一种接枝聚合物及含有这种接枝聚合物的木塑材料及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种接枝聚合物及含有这种接枝聚合物的木塑材料及制备方法，首先将聚烯烃树脂在有机硅烷存在的条件下接枝获得一种接枝聚合物，然后以该种接枝聚合物作为全部或部分基料，在催化剂存在的条件下与木粉填料共混挤出塑化成型制成木塑材料。利用该技术可使得所填充木粉的水份含量要求较为宽松，并且无需特定的专用挤出成型设备，所制成的材料性能优异，具有木材和塑料的双重特性，可以替代纯木的包装物、货物托盘以及建材、管材等，同时又具有塑料的耐腐蚀、不吸水、可回收利用等性能，产品完全阻燃，是一种新型的环保材料。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别是指将热塑性树脂接枝改性后添加植物纤维粉末，经配比、混合、挤出塑化成型，得到的一种兼有木材和塑料的双重特性复合材料。目前面市的各种木塑制品中，其制备工艺一般可分为两种其一是通过粘合剂，采用模压成型工艺制得产品，目前市场上销售的各种餐饮具和托盘大都采用这种工艺，如CN1066382C，US4883719，FR2355627A，JP62152802A中涉及的；其二采用与普通塑料填充改性相同的制作工艺，即将植物纤维粉末作为填料，在增容剂和其他加工助剂的作用下与聚烯烃树脂如聚丙烯、聚乙烯等互混，再通过挤出成型得到产品。其中，后一种工艺由于木粉填料容易吸水，极性也很强的特性使得其与塑料的相容性很差，加工技术要求较高，对木塑材料的加工成型设备有一定的特殊要求，是目前木塑材料制备的一个难点。现在，一般从加工设备和配方两方面着手进行改进。对加工设备的改进一方面，自然干燥的木粉填料其含水量较高，直接使用往往引起制品起泡、烧焦、甚至在机筒内爆炸，另一方面，即便是经过充分干燥处理的木粉填料，由于其热降解温度与成型加工温度极其接近，在加工中也会因部分分解产生气体。因此，木粉的干燥温度、时间和生产效率以及加工设备良好的排气装置都是主要的成型工艺难点，目前所用的解决方法是使用特殊的干燥设备或特定的生产木塑的专用挤出机。如US6,280,667中所提到的用两种加料口设备的方法，第一个加料口用作添加木粉填料用，其作用是除去木粉中水份，第二个加料口添加热塑性树脂。CN1296881A中公开了一种真空加热式计量加料装置，也是在生产流程中完成脱除水分的工序，且又进行了二级干燥处理。这些装置的核心都是要除去木粉填料中水份，但由于对设备改进后会存在设备不通用及改进效果的不确定，故生产中难以实施。对配方的改进一是偶联剂法，利用脂肪酸、硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂处理木粉以改善木粉填料与塑料的相容性，其原理是偶联剂的极性基团与木粉反应，而利用其非极性基团与塑料的良好亲和性来改进本粉与塑料的相容性，如US5,981,631和US5,866,641中涉及的用含有不少于16个碳原子的的脂肪酸对木粉填料进行预处理，然后再与热塑性树脂共混，US4820749中提到将硅烷偶联剂先接枝到木粉纤维的分子链上，以提高与树脂材料的键合力。这些方法虽然取得了一定的效果，但由于偶联剂与塑料间只能以弱键相联故材料性能较差，而且这种方法需要多一道生产工序，花费也较大；另一种是增容剂法，利用马来酸酐接枝的聚烯烃树脂作增容剂以改善相容性，由于增容剂中含有羧基，能够与木粉中的羟基发生酯化反应，从而降低木粉的吸潮性和极性，以提高与塑料的相容性。但是，这种做法的增容剂需要依据最终产品的基料来选择增容剂基料，使产品的通用性受限，且提前制备增容剂也使生产流程变长。此外，配方改进后对木粉的要求尤其是含水量的要求十分严格(通常小于5％)，需要额外添加大量的干燥设备，且生产过程也只能是间歇式，无法形成连续生产。JP57192466公开了一种制备技术，是将不饱和硅烷在引发剂过氧化物的作用下接枝到聚烯烃树脂上，然后再与木粉填料共混，由于这种改性的树脂上的硅烷偶联剂不能与木粉纤维有效地键合，会影响所得的材料性能。本专利技术的目的是通过下述方式实现的首先将聚烯烃树脂在有机硅烷存在的条件下接枝获得一种接枝聚合物，然后以该种接枝聚合物作为全部或部分基料，在催化剂存在的条件下与木粉填料共混挤出塑化成型制成木塑材料。(1)接枝聚合物，接枝聚合物具有以下特征聚烯烃分子链上带有活性侧基-Si-Y，这里的Y为可水解的有机基团如甲氧基、乙氧基等；熔融指数在0.25～20g/10min之间。具体接枝聚合物配方可以如下原料配比(重量份)聚烯烃树脂100有机硅烷 0.5～7引发剂0.01～1该配方中所述聚烯烃树脂未特别限制，可以为常用的工业生产的热塑性树脂，如聚乙烯、聚丙烯、乙烯和α-烯烃的共聚物(其中α-烯烃可为C3～C12的α-烯烃)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)或其回收废料；该配方中的有机硅烷特指含有不饱和基的有机硅烷，其化学式为RR`SiY2，其中R为一价烯属不饱和烃基，Y为可水解的有机基团，R`为饱和一价烃基或与Y相同的基团。优先使用的是R`与Y相同的一类，其化学式为RSiY3如乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅、烯丙基三甲氧基硅烷和烯丙基三乙氧基硅烷等。该配方中引发剂为有强烈的聚合引发作用的各种有机过氧化物和过酸酯，如叔丁基过氧化氢、过氧化二叔丁基、过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、叔丁基异丙苯基过氧化物、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧化)己烷、过氧化苯甲酸叔丁酯和过氧化-2-乙基己酸叔丁酯等。优先使用有机过氧化物。由本配方所得到接枝聚合物具有以下特征其分子链上有一定数量的活性侧基-Si-Y，这里的Y为可水解的有机基团如甲氧基、乙氧基等；熔融指数在0.25～20g/10min之间。接枝聚合物的制备工艺为将各原料组份按配方比例混合均匀，然后在挤出机中挤出成条，切粒即得。挤出温度一般为140℃～210℃。(2)一种含有上述接枝聚合物的木塑材料，主要组成包括有接枝聚合物、木质纤维填充物、催化剂、体系稳定剂，其中木质纤维填充物可以是各种木材的粉末以及农作物的秸秆粉和果壳粉，催化剂为能起硅烷醇缩合催化作用的化合物，体系稳定剂为受阻酚类抗氧剂。(3)木塑材料的制备方法是以(1)中接枝聚合物作为全部或部分基料，其在基料中的重量百分比为30～100％，在催化剂存在的条件下与木质纤维填充物在温度150℃～200℃下共混挤出塑化成型。本专利技术中推荐的最佳制备木塑材料的主要组成原料配方如下(以基料和木质纤维填充物总和为100重量份计)原料配比(重量份)基料 30～90木质纤维填充物10～70催化剂0.01～0.5体系稳定剂0.05～1.0本配方中还可加入0.1～10重量份的其他助剂。本专利技术中的基料为部分或全部前面所述的接枝聚合物，这种聚合物的特征是分子链上有一定数量的活性侧基-Si-Y，这里的Y为可水解的有机基团如甲氧基、乙氧基等；熔融指数在0.25～20g/10min之间；另一部分则可以是其它聚烯烃树脂。本专利技术中所用的木质纤维填充物为各种木材的粉末以及农作物的秸秆粉和果壳粉等，这些填料粒径在20～40目之间，无需特殊的干燥工艺，自热干燥条件下即可应用。本专利技术中所提到的木质纤维填充物无需特殊的干燥工艺，是因为在本专利技术的工艺过程中，需要一定的水份，在加工过程中使得基料中的-Si-Y基团水解为硅醇(-Si-OH)基团。本专利技术中的催化剂为能起硅烷醇缩合催化作用的化合物，这些化合物为金属羧酸盐如二月桂酸二丁基锡、亚锡醋酸盐、辛酸亚锡、环烷酸钴、辛酸锌、环烷酸铅，也可是有机钛酸酯化合物如四丁基钛酸酯、双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯，也可使用CN1048858A中提到的由二烃基氧化锡和羧酸盐在加工过程中反应而得到。优先使用的催化剂为二羧酸二烃基锡，其通式为R2Sn(OOR`)2，R和R`可以相同或不同，R、R`基可含有1～20个碳原子，如二月桂酸二丁基锡、二醋酸酸二正丁基锡、二辛酸二正丁基锡等。本专利技术中的催化剂，其作用为一种硅烷醇缩合催化剂，在这种催化剂的作用下，在加工过程中，基料中的-Si-Y与木粉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种接枝聚合物，为聚烯烃树脂在有机硅烷存在的条件下接枝获得一种接枝聚合物，接枝聚合物具有以下特征：聚烯烃分子链上带有活性侧基－Ｓｉ－Ｙ，这里的Ｙ为可水解的有机基团；熔融指数在０．２５～２０ｇ／１０ｍｉｎ之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王保东，朱博超，王德平，赵晓东，竺栋荣，张长军，宫国平，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]