一种植物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植物纤维增强聚丙烯复合材料，该复合材料由以下重量份的原料制成：45～75份聚丙烯，20～50份植物纤维，0.1～1份有机过氧化物，1～12份衣康酸二缩水甘油酯，0.1～3份润滑剂及0.1～2份抗氧剂，其中植物纤维的平均长度为3～40mm。本发明专利技术采用来源于可再生资源的衣康酸二缩水甘油酯作为偶联剂，其在有机过氧化物的作用下能够在植物纤维和聚丙烯之间形成″桥梁″作用，显著提高两者之间的界面结合力。本发明专利技术制备的植物纤维增强聚丙烯复合材料具有强度高、韧性好、质量轻和成本低等优点，且制备工艺简单，生产效率高，易于工业化生产，具有广阔的发展前景。

【技术实现步骤摘要】
一种植物纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法
本专利技术涉及塑料改性与植物纤维综合利用领域，具体涉及一种植物纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
技术介绍
植物纤维具有质量轻、比强度大、成本低廉、储量丰富等众多优点。此外，它们均来自于可再生资源，能够在自然条件下降解而对环境没有任何危害。以植物纤维为填料，开发可降解的高性能植物纤维增强聚丙烯复合材料，不仅能够显著降低复合材料的生产成本，给企业带来极大的经济效益，而且能够缓解环境压力产生巨大的社会效益，是一种极具发展前途的″绿色、低碳、可循环″材料。在制备植物纤维增强聚丙烯复合材料时，由于植物纤维表面含有大量的羟基而表现出较强的亲水性，而聚丙烯是一种典型的疏水性聚合物，两者的相容性很差，使得植物纤维与聚丙烯基体之间界面结合力很弱，难以获得力学性能优异的复合材料。因此，改善植物纤维与聚丙烯基体之间的相容性，是制备高性能植物纤维增强聚丙烯复合材料的关键技术。公开号为CN104693606A的中国专利申请公开了植物纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法和在制备汽车部件中的应用。该专利采用小分子的植物油作为相容剂，然而，植物油为典型的疏水性油脂难以与亲水性的植物纤维产生很好的相互作用。此外，植物油的化学结构中并无反应性官能团，很容易从聚丙烯基体中渗出，影响材料的综合性能。公开号为CN102585358的中国专利申请公开了一种天然纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。该专利先用碱液对天然纤维进行处理，获得表面粗糙的天然纤维，然后用极性单体的接枝聚合物作为相容剂来提高天然纤维和聚丙烯之间的界面结合力。该技术虽然能够提高天然纤维增强聚丙烯复合材料的力学性能，但是极性单体的接枝聚合物与天然纤维及聚丙烯之间仅靠范德华力进行作用，很难获得高性能的复合材料。此外，天然纤维通过碱液处理后自身强度也会显著降低。公开号为CN102382374A的中国专利申请公开了一种纤维增强聚丙烯汽车内饰材料及其制备方法。该专利采用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)作为偶联剂来对植物纤维进行处理，在一定程度上提高了植物纤维增强聚丙烯的界面相容性，但是此类偶联剂的使用并没有考虑与聚丙烯基体的相关作用，力学性能的改善仍有较大空间。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种力学性能优异的植物纤维增强聚丙烯复合材料。一种植物纤维增强聚丙烯复合材料，由以下重量份的原料制成：其中，是一种来源于可再生资源的不饱和环氧化合物，其化学结构如式I：所述的衣康酸二缩水甘油酯兼具偶联剂和增韧剂的作用，不仅能够明显改善高植物纤维与聚丙烯的界面结合力，而且能够显著提高植物纤维增强聚丙烯复合材料的冲击强度。所述衣康酸二缩水甘油酯的用量直接影响植物纤维与聚丙烯的相容性及其复合材料的力学性能。若衣康酸二缩水甘油酯的用量过少，则无法充分地发挥其改善植物纤维和聚丙烯相容性的效果，而且也会影响复合材料的韧性，降低冲击强度；若其用量过多，则富余的游离衣康酸二缩水甘油酯则会以小液滴的形式分散在聚丙烯基体中，最终降低植物纤维增强聚丙烯复合材料的强度和模量。随着衣康酸二缩水甘油酯用量的变化，其它原料也有相适应的用量调整，作为优选，所述的一种植物纤维增强聚丙烯复合材料由以下重量份的原料制成：所述的聚丙烯为均聚聚丙烯或丙烯与乙烯的无规共聚物中的一种或两种组合。所述的聚丙烯的熔融指数为5～50g/10min，优选的20～50g/10min，选择熔融指数较高的聚丙烯树脂有利于植物纤维在基体树脂中的均匀分散。所述的植物纤维包括洋麻纤维、黄麻纤维、亚麻纤维、汉麻纤维、剑麻纤维、大麻纤维、苎麻纤维、棕榈纤维或椰壳纤维。植物纤维在本专利技术中类似于钢筋混凝土中的″钢筋″，在植物纤维增强聚丙烯复合材料中起到提高其强度和模量的作用。所述的植物纤维的平均长度为3～40mm。所述的有机过氧化物为过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物、过氧化十二酰、2-过氧化丁酮中的一种或几种的混合物。所述的润滑剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、聚四氟乙烯、硬脂酸丁酯、油酸酰胺、芥酸酰胺或硬脂酸酰胺中的一种或两种以上的混合物。此类润滑剂能够显著增强植物纤维增强聚丙烯复合材料的加工性能，特别是当植物纤维填充量较高时，尤其需要通过加入润滑剂来提高复合材料的熔体流动性。所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂按重量比1∶1复配而成。本专利技术还提供了上述植物纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括：采用高速混合机将聚丙烯、植物纤维、有机过氧化物、衣康酸二缩水甘油酯、润滑剂和抗氧剂进行均匀混合，然后使用双螺杆挤出机进行熔融共混挤出、拉条、冷却、造粒，获得植物纤维增强聚丙烯复合材料粒料。所述的双螺杆挤出机的螺杆长径比为30∶1～45∶1，熔融共混温度为170℃～200℃。本专利技术采用衣康酸二缩水甘油酯作为偶联剂来提高植物纤维增强聚丙烯复合材料的力学性能。一方面，衣康酸二缩水甘油酯中的环氧基团能够与植物纤维表面的羟基进行偶联反应；另一方面，其所含的不饱和双键在有机过氧化物产生自由基的作用下，与聚丙烯基体发生接枝反应形成共价键。因此，衣康酸二缩水甘油酯通过共价键在植物纤维和聚丙烯基体之间起到了很好的″桥梁″作用，可制备高性能的植物纤维增强聚丙烯复合材料。此外，衣康酸二缩水甘油酯还兼有增韧剂的功效，未与聚丙烯发生接枝反应的衣康酸二缩水甘油酯会偶联在植物纤维表面，形成一层柔性的界面相，在外力的作用下，植物纤维增强聚丙烯复合材料中的柔性界面相会吸收外界能量，从而大幅提高复合材料的韧性。所述的植物纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法中主要涉及化学反应的示意图如下：与现有的技术相比，本专利技术具有以下优点及有益成果：本专利技术采用一种来源于可再生资源的衣康酸二缩水甘油酯作为植物纤维与聚丙烯的偶联剂，该新型偶联剂在有机过氧化物的作用下能够通过分别于植物纤维和聚丙烯基体形成共价键而有效地提高两者之间的界面结合力，从而获得高性能的植物纤维增强聚丙烯复合材料。本专利技术采用双螺杆挤出机制备的植物纤维增强聚丙烯复合材料，生产工艺简单，生产效率高，易于工业化生产；且无须用碱液对植物纤维进行处理，对环境无任何污染。本专利技术制备的植物纤维增强聚丙烯复合材料具有强度高、韧性好、成本低、质量轻等众多优点，是一种″绿色、低碳、可循环″的新型复合材料，对可持续发展经济具有十分重要的意义。附图说明图1为本专利技术实施例2中30％黄麻增强聚丙烯复合材料的SEM照片。图2为本专利技术对比例1中30％黄麻增强聚丙烯复合材料的SEM照片。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术提供的一种植物纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法进行具体描述，但本专利技术并不限于这些实施例。该领域熟练技术人员根据上述
技术实现思路
对本专利技术在工艺上或者配方上做出的非本质改进和调整，仍然属于本专利技术的保护范围。实施例1按重量配方称取聚丙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种植物纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：/n

【技术特征摘要】
1.一种植物纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：



其中，衣康酸二缩水甘油酯的化学结构如式I：





2.根据权利要求1所述的植物纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：





3.根据权利要求1所述的植物纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的聚丙烯为均聚聚丙烯或丙烯与乙烯的无规共聚物中的一种或两种组合，所述的聚丙烯的熔融指数为5～50g/10min。


4.根据权利要求1所述的植物纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的植物纤维长度为3～40mm。


5.根据权利要求1所述的植物纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的有机过氧化物为过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物、过氧化十二酰、2-过氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨勇，贾海峰，徐扬，李其峰，王文霞，张士明，
申请(专利权)人：威海市泓淋电力技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37