加10份3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷，搅拌均匀后浸泡48h，丙酮洗涤5次，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性天然纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，由以下组分按照重量份数制备而成：/n

【技术特征摘要】
20181217 CN 20181154526921.一种改性天然纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，由以下组分按照重量份数制备而成：



所述改性天然纤维是长麻纤维经偶联剂表面改性所得，制备方法如下：称取90～96份长麻纤维加入丙酮中，室温浸润10～30min，加4～10份偶联剂，搅拌均匀后浸泡24～48h，丙酮洗涤3～5次，产物50～80℃真空干燥24～48h，得到改性天然纤维。


2.如权利要求1所述的改性天然纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯为均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯中至少一种。


3.如权利要求1所述的改性天然纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的长麻纤维是3～7支双股纱线编织而成长麻纱，所述的偶联剂为3-异氰酸酯基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷中至少一种。


4.如权利要求1所述的改性天然纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的腰果酚固含量为99.25％～99.45％。


5.如权利要求1所述的改性天然纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述引发剂为过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈中至少一种。


6.如权利要求1所述的改性天然纤维增强聚丙烯复合材料，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁有朝，王雷，余莉花，任东方，吴摞，李荣群，
申请(专利权)人：会通新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34