專利名稱：有機(jī)分子插入型天然纖維復(fù)合塑料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天然植物纖維復(fù)合材料，特別涉及一種有機(jī)分子插入型天然纖維復(fù)合塑料的制備方法，屬于材料復(fù)合技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
有機(jī)分子插入型天然纖維復(fù)合塑料是將稻草，秸稈，谷殼等天然纖維添加到熱塑性樹脂中改善其性能，降低成本的一種復(fù)合材料。植物纖維復(fù)合材料是近年來環(huán)保型復(fù)合材料的重點(diǎn)研究對象，以其原料充足，無污染，低成本吸引了大量的研究人員。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，有著豐富的天然纖維，包括劍麻，苧麻，木粉，稻草，秸稈等，其中以木粉添加到塑料中成型最為成熟。天然纖維中主要含有三種成分，即纖維素，半纖維素，木質(zhì)素。而決定其機(jī)械性能的主要是纖維素和半纖維素，纖維素含有大量的羥基，而大部分熱塑性塑料都是非極性的，這大大阻礙了纖維與塑料的界面結(jié)合力。為了改善天然纖維與熱塑性塑料復(fù)合的性能，改善界面結(jié)合力是關(guān)鍵。其改善界面的傳統(tǒng)方法有纖維堿處理，乙酰化處理，蒸汽爆炸法處理等，還可以添加偶聯(lián)劑處理，添加相容劑處理等。這些處理方法在一定程度上改善了纖維與塑料的界面，但效果都不太顯著。CN1948388A公開了一種苧麻莖桿與塑料復(fù)合材料的制備方法，包括將苧麻莖桿粉碎后干燥；同時(shí)分別干燥塑料樹脂和相容劑；向苧麻桿粉噴灑偶聯(lián)劑，偶聯(lián)劑的用量為苧麻桿粉重量的；以重量份數(shù)計(jì)，將3(Γ50份改性苧麻桿粉與5(Γ70份塑料樹脂、5 10份相容劑、2、份潤滑劑、0. Γ0. 3份抗氧化劑、(TlO份填料、(Γ20份阻燃劑混合均勻；將上述混合物料通過擠出機(jī)中擠出。該發(fā)明雖然對苧麻莖稈粉進(jìn)行了硅烷偶聯(lián)劑處理和鈦酸酯偶聯(lián)劑處理，然而其結(jié)果卻是對纖維表面進(jìn)行包覆，偶聯(lián)劑難以進(jìn)入纖維內(nèi)部，這導(dǎo)致其最終處理的秸稈與塑料未能很好的結(jié)合，其塑化效果不理想。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于通過改善天然纖維與熱塑性塑料復(fù)合時(shí)的界面結(jié)合力，從而提供了一種有機(jī)分子插入型天然纖維復(fù)合塑料的制備方法。該方法顯著改善了復(fù)合材料的力學(xué)性能，拓展木塑的使用范圍。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
有機(jī)分子插入型天然纖維復(fù)合塑料的制備方法，包括如下步驟
(1)將天然纖維經(jīng)過剝離形成層狀中空結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行破碎處理至60-80目；優(yōu)選地， 將天然纖維經(jīng)過剝離形成層狀中空結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行破碎處理至60目；
(2)用1-5%硅烷的乙醇溶液處理天然纖維，然后用3-15%的彈性體/塑化劑溶液進(jìn)行二次處理，干燥，得到有機(jī)分子插入型天然纖維；優(yōu)選地，用3-5%硅烷的乙醇溶液處理天然纖維，然后用3-15%的氫化苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS) /丙烯酸月桂酯(LA)溶液進(jìn)行二次處理，干燥，得到有機(jī)分子插入型天然纖維；
(3)將所得的有機(jī)分子插入型天然纖維與樹脂、潤滑劑、相容劑、填料共混，壓制或擠出，進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)，獲得有機(jī)分子插入型天然纖維復(fù)合塑料。 本發(fā)明的目的還可以這樣實(shí)現(xiàn)所述的有機(jī)分子插入型天然纖維與樹脂、潤滑劑、 相容劑和填料按如下重量份共混壓制或擠出
有機(jī)分子插入型天然纖維30-70 份樹脂30-70 份潤滑劑1-2份相容劑1-3份填料1-20 份
所述的硅烷是以下的一種或幾種乙烯基三氯烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧
基硅烷、Y-異氰酸酯丙基三乙氧基硅烷、丙烯酸基丙基三甲氧基硅烷、Y-縮水甘油氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、Y-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、Y-巰丙基三甲氧基硅烷、Y 一氯丙基三乙氧基硅烷和三乙氧基甲基硅烷；硅烷的用量占所述天然纖維質(zhì)量百分比為1%-5%。所述的彈性體(TPE)是以下的一種或幾種苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物 (SBS)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、乙烯-辛稀共聚物(Ρ0Ε)、三元乙丙橡膠(EPDM)等熱塑性彈性體；所述的塑化劑是以下的一種或幾種鄰苯二甲酸二辛酯 (D0P)，鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)，丙烯酸月桂酯(LA)。所述的樹脂是高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、或者是幾種熱塑性樹脂共混體系，或者是熱塑性樹脂與彈性體共混體系，或者是廢舊塑料，所述的彈性體是以下的一種或幾種苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-辛稀共聚物和三元乙丙橡膠。優(yōu)選地，所述的樹脂是高密度聚乙烯 (HDPE)0所述的填料是以下的一種或幾種滑石粉、碳酸鈣、二氧化硅、二氧化鈦、蒙脫土和云母。優(yōu)選地，所述的填料是800-1250目的超細(xì)滑石粉。所述的潤滑劑是以下的一種或幾種硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、PE蠟和石蠟。 優(yōu)選地，所述的潤滑劑是硬脂酸或聚乙烯蠟。所述的相容劑是以下的一種或幾種聚乙烯接枝馬來酸酐(PE-g-MAH)、聚丙烯接枝馬來酸酐(PP-g-MAH)、乙烯-辛稀共聚物接枝馬來酸酐(POE-g-MAH)、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物接枝馬來酸酐(ABS-g-MAH)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯接枝馬來酸酐 (SBS-g-MAH)和苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物接枝馬來酸酐(SEBS-g-MAH)。優(yōu)選地，所述的相容劑是馬來酸酐接枝聚乙烯。所述的天然纖維是以下的一種或幾種木纖維、秸稈纖維、谷殼纖維、甘蔗渣纖維和竹纖維。所述的壓制為使用熱壓和冷壓進(jìn)行壓制成型；所述的擠出為使用單螺桿或雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行擠出成型。利用本發(fā)明的方法制備的復(fù)合塑料可以應(yīng)用于建筑裝修、裝飾材料、交通、市政方面、包裝材料、搬運(yùn)墊板和托盤等領(lǐng)域。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明涉及的有機(jī)分子插入型天然纖維復(fù)合塑料的制備方法具有如下優(yōu)點(diǎn)和顯著進(jìn)步該方法在天然纖維處理中使用機(jī)械剝離處理，與化學(xué)法處理纖維相比，既減少了環(huán)境污染，又能有效地改善天然纖維與熱塑型塑料的界面結(jié)合力，從而改善復(fù)合材料的力學(xué)性能，具體表現(xiàn)為該復(fù)合材料具有優(yōu)良的塑性、高強(qiáng)度、耐老化、耐腐蝕、吸水性小，使用壽命長，能重復(fù)使用和回收再利用，有利于環(huán)境保護(hù)，可擠出壓制，顯著拓展了木塑的使用范圍。


圖1有機(jī)分子插入型天然纖維剝離示意圖。圖2天然纖維剝離斷面示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及的有機(jī)分子插入型天然纖維復(fù)合塑料的制備方法主要包含如下兩大步驟
a)有機(jī)分子插入型天然纖維的制備
單螺桿擠出剝離木粉，秸稈或谷殼等天然纖維。取40-60份剝離天然纖維，破碎至 60-80目，以天然纖維的用量為基準(zhǔn)使用1-5%的硅烷配置乙醇溶液處理纖維，使用3-15%的彈性體配置彈性體/塑化劑溶液，將纖維、硅烷溶液攪拌，再將天然纖維與彈性體/塑化劑溶液二次處理，干燥4-8小時(shí)至恒重。b)有機(jī)分子插入型天然纖維與塑料復(fù)合
將有機(jī)分子插入型天然纖維添加到熱塑性塑料中，加入潤滑劑，相容劑，阻燃劑，無機(jī)粉體填充物等，經(jīng)過雙輥開煉壓制成型木塑制品或經(jīng)過擠出進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)天然纖維塑料制
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ΡΠ O以下是本發(fā)明涉及的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步作描述，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于這些實(shí)施例。凡是不背離本發(fā)明構(gòu)思的改變或等同替代均包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。實(shí)施例1有機(jī)分子插入型天然纖維復(fù)合塑料的制備
單螺桿擠出剝離天然纖維后形成層狀中空結(jié)構(gòu)(見圖1)，其斷面示意圖見圖2。取50 份剝離天然纖維，破碎至60目，以木粉的量為基準(zhǔn)使用1%的硅烷配置乙醇溶液處理木粉， 然后使用5%的SEBS配置SEBS/LA溶液進(jìn)行二次處理，將木粉、硅烷溶液和彈性體溶液三者攪拌均勻，在110°C以下干燥8小時(shí)至恒重，得到有機(jī)分子插入型天然纖維。將50份有機(jī)分子插入型天然纖維添加到50份回收的HDPE中，加入硬脂酸1份，馬來酸酐接枝聚乙烯1. 3 份，二氧化鈦1. 5份經(jīng)過雙輥開煉壓制成型木塑制品或經(jīng)過擠出進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)木塑制品。 獲得的木塑制品的力學(xué)性能如下
纖維含量樹脂含量潤滑劑含量相容劑含量填料含量拉伸性能彎曲性能沖擊強(qiáng)度 KJAn250份50份1份1.3份1.5份強(qiáng)度 (MPa)伸長率(％)強(qiáng)度 (MPa)模量 (MPa)7.263111402250實(shí)施例2有機(jī)分子插入型天然纖維復(fù)合塑料的制備
單螺桿擠出剝離天然纖維，取60份剝離天然纖維，破碎至60目，以秸稈的量為基準(zhǔn)使用1的硅烷配置乙醇溶液處理木粉，使用5%的SEBS配置SEBS/LA溶液，將木粉、硅烷溶液和SEBS溶液三者攪拌均勻，在110°C以下干燥8小時(shí)至恒重，得到有機(jī)分子插入型天然纖維。將60份有機(jī)分子插入型天然纖維添加到回收的HDPE中40份，加入硬脂酸2份，馬來酸酐接枝聚乙烯2份，填料為超細(xì)滑石粉10份，經(jīng)過雙輥開煉壓制成型木塑制品或經(jīng)過擠出進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)木塑制品。獲得的木塑制品的力學(xué)性能如下
權(quán)利要求
1.有機(jī)分子插入型天然纖維復(fù)合塑料的制備方法，包括如下步驟(1)將天然纖維經(jīng)過剝離形成層狀中空結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行破碎處理至60-80目；(2)用1-5%硅烷的乙醇溶液處理天然纖維，然后用3-15%的彈性體/塑化劑溶液進(jìn)行二次處理，干燥，得到有機(jī)分子插入型天然纖維；(3)將所得的有機(jī)分子插入型天然纖維與樹脂、潤滑劑、相容劑、填料共混，壓制或擠出，進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)，獲得有機(jī)分子插入型天然纖維復(fù)合塑料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的有機(jī)分子插入型天然纖維復(fù)合塑料的制備方法，其特征在于所述的有機(jī)分子插入型天然纖維與樹脂、潤滑劑、相容劑和填料按如下重量份共混壓制或擠出
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的有機(jī)分子插入型天然纖維復(fù)合塑料的制備方法，其特征在于 所述的硅烷是以下的一種或幾種乙烯基三氯烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、Y-異氰酸酯丙基三乙氧基硅烷、丙烯酸基丙基三甲氧基硅烷、Y-縮水甘油氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、Y-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、Y-巰丙基三甲氧基硅烷、Y 一氯丙基三乙氧基硅烷和三乙氧基甲基硅烷；硅烷的用量占所述天然纖維質(zhì)量百分比為1%_5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的有機(jī)分子插入型天然纖維復(fù)合塑料的制備方法，其特征在于所述的彈性體是以下的一種或幾種苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-辛稀共聚物和三元乙丙橡膠；所述的塑化劑是以下的一種或幾種鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二丁酯和丙烯酸月桂酯；彈性體/塑化劑溶液的用量占所述天然纖維質(zhì)量百分比為3%-15%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的有機(jī)分子插入型天然纖維復(fù)合塑料的制備方法，其特征在于 所述的樹脂是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、或者是幾種熱塑性樹脂共混體系，或者是熱塑性樹脂與彈性體共混體系，或者是廢舊塑料，所述的彈性體是以下的一種或幾種苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-辛稀共聚物和三元乙丙橡膠。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的有機(jī)分子插入型天然纖維復(fù)合塑料的制備方法，其特征在于 所述的填料是以下的一種或幾種滑石粉、碳酸鈣、二氧化硅、二氧化鈦、蒙脫土和云母。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2的有機(jī)分子插入型天然纖維復(fù)合塑料的制備方法，其特征在于 所述的潤滑劑是以下的一種或幾種硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、PE蠟和石蠟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2的有機(jī)分子插入型天然纖維復(fù)合塑料的制備方法，其特征在于 所述的相容劑是以下的一種或幾種聚乙烯接枝馬來酸酐、聚丙烯接枝馬來酸酐、乙烯-辛稀共聚物接枝馬來酸酐、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物接枝馬來酸酐、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯接枝馬來酸酐、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物接枝馬來酸酐。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2的有機(jī)分子插入型天然纖維復(fù)合塑料的制備方法，其特征在于 所述的天然纖維是以下的一種或幾種木纖維、秸稈纖維、谷殼纖維、甘蔗渣纖維和竹纖維。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2的有機(jī)分子插入型天然纖維復(fù)合塑料的制備方法，其特征在于所述的壓制為使用熱壓和冷壓進(jìn)行壓制成型；所述的擠出為使用單螺桿或雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行擠出成型。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種有機(jī)分子插入型天然纖維復(fù)合塑料的制備方法，包括如下步驟(1)將天然纖維經(jīng)過剝離形成層狀中空結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行破碎處理至60-80目；(2)用1-5%硅烷的乙醇溶液處理天然纖維，然后用3-15%的彈性體/塑化劑溶液進(jìn)行二次處理，干燥，得到有機(jī)分子插入型天然纖維；(3)將所得的有機(jī)分子插入型天然纖維與樹脂、潤滑劑、相容劑、填料共混，壓制或擠出，進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)，獲得有機(jī)分子插入型天然纖維復(fù)合塑料。該方法顯著改善了復(fù)合材料的力學(xué)性能，拓展木塑的使用范圍。
文檔編號C08K5/09GK102504380SQ20111026509
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者李學(xué)鋒, 江成, 胡波, 董仕節(jié), 閆晗 申請人:湖北工業(yè)大學(xué)