專利名稱：一種改性高密度聚乙烯復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高密度聚乙烯復合材料及其制備方法，尤其是涉及一種改性高密度聚乙烯復合材料及其制備方法。
背景技術：
高分子材料的開發(fā)利用給人類帶來極大便利的同時，也給人類帶來很多負面影響，如目前大量使用的塑料包裝袋，由于在自然界中難以降解，形成了嚴重的“白色污染”， 因此，開發(fā)一種可生物降解的包裝材料來取代部分塑料袋，對于人類生存和發(fā)展至關重要。淀粉和植物纖維均是天然高分子材料，它們在自然環(huán)境下能由微生物作用而分解為無毒的(X)2和H2O,即具有生物降解性，且原料豐富、價格低廉，已經(jīng)被廣泛應用于生物降解材料的研究。但是淀粉分子鏈含有大量羥基，容易在分子鏈內(nèi)和分子鏈外形成氫鍵，因此難溶，難熔，并且耐水性差，一遇水或長期存放在潮濕環(huán)境中，容易吸收水分，導致穩(wěn)定性下降。植物纖維的加入能在一定程度上提高材料的強度，有利于提高材料生物降解性能，但其耐水性也有限，長期存放在潮濕環(huán)境中，容易吸濕，導致機械強度下降，影響包裝的質(zhì)量和效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是，克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種耐水性、尺寸穩(wěn)定性及力學性能好，制造成本低，可生物降解的改性高密度聚乙烯(HDPE)復合材料及其制備方法。本發(fā)明解決所述技術問題所采用的技術方案是
本發(fā)明之改性高密度聚乙烯復合材料由以下重量份數(shù)的原料制成木薯淀粉20 - 50 份、針葉木纖維10 - 30份、高密度聚乙烯(HDPE) 10 一 50份、無機填料5 — 15份、增塑劑 5 — 25 份；
優(yōu)選的重量配比為木薯淀粉20份、針葉木纖維10份、高密度聚乙烯(HDPE) 50份、無機填料5份、增塑劑15份； 所述增塑劑優(yōu)選甘油； 所述無機填料優(yōu)選硫酸鈣。本發(fā)明之改性高密度聚乙烯復合材料的制備方法，包括以下步驟
(1)針葉木纖維的處理
將針葉木纖維經(jīng)粉碎后過60 - 100目(優(yōu)選80目)篩，在重量百分比為5% - 15% (優(yōu)選10%)的氯化鋰/ 二甲基甲酰胺(LiCl/DMAC)的溶液中浸泡10 — 35min (優(yōu)選30min)， 浸泡溫度為25°C — 350C (優(yōu)選30°C)；
(2)將木薯淀粉改性為陽離子木薯淀粉
在堿催化劑存在下，將木薯淀粉與N-(2，3-環(huán)氧丙基)三甲銨鹽醚化反應35 45min (優(yōu)選40min)，制得陽離子木薯淀粉，將其重量的一半加入50 80°C (優(yōu)選60°C)的熱水糊化40 65min (優(yōu)選60min)，熱水重量為淀粉重量的20 40% (優(yōu)選30%)，待用； 所述堿催化劑為PH值8-11 (優(yōu)選10)的氫氧化鈉溶液；
(3)將增塑劑、經(jīng)步驟(2)糊化的陽離子木薯淀粉、經(jīng)步驟(1)處理的針葉木纖維，加入高速混合機中，混合10 25min (優(yōu)選20min)，再加入無機填料、高密度聚乙烯、步驟(2)剩余未糊化的陽離子木薯淀粉，混合8 20min (優(yōu)選IOmin)；
(4)將步驟(3)所得混合物通過雙螺桿擠出機擠出造粒，機頭溫度為100- 150°C (優(yōu)選 140 °C)，螺桿轉(zhuǎn)速為 100 — 120r/min (優(yōu)選 110 r/min)。本發(fā)明之改性高密度聚乙烯復合材料，所采用的高密度聚乙烯在高溫下熔融加工性能佳，具有良好的力學穩(wěn)定性，因此可以作為粘合劑和增強劑，有效促進植物纖維與淀粉之間的均勻混合和粘結(jié)，提高材料的力學性能、耐水性和尺寸穩(wěn)定性。優(yōu)選的無機填料硫酸鈣價格便宜，化學性質(zhì)不活潑，具有耐化學藥品性和電絕緣性，一方面可以調(diào)節(jié)材料的穩(wěn)定性、剛性和硬度，提高材料的力學性能和耐熱性，另一方面，可提高材料的耐水性和外觀白度，并大大地降低成本；植物纖維和淀粉可生物降解，資源豐富，價格低廉；優(yōu)選的增塑劑甘油是小分子物質(zhì)，其具有高滲透性，容易進入淀粉等大分子內(nèi)，甘油上大量的羥基可以與淀粉中的羥基形成氫鍵，從而破壞淀粉分子間和分子內(nèi)的氫鍵，起到增塑的作用。本發(fā)明之改性高密度聚乙烯復合材料，既可生物降解，又具有良好的耐水性、尺寸穩(wěn)定性及良好的力學性能，制造成本低，可生物降解，特別適于制作包裝產(chǎn)品。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。實施例1
本實施例原料重量配比木薯淀粉4千克、針葉木纖維2千克、高密度聚乙烯(HDPE) 10千克、無機填料硫酸鈣1千克、增塑劑甘油3千克。制備方法
(1)針葉木纖維的處理
將針葉木纖維經(jīng)粉碎后過80目篩，在重量百分比為10%的1千克的氯化鋰/ 二甲基甲酰胺(LiCl/DMAC)的溶液(即1千克氯化鋰的二甲基甲酰胺溶液中，氯化鋰與二甲基甲酰胺的重量比為1 10)中浸泡30min，浸泡溫度為30°C ；
(2)將木薯淀粉改性為陽離子木薯淀粉
在PH值為8的氫氧化鈉的IOOml溶液下，將木薯淀粉與N-(2，3-環(huán)氧丙基)三甲銨鹽醚化反應40min，制得陽離子木薯淀粉，將其重量的一半加入60°C的0. 6千克的熱水糊化 60min，，待用；
(3)將增塑劑甘油、經(jīng)步驟(2)糊化的陽離子木薯淀粉、經(jīng)步驟(1)處理的針葉木纖維， 加入高速混合機中，混合20min，再加入無機填料硫酸鈣、高密度聚乙烯、步驟(2)剩余未糊化的陽離子木薯淀粉，混合IOmin ；
(4)將步驟(3)所得混合物通過雙螺桿擠出機擠出造粒，機頭溫度為140°C，螺桿轉(zhuǎn)速 110r/mino本實施例產(chǎn)品性能檢測，拉伸強度按GB/T12914 — 2008規(guī)定方法進行，沖擊強度按GB/T1843-89規(guī)定方法進行，材料降解性能的評價采用土埋生物降解實驗(本生物降解實驗采用比較簡單的室內(nèi)土埋法，環(huán)境溫度18 士 5°C，所用土壤為普通戶外土壤，降解實驗開始后每隔10天加一定量的水，保持潮濕。間隔30天后，取出試樣，沖洗掉表面泥土并放于50°C烘箱中烘干M小時，然后計算失重率)，其實驗結(jié)果如表1。實施例2
本實施例原料重量配比木薯淀粉6千克、針葉木纖維2千克、高密度聚乙烯(HDPE) 9 千克、無機填料硫酸鈣1千克、增塑劑甘油4千克。制備方法
(1)針葉木纖維的處理
將針葉木纖維經(jīng)粉碎后過90目篩，在重量百分比為10%的1千克的氯化鋰/ 二甲基甲酰胺(LiCl/DMAC)的溶液(即1千克氯化鋰的二甲基甲酰胺溶液中，氯化鋰與二甲基甲酰胺的重量比為1 10)中浸泡30min，浸泡溫度為30°C ；
(2)將木薯淀粉改性為陽離子木薯淀粉
在PH值為9的氫氧化鈉的150ml溶液下，將木薯淀粉與N-(2，3-環(huán)氧丙基)三甲銨鹽醚化反應40min，制得陽離子木薯淀粉，將其重量的一半加入60°C的0. 9千克的熱水糊化 60min，待用；
(3)將增塑劑甘油、經(jīng)步驟(2)糊化的陽離子木薯淀粉、經(jīng)步驟(1)處理的針葉木纖維， 加入高速混合機中，混合20min，再加入無機填料硫酸鈣、高密度聚乙烯、步驟(2 )剩余未糊化的陽離子木薯淀粉，混合IOmin ；
(4)將步驟(3)所得混合物通過雙螺桿擠出機擠出造粒，機頭溫度為145°C，螺桿轉(zhuǎn)速 120r/mino本實施例產(chǎn)品性能檢測，拉伸強度按GB/T12914 — 2008規(guī)定方法進行，沖擊強度按GB/T1843-89規(guī)定方法進行，材料降解性能的評價采用土埋生物降解實驗(本生物降解實驗采用比較簡單的室內(nèi)土埋法，環(huán)境溫度18 士 5°C，所用土壤為普通戶外土壤，降解實驗開始后每隔10天加一定量的水，保持潮濕。間隔30天后，取出試樣，沖洗掉表面泥土并放于50°C烘箱中烘干M小時，然后計算失重率)，其實驗結(jié)果如表1。實施例3
本實施例原料重量配比木薯淀粉8千克、針葉木纖維2千克、高密度聚乙烯(HDPE) 4 千克、無機填料硫酸鈣1千克、增塑劑甘油1千克。制備方法
(1)針葉木纖維的處理
將針葉木纖維經(jīng)粉碎后過100目篩，在重量百分比為10%的1千克的氯化鋰/ 二甲基甲酰胺(LiCl/DMAC)的溶液(即1千克氯化鋰的二甲基甲酰胺溶液中，氯化鋰與二甲基甲酰胺的重量比為1 10)中浸泡25min，浸泡溫度為30°C ；
(2)將木薯淀粉改性為陽離子木薯淀粉
在PH值為11的氫氧化鈉的200ml溶液下，將木薯淀粉與N-(2，3-環(huán)氧丙基)三甲銨鹽醚化反應40min，制得陽離子木薯淀粉，將其重量的一半加入60°C的1. 2千克的熱水糊化 60min，待用；
(3)將增塑劑甘油、經(jīng)步驟(2)糊化的陽離子木薯淀粉、經(jīng)步驟(1)處理的針葉木纖維， 加入高速混合機中，混合20min，再加入無機填料硫酸鈣、高密度聚乙烯、步驟(2)剩余未糊化的陽離子木薯淀粉，混合IOmin ；
(4)將步驟(3)所得混合物通過雙螺桿擠出機擠出造粒，機頭溫度為120°C，螺桿轉(zhuǎn)速 100r/mino本實施例產(chǎn)品性能檢測，拉伸強度按GB/T12914 — 2008規(guī)定方法進行，沖擊強度按GB/T1843-89規(guī)定方法進行，材料降解性能的評價采用土埋生物降解實驗(本生物降解實驗采用比較簡單的室內(nèi)土埋法，環(huán)境溫度18 士 5°C，所用土壤為普通戶外土壤，降解實驗開始后每隔10天加一定量的水，保持潮濕。間隔30天后，取出試樣，沖洗掉表面泥土并放于50°C烘箱中烘干M小時，然后計算失重率)，其實驗結(jié)果如表1。表1實施例1 一 3產(chǎn)品性能檢測結(jié)果比較
拉伸強度Iffa沖擊強度(MPa/m2)失重率％實施例119. 135. 138. 5實施例217. 834. 342. 6實施例314. 533. 251. 8HDPE13. 432. 5幾乎無變化
權(quán)利要求
1.一種改性高密度聚乙烯復合材料，其特征在于，由以下重量份數(shù)的原料制成木薯淀粉20 - 50份、針葉木纖維10 - 30份、高密度聚乙烯10 - 50份、無機填料5 — 15份、 增塑劑5 — 25份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性高密度聚乙烯復合材料，其特征在于，由以下重量份數(shù)的原料制成木薯淀粉20份、針葉木纖維10份、高密度聚乙烯50份、無機填料5份、增塑劑 15份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改性高密度聚乙烯復合材料，其特征在于，所述增塑劑為甘油。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改性高密度聚乙烯復合材料，其特征在于，所述無機填料是硫酸鈣。
5.一種如權(quán)利要求1或2所述的改性高密度聚乙烯復合材料的制備方法，其特征在于， 包括以下步驟(1)針葉木纖維的處理將針葉木纖維經(jīng)粉碎后過60 - 100目篩，在重量百分比為5% - 15%的氯化鋰/ 二甲基甲酰胺的溶液中浸泡10 - 35min，浸泡溫度為25°C — 35°C ；(2)將木薯淀粉改性為陽離子木薯淀粉在堿催化劑存在下，將木薯淀粉與N-(2，3-環(huán)氧丙基)三甲銨鹽醚化反應35 45min， 制得陽離子木薯淀粉，將其重量的一半加入50 80°C的熱水糊化40 65min，熱水重量為淀粉重量的20 40%，待用；所述堿催化劑為PH值8-11的氫氧化鈉溶液；(3)將增塑劑、經(jīng)步驟(2)糊化的陽離子木薯淀粉、經(jīng)步驟(1)處理的針葉木纖維，加入高速混合機中，混合10 25min，再加入無機填料、高密度聚乙烯、步驟(2)剩余未糊化的陽離子木薯淀粉，混合8 20min ；(4)將步驟(3)所得混合物通過雙螺桿擠出機擠出造粒，機頭溫度為100 150°C，螺桿轉(zhuǎn)速為100 120r/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的改性高密度聚乙烯復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)針葉木纖維的處理將針葉木纖維經(jīng)粉碎后過80目篩，在重量百分比為10%的氯化鋰/二甲基甲酰胺的溶液中浸泡30min，浸泡溫度為30°C ；(2)將木薯淀粉改性為陽離子木薯淀粉在堿催化劑存在下，將木薯淀粉與N-(2，3-環(huán)氧丙基)三甲銨鹽醚化反應40min，制得陽離子木薯淀粉，將其重量的一半加入60°C的熱水糊化60min，熱水重量為淀粉重量的 30%，待用；所述堿催化劑為PH值8-11的氫氧化鈉溶液；(3)將增塑劑、經(jīng)步驟(2)糊化的陽離子木薯淀粉、經(jīng)步驟(1)處理的針葉木纖維，加入高速混合機中，混合20min，再加入無機填料、高密度聚乙烯、步驟(2)剩余未糊化的陽離子木薯淀粉，混合IOmin ；(4)將步驟(3)所得混合物通過雙螺桿擠出機擠出造粒，機頭溫度為140°C，螺桿轉(zhuǎn)速110r/mino
全文摘要
一種改性高密度聚乙烯復合材料及其制備方法，該復合材料由以下重量份數(shù)的原料制成木薯淀粉20－50份、針葉木纖維10－30份、高密度聚乙烯10－50份、無機填料5－15份、增塑劑5－25份。本發(fā)明還包括改性高密度聚乙烯復合材料的制備方法。本發(fā)明之改性高密度聚乙烯復合材料，可生物降解，具有良好的耐水性、尺寸穩(wěn)定性以及良好的力學性能，制造成本低，可生物降解，特別適于制作包裝產(chǎn)品。
文檔編號C08L97/02GK102161796SQ20111014545
公開日2011年8月24日 申請日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月1日
發(fā)明者付桃梅, 劉珍如, 劉立文, 寧勇, 楊志強, 魯紀鳴 申請人:劉立文