一种植物纤维填充改性聚丙烯复合材料及其制备方法

文档序号：1563966 发布日期：2020-01-24 浏览：4次 >En<

阅读说明：本技术 一种植物纤维填充改性聚丙烯复合材料及其制备方法 (Plant fiber filled and modified polypropylene composite material and preparation method thereof ) 是由袁海兵郝建鑫邓爵安黄泽彬侯智谋刘帅吴磊郝源增任萍于 2019-10-25 设计创作，主要内容包括：本发明属于高分子材料改性领域,具体涉及一种植物纤维填充改性聚丙烯复合材料及其制备方法,通过将下述原料熔融共混挤出制得；所述原料组分为：无规共聚聚丙烯35～70％,低熔点聚丙烯5～20％,相容剂2～10％,植物纤维3～12％,滑石粉母粒10～25％,铝颜料0～1％,硅酮母粒0.5～4％,防霉剂0.1～2％,抗氧剂0～0.5％,润滑剂0～0.5％；所述无规共聚聚丙烯和低熔点聚丙烯总计55～75％；所述相容剂为乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐。本发明可以明显降低材料成型加工温度,避免植物纤维在高温下的烧焦、变色等现象,另外其良好的透明性可以凸显植物纤维和铝颜料的优良外观。(The invention belongs to the field of modification of high polymer materials, and particularly relates to a plant fiber filled and modified polypropylene composite material and a preparation method thereof, wherein the plant fiber filled and modified polypropylene composite material is prepared by melting, blending and extruding the following raw materials; the raw material components are as follows: 35-70% of random copolymer polypropylene, 5-20% of low-melting point polypropylene, 2-10% of compatilizer, 3-12% of plant fiber, 10-25% of talcum powder master batch, 0-1% of aluminum pigment, 0.5-4% of silicone master batch, 0.1-2% of mildew inhibitor, 0-0.5% of antioxidant and 0-0.5% of lubricant; the total amount of the random copolymer polypropylene and the low-melting point polypropylene is 55-75%; the compatilizer is ethylene-octene copolymer grafted maleic anhydride. The invention can obviously reduce the molding processing temperature of the material, avoid the phenomena of scorching, discoloration and the like of the plant fiber at high temperature, and can highlight the excellent appearances of the plant fiber and the aluminum pigment due to the good transparency of the plant fiber and the aluminum pigment.)

技术领域

本发明属于高分子材料改性领域，具体涉及一种植物纤维填充改性聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯(PP)材料是一种通用塑料，具有质轻、综合性能优异、耐化学溶剂等优良特点，在家电、汽车、电子电器等领域得到广泛应用。传统的PP复合材料通常是加入碳酸钙、滑石粉、玻璃纤维、碳纤维等无机矿物和化学纤维进行改性，由于石化资源的日趋短缺，人们在不断寻找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，天然植物纤维具有来源丰富、价格低廉、可再生、可降解等特点，是一种环境友好的绿色环保材料，利用天然植物纤维与PP树脂复合制备的植物纤维改性聚丙烯材料是一种新型的高分子复合材料，具有密度小、价格低、综合性能优良等特性，同时，植物纤维具有天然的气味，对人体无毒无害，可以有效减少塑料的气味给人体带来的不适感，另外，配合模具表面不同纹理结构可以制备特殊表面效果的改性塑料材料，可应用于汽车内外饰、家电、家居、餐具、建筑、装潢等领域。但是由于植物纤维性能不均一、易吸湿及与树脂基体相容性差等缺点，在PP复合材料中的应用受到限制，而且由于其耐温性较差，在加工成型过程中也存在诸多缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供一种植物纤维填充改性的聚丙烯材料，可用于生产汽车的门内板、立柱饰板、手套箱、餐具、小家电外壳等塑料零部件。制备的聚丙烯复合材料具有优异的表观性能、低气味、耐刮擦、易成型、防霉菌、均衡的物理力学性能等特点。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种植物纤维填充改性聚丙烯材料，通过将下述原料熔融共混挤出制得；按质量百分比计，所述原料组分为：

无规共聚聚丙烯:35～70％

低熔点聚丙烯:5～20％

相容剂：2～10％

植物纤维：3～12％

滑石粉母粒:10～25％

铝颜料：0～1％

硅酮母粒：0.5～4％

防霉剂：0.1～2％

抗氧剂：0～0.5％

润滑剂：0～0.5％；

所述无规共聚聚丙烯和低熔点聚丙烯总计55～75％；

所述相容剂为乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐。

优选地，所述无规共聚聚丙烯为40～55％，低熔点聚丙烯为10～15％。

优选地，所述无规共聚聚丙烯为各种粒状或粉状的聚丙烯，乙烯含量3～10％，熔体质量流动速率为10～60g/10min(测试条件：230℃,2.16KG)。

优选地，所述低熔点聚丙烯为颗粒状，熔点70～90℃，熔体质量流动速率为50～400g/10min(测试条件：230℃,2.16KG)。

优选地，所述低熔点聚丙烯为日本出光S90。

优选地，所述乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐的熔体质量流动速率为0.2～10g/10min(测试条件：230℃,2.16KG)，接枝率为0.3～2％。

优选地，所述滑石粉母粒的载体为聚丙烯，滑石粉的含量为70～90％。

优选地，所述铝颜料是指以聚乙烯蜡或以石脑油为载体的铝银条或铝银浆，其铝粉的粒径为10～50um。

优选地，所述植物纤维的粒径为0.6～5mm。

优选地，所述硅酮母粒的载体为聚丙烯，硅氧烷的含量为50～80％。

优选地，所述防霉剂包括2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮(OIT)、氧代双苯氧基砷(OBPA)、N-(三卤代基硫)邻苯二甲酰亚胺类、氯代异噻唑啉酮类防霉剂(DCOIT)、三氯苯氧基苯酚(TCPP)中的一种或至少两种。

优选地，所述抗氧剂包括四[甲基-β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰尿酸(抗氧剂3114)、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯(抗氧剂330)、1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮(抗氧剂1790)、亚磷酸三(壬基苯酯)(抗氧剂TNPP)、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯(抗氧剂168)和双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯(抗氧剂626)中的一种或至少两种。

优选地，所述的润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡和N,N'-乙撑双硬脂酰胺中的一种或至少两种。

优选地，所述植物纤维，包括麦秆、玉米秸秆、甘蔗渣、亚麻、黄麻、竺麻、艾草纤维、竹纤维、秸秆纤维、棕榈纤维等的一种或多种，粒径为1～4mm。

一种植物纤维填充改性聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：

(a)将上述配方中的无规共聚聚丙烯、低熔点聚丙烯、相容剂、植物纤维、滑石粉母粒、铝颜料、硅酮母粒、防霉剂、抗氧剂、润滑剂按照一定配比准确称量，然后高速搅拌5～8分钟；

(b)将搅拌均匀的上述物料加入到平行双螺杆挤出机的主喂料料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为(共12区)：150～200℃，150～200℃，150～200℃，160～230℃，160～230℃，170～210℃，170～210℃，170～210℃，170～220℃，180～200℃，180～220℃，190～230℃，主机的螺杆转速为800～1000r/min，主料斗进料螺杆的频率为20～45HZ，主机筒体上含有真空口，真空度500～600mmHg，进而将物料共混熔融挤出；

(c)上述经挤出机口模出来的粒条通过冷却、吹干，然后进行切粒，即可得到植物纤维填充改性的聚丙烯材料。

优选地，步骤(a)所述高速搅拌的转速为1000～3000rpm，步骤(b)所述平行双螺杆挤出机的长径比为48:1。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明采用无规共聚聚丙烯作为基体可以明显降低材料成型加工时的温度，避免植物纤维在高温下的烧焦、变色等现象，另外其良好的透明性可以凸显植物纤维和铝颜料的优良外观。

(2)本发明采用低熔点聚丙烯作为第二基体，一方面其低熔点特性可以降低材料加工时的温度，另一方面其具有较高的熔融流动性可以减少植物纤维外露，提高材料的表面光泽度。

(3)本发明采用植物纤维和铝颜料复配制备的聚丙烯复合材料具有特殊的表观效果，兼有金属灰的质感和木质纹理图案(见图1)，大大提升了材料作为外观件的使用效果。

(4)本发明采用的植物纤维具有独特的天然植物味型，可以赋予聚丙烯复合材料良好的气味，减少了原有的塑胶异味，可以明显提升材料的感官效果。

(5)本发明采用超大长径比、高转速、大扭矩的双螺杆挤出机进行熔融混炼，可以大大提高材料的混炼分散效果，提高材料的稳定性。

(6)本发明制备的植物纤维填充改性聚丙烯材料具有易加工、耐刮擦、低气味、优异的外观效果、防霉菌以及优异的物理力学性能等特点，可广泛应用于汽车内饰件、餐具、小家电外壳等领域。

附图说明

图1为本发明实施例1的植物纤维填充改性聚丙烯材料，经注塑成型后的样板照片。

图2为本发明实施例2的植物纤维填充改性聚丙烯材料，经注塑成型后的样板照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

本发明公开的一种植物纤维填充改性聚丙烯材料，主要是由以下组分按质量百分比所组成：无规共聚聚丙烯40～70％，低熔点聚丙烯5～15％，相容剂2～10％，植物纤维3～12％，滑石粉母粒10～25％，铝颜料0～1％，硅酮母粒0.5～4％，防霉剂0.1～2％，抗氧剂0～0.5％，润滑剂0～0.5％。

其中无规共聚聚丙烯作为材料的基本组分，其低熔点特性可有效降低材料的加工成型温度；低熔点聚丙烯作为材料的第二基体，可有效提升材料的加工流动性和表面光泽度；相容剂主要选用乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐，一方面可赋予材料良好的常温冲击性能和耐低温性能，另一方面可改善植物纤维和聚丙烯树脂的界面结合强度，提高材料的物理力学性能；植物纤维可以赋予材料独特的表观纹理，另一方面其特殊的天然味型可降低塑胶异味，提升消费者对材料的视觉和感官体验效果；滑石粉母粒主要是赋予材料良好的强度和刚性；铝颜料可以赋予材料良好的金属质感；硅酮母粒的作用是赋予材料良好的耐刮伤能力；防霉剂的作用是赋予材料良好的抗霉菌性能；抗氧剂的作用是防止材料在加工时的高温氧化降解，同时提高材料在使用过程中的抗氧化降解性能；润滑剂的作用是赋予材料良好的润滑性能，提高材料中填料的分散性能，降低材料与设备筒体之间的摩擦，提高材料的脱模性和外观光泽度。

实施例1

按以下质量百分比组成进行配比：

无规共聚聚丙烯40％(牌号：RP346R，中海壳牌石油化工有限公司)，低熔点聚丙烯15％(牌号：S901，日本出光株式会社)，相容剂10％(牌号：GR216，美国陶氏化学公司)，植物纤维3％(艾草纤维，自制：将晾晒干燥的艾草纤维粉碎至1～4mm)，滑石粉母粒25％(型号：BHTM-H1080，辽宁北海集团公司)，铝颜料0.5％(型号：SST880-30-E1，美国星铂联塑料工业公司)，硅酮母粒4％(型号：OV-226P，韩国DaWha科技公司)，防霉剂2％(型号：SB-1PR，美国陶氏化学公司)，抗氧剂1010:0.1％(型号：SONOX 1010，山东省临沂市三丰化工有限公司)，抗氧剂168：0.2％(型号：SONOX 168，山东省临沂市三丰化工有限公司)，润滑剂0.2％(硬脂酸钙BS-3818，中山华明泰化工股份有限公司)。

将上述物料称量完毕后加入到高速搅拌机(转速1100rpm)中搅拌5分钟。将搅拌均匀的上述物料加入到长径比为48:1的平行双螺杆挤出机的主喂料料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为(共12区)：160℃，170℃，170℃，180℃，190℃，180℃，180℃，190℃，190℃，180℃，190℃，200℃，主机的螺杆转速为800r/min，主料斗进料螺杆的频率为25HZ，主机筒体上含有两个真空口，真空度500mmHg，进而将物料共混熔融挤出。