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


[0001]本专利技术属于高分子材料改性
，特别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

[0002]由于石化资源的日趋短缺，人们在不断寻找新能源
、
新材料以替代煤炭和石油化工产品，以缓解或解决能源与资源危机
。
玻璃纤维和碳纤维复合材料在给人类生活带来方便的同时，又给人类带来了资源短缺
、
回收利用及环境影响等新的问题
。
利用生物质可再生资源开发环境友好绿色复合材料成为当前世界各国关注和研究的热点之一
。
[0003]天然植物纤维自然界最丰富的天然高分子材料之一，自然界中每年生长的纤维素总量多达千亿吨，远远超过了地球上现有的石油总储量
。
天然植物纤维种类包括亚麻
、
黄麻
、
竹纤维
、
椰纤维
、
秸秆等，可以为聚丙烯复合材料提供广泛的原料来源，相对于改性聚丙烯复合材料使用的无机粉体
、
碳纤维和玻璃纤维等原料，天然植物纤维具有来源丰富
、
价格低廉
、
可再生
、
可降解
、
质量轻等优点，植物纤维增强聚丙烯复合材料是利用天然可再生植物纤维与聚丙烯基体复合而成的一种新型复合材料，与不同种类的植物纤维共混改性，可以制备不同外观效果
、
不同性能规格的复合材料，为了解决资源短缺问题
、
发挥低碳环保的优势，国内外均在积极推广植物纤维材料，可以应用于汽车零件
、
家电
、
日用消费品
。
充分利用天然植物纤维的潜力，发挥其独特的功能和特性，开发新的应用领域，具有非常广阔的工业化价值
。
[0004]天然植物纤维的化学成分十分复杂，其组分大多是相对分子质量较大的聚合物，主要包括纤维素
、
半纤维素和木质素及树脂
、
脂肪
、
蜡
、
淀粉
、
果胶
、
色素等，这些聚合物含有大量的羟基和酚羟基，具有极强的极性和亲水性，而聚丙烯为非极性，具有疏水性
。
这就导致纤维和聚丙烯基体的界面润湿性差，黏结力小，从而影响机械性能
。
为了提高纤维与塑料基体之间的相容性，必须对其进行改性
。
改性的方法有三种：第一种方法是对木质纤维原料的改性，目的是降低极性，增加材料表面的粗糙度，包括热处理法
、
蒸汽爆破处理
、
碱处理法
、
酯化或醚化
、
接枝改性
、
表面物理加工等；第二种方法是对塑料基体的改性，目的是提高塑料基体的极性，包括化学改性
、
光化学改性
、
力化学改性
、
辐射改性等；第三种方法是共混过程中添加合适的偶联剂
(
或称相容剂
)。
其中添加偶联剂是目前共混改性过程中应用最多的一种改性方法
。
目前制备天然植物纤维增强聚丙烯复合材料的研究，主要围绕材料的力学性能的提升
、
植物纤维尺寸对材料性能的影响较多
。
[0005]Akhalil
等研究了不同尺寸的填充物对
PP/
木粉复合材料吸水性和力学性能的影响
。
研究结果表明，添加木粉后复合材料的力学强度比纯
PP
的低
。
复合材料中木粉添加尺寸为
100
μ
m
时比
212
μ
m
和
300
μ
m
时拉伸性能好
。
[0006]M.Naushad
等采用熔融混合技术制备了剑麻增强
PP
生物复合材料，添加相容剂
MAPP
制备的生物复合材料在拉伸强度和弯曲强度方面有显著提高
。
生物复合材料的冲击断裂形态揭示了剑麻纤维
、MAPP
和
PP
基体的界面粘结性更好
。
[0007]洪钧等用硅烷偶联剂
KH550
对苎麻纤维进行改性处理，研究了偶联剂处理浓度及苎麻用量对聚丙烯
/
苎麻增强复合材料力学性能的影响
。
结果表明：随着苎麻纤维用量的增加，复合材料的拉伸强度和弯曲强度都随之提高，其中经偶联剂处理复合材料的力学性能提高幅度较大；偶联剂处理浓度为1％时，材料的拉伸强度最高
。SEM
观察发现：未经处理的苎麻纤维表面较光滑，而经偶联剂处理的苎麻纤维表面较粗糙，并黏附了聚丙烯基体，说明偶联剂的添加改善了复合体系的界面相容性，界面结合力提高
。
[0008]植物纤维来源于自然，主要成分为纤维素，纤维素的气味属性非常鲜明，比如黄麻
、
麦秸秆
、
松木等在制备复合材料经过高温加工剪切过程中会均匀分散在
PP
基料中，导致改性后的复合材料可以持续散发出较大的填充纤维的气味，无法满足汽车内饰等低散发性零件的应用需求
。
[0009]同时，由于植物纤维在熔体流动过程中，会随着流动方向发生取向行为，使复合材料表现出各向异性的特点，导致复合材料的横纵向收缩比差异较大，制备零件时会发生翘曲变形的行为，尤其是尺寸较大的零件，会给成型过程造成非常大的困扰和挑战
。
[0010]另外，因纤维素分子链中含有大量的羟基等活性基团，从而使得天然植物纤维表现出较强的极性和亲水性，经过前处理的植物纤维和聚丙烯改性制备的复合材料仍然具备很强的吸湿性，常规的包装和仓储放置一周时间后复合材料已无法满足使用需求
。

技术实现思路

[0011]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种植物纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，以克服现有技术中植物纤维改性聚丙烯材料气味大
、
翘曲高
、
吸湿性强的缺陷
。
[0012]本专利技术提供一种植物纤维增强聚丙烯复合材料，所述植物纤维增强聚丙烯复合材料组分按照重量份数包括：
[0013][0014][0015]优选地，所述植物纤维增强聚丙烯复合材料组分按照重量份数包括：
[0016][0017]优选地，所述聚丙烯在
230℃、2.16kg
条件下的熔融指数为
20
‑
110g/10min
，更优选地，所述聚丙烯在
230℃、2.16kg
条件下的熔融指数为
25
‑
100g/10min。
该熔融指数的测试标准为
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【技术保护点】

【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，所述植物纤维增强聚丙烯复合材料组分按照重量份数包括：
2.
根据权利要求1所述植物纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述植物纤维增强聚丙烯复合材料组分按照重量份数包括：
3.
根据权利要求1所述植物纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯在
230℃、2.16kg
条件下的熔融指数为
20
‑
110g/10min
，优选聚丙烯在
230℃、2.16kg
条件下的熔融指数为
25
‑
100g/10min。4.
根据权利要求1所述植物纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述植物纤维包括黄麻
、
剑麻
、
竹纤维中的一种或几种；凹凸棒土中有效成分水合镁铝硅酸盐重量分数为
88
‑
99.9
％，优选凹凸棒土中有效成分水合镁铝硅酸盐重量分数为
95
‑
99.7
％；凹凸棒土比表面积为
146
‑
185
㎡
/g
，优选凹凸棒土比表面积为
150
‑
180
㎡
/g。5.
根据权利要求1所述植物纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述铝钛复合偶联剂包括钛酸酯类和铝酸酯类复配；所述钛酸酯类包括单烷氧基脂肪酸钛酸酯
、
三异硬脂酸钛酸异丙酯<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张引龙，陈桂吉，刘乐文，程文超，赵鹏伟，谢正瑞，王海霞，李志平，
申请(专利权)人：上海金发科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：