一種微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料及其制備方法。該微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料將基體聚乙烯樹脂、改性硅灰石粉和滑石粉、交聯(lián)劑、潤(rùn)滑劑、熱平衡型發(fā)泡劑、抗氧化劑、抗紫外線劑、顏料、改性植物纖維攪拌升溫、混合均勻后冷卻卸料，制得預(yù)混料，改性植物纖維選自木粉、竹粉、稻殼粉中的一種或兩種以上以任意比例構(gòu)成的混合物；將預(yù)混料放入擠出機(jī)中造粒、擠出發(fā)泡、冷卻定型。本發(fā)明生產(chǎn)制造方便，原料價(jià)廉環(huán)保，微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料的泡孔平均直徑低至10μm、植物纖維含量高至45%，且復(fù)合材料的密度低、彎曲強(qiáng)度和沖擊韌性高，應(yīng)用領(lǐng)域廣，本發(fā)明可應(yīng)用于裝飾、建筑、市政、包裝、汽車內(nèi)飾件等領(lǐng)域。
【專利說明】一種微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料及其制備方法，屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，也屬于林業(yè)工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]與傳統(tǒng)木塑復(fù)合材料相比，木塑發(fā)泡復(fù)合材料由于泡孔的存在不僅可以降低材料的密度，而且這些氣泡能夠有效阻止材料中原有裂紋的擴(kuò)展，使裂紋尖端變鈍，從而賦予材料更為優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和耐疲勞性，在建筑裝飾、室內(nèi)裝潢、工藝品市場(chǎng)、包裝運(yùn)輸、汽車內(nèi)飾件等領(lǐng)域都具有廣闊的市場(chǎng)前景。聚乙烯(PE)作為通用塑料，與聚丙烯(PP)相比，價(jià)格低廉，具有較好的耐低溫性能；與聚氯乙烯(PVC)相比，從制備到使用乃至廢棄處理都更為環(huán)保；因此，采用PE為基體制備微發(fā)泡木塑復(fù)合材料具有資源、成本和環(huán)保優(yōu)勢(shì)。
[0003]但是聚乙烯基木塑復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度低、蠕變變形大，且當(dāng)植物纖維含量增加至20%時(shí)，復(fù)合材料的沖擊韌性即明顯下降，且植物纖維的大量存在會(huì)增大復(fù)合材料的發(fā)泡難度，影響材料的發(fā)泡性能，進(jìn)而削弱材料的力學(xué)性能，影響材料的使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料存在的彎曲強(qiáng)度低、沖擊韌性差及發(fā)泡難度大等不足，本發(fā)明的目的是提供一種泡孔形態(tài)好、植物纖維含量高、密度低、彎曲強(qiáng)度和沖擊韌性高的微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料及其制備方法。該法采用化學(xué)交聯(lián)和共混改性高密度聚乙烯和低密度聚乙烯，制備微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料，并采用偶聯(lián)劑改性的滑石粉和硅灰石粉作為改性填料增強(qiáng) 增韌發(fā)泡復(fù)合材料，改善微發(fā)泡聚乙烯木塑復(fù)合材料發(fā)泡性能的同時(shí)，提高材料的彎曲強(qiáng)度和沖擊韌性。該法簡(jiǎn)單易操作、原料價(jià)廉環(huán)保、材料質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、韌性好。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
所述微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料，由包括以下質(zhì)量份數(shù)的原料制備而成:
聚乙烯樹脂100份，植物纖維20-80份；滑石粉5~25份；硅灰石5~20份；偶聯(lián)劑
0.1~1.5份；潤(rùn)滑劑0.5^3份；發(fā)泡劑0.5^3份；交聯(lián)劑0.1~3份；抗氧化劑0.5^2份；抗紫外線劑0.5^2份；界面相容劑f 7份；顏料f 3份。
[0006]所述的聚乙烯樹脂由低密度聚乙烯和高密度聚乙烯組成，所述低密度聚乙烯為重均分子量Mw為40000~200000、結(jié)晶度為20%~40%、在230°C，2.16 KN測(cè)試條件下的熔體指數(shù)為1-15 g/10min的低密度聚乙烯粒料或粉料90份；以及重均分子量Mw為50000~300000、結(jié)晶度為70%~90%、在230°C，2.16 KN測(cè)試條件下的熔體指數(shù)為2_10 g/10min的高密度聚乙烯粒料或粉料10份。
[0007]所述的植物纖維為為木粉、竹粉、稻殼粉中的一種或兩種以上以任意比例構(gòu)成的混合物，含水率為1%_3%，平均粒徑為40目^120目；所述的任意比例為本領(lǐng)域常規(guī)的比例，為一般技術(shù)人員能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。[0008]所述的滑石粉平均粒徑為1000-1500目。
[0009]所述的硅灰石粉為針狀，長(zhǎng)徑比為10:廣20:1，平均粒徑為1000目~1500目。
[0010]所述的偶聯(lián)劑為本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)，本發(fā)明優(yōu)選硅烷類或鈦酸酯類或鋁酸酯類偶聯(lián)劑。
[0011]所述的潤(rùn)滑劑為本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)，本發(fā)明優(yōu)選聚乙烯蠟或硬脂酸或硬脂酸鹽中的一種或兩種的混合物。
[0012]所述的發(fā)泡劑為本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)，本發(fā)明優(yōu)選熱平衡型發(fā)泡劑，型號(hào)為Hydrocell232的偶氮二甲酰胺復(fù)合物。
[0013]所述的交聯(lián)劑為本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)，本發(fā)明優(yōu)選過氧化二異丙苯(DCP)，粉狀，工業(yè)級(jí)。
[0014]所述的抗氧化劑為本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)，本發(fā)明優(yōu)選受阻酚類抗氧化劑1010和亞磷酸酯類抗氧化劑168，以1:1比例復(fù)配的復(fù)合物。
[0015]所述的抗紫外線劑為本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)，本發(fā)明優(yōu)選2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮UV531。
[0016]所述的顏料為本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)，本發(fā)明優(yōu)選氧化鐵等無機(jī)顏料粉或塑料專用有機(jī)顏料。
[0017]所述的界面相容劑為本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)，本發(fā)明優(yōu)選丙烯酸化合物類接枝的聚乙烯或丙烯酸化合物類接枝的聚丙烯或`丙烯酸化合物類接枝的茂金屬乙烯-1-辛烯共聚物。
[0018]丙烯酸化合物類接枝的聚乙烯優(yōu)選馬來酸酐接枝聚乙烯(MAPE);丙烯酸化合物類接枝的聚丙烯優(yōu)選馬來酸酐接枝聚丙烯(MAPP);丙烯酸化合物類接枝的茂金屬乙烯-1-辛烯共聚物優(yōu)選馬來酸酐接枝茂金屬乙烯-1-辛烯共聚物(ΜΑΡ0Ε)。
[0019]本發(fā)明所述的微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料及其制備方法，其制備步驟為:
1)滑石粉和硅灰石粉改性，將干燥的滑石粉和硅灰石粉放入高速混合機(jī)中，攪拌升溫至8(T10(TC，采用與體積濃度為99%的乙醇以1:廣1:8比例稀釋的偶聯(lián)劑計(jì)量噴霧，攪拌l(T30min后，冷卻卸料，制成改性填料；
2)按配方比稱取各原料；將低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、改性填料、交聯(lián)劑、潤(rùn)滑劑、發(fā)泡劑、抗氧化劑、抗紫外線劑、顏料、界面相容劑、干燥的植物纖維放入高速混合機(jī)中，攪拌升溫至ll(Tl20°C,攪拌15、0 min后,冷卻卸料,制成預(yù)混料；
3)將上述造粒的木塑粒子，放入雙螺桿擠出機(jī)中，擠出發(fā)泡法制備微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料；擠出機(jī)料筒溫度為165~180 °C、機(jī)頭溫度為155~175°C、模具溫度為155 ~165?。
[0020]本發(fā)明的特點(diǎn)是:采用交聯(lián)改性和共混改性的方式，改善聚乙烯基木塑復(fù)合材料的發(fā)泡性能，采用低密度聚乙烯為重均分子量Mw為40000~200000、結(jié)晶度為20%~40%、熔體指數(shù)(230°C，2.16 KN)為1_15 g/10min的LDPE粒料或粉料；所述的高密度聚乙烯為重均分子量Mw 為 50000~300000、結(jié)晶度為 70%~90%、熔體指數(shù)(230°C，2.16KN)為 2-10 g/10min的HDPE粒料或粉料，使得與木粉、竹粉等植物纖維交聯(lián)改性和共混改性更容易，操作過程簡(jiǎn)單且環(huán)保，制備的微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料的植物纖維含量高達(dá)至45%、密度低、泡孔形態(tài)良好、泡孔的平均直徑低至10 μ m;而且通過添加改性填料，增強(qiáng)增韌復(fù)合材料，制備的微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度高、沖擊韌性大，可應(yīng)用到室內(nèi)裝飾裝潢、建筑材料、包裝運(yùn)輸、工藝品市場(chǎng)，制成家具、踢腳線、吊頂線條、地板、相框、鏡框、畫框、緩沖包裝材料等，也可應(yīng)用到汽車內(nèi)飾件等高檔材料領(lǐng)域，具有廣闊的市場(chǎng)空間和發(fā)展前景。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明下面結(jié)合實(shí)施例來予以闡明，所述的份為質(zhì)量份。下述實(shí)施例中的低密度聚乙烯為重均分子量Mw為40000~200000、結(jié)晶度為20%~40%、熔體指數(shù)(230°C，2.16KN)為1-15 g/10min的LDPE粒料或粉料；所述的高密度聚乙烯為重均分子量Mw為50000~300000、結(jié)晶度為 70%~90%、熔體指數(shù)(230°C，2.16KN)為 2-10 g/10min 的 HDPE 粒料或粉料；木粉、竹粉均購(gòu)自浙江臨安市明珠竹木粉有限公司；稻殼粉購(gòu)自無錫潤(rùn)綠復(fù)合制品有限公司；滑石粉和硅灰石粉均購(gòu)自江西盛泰化工有限公司；硅烷KH550偶聯(lián)劑購(gòu)自南京道寧化工有限公司；交聯(lián)劑過氧化二異丙苯(DCP)購(gòu)自上海高橋石化精細(xì)化工公司；潤(rùn)滑劑聚乙烯蠟或硬脂酸或硬脂酸鹽均為市售；發(fā)泡劑偶氮二甲酰胺復(fù)合物購(gòu)自廣州輝科化工有限公司；抗氧化劑為受阻酚類抗氧化劑1010/亞磷酸酯類抗氧化劑168復(fù)配物(B225)購(gòu)自瑞士汽巴公司，抗紫外線劑UV531購(gòu)自瑞士汽巴公司；氧化鐵顏料粉購(gòu)自湖南三環(huán)顏料有限公司；界面相容劑馬來酸酐接枝茂金屬乙烯-1-辛烯共聚物(MAPOE)購(gòu)自南京德巴化工有限公司。
[0022]實(shí)施例一
將滑石粉15份和硅灰石粉10份放置在100°C的烘箱中干燥8小時(shí)后，放入高速混合機(jī)中，攪拌升溫至90°C，采用與體積濃度為99%的乙醇以1:2比例稀釋的硅烷偶聯(lián)劑KH550(硅烷偶聯(lián)劑KH550占滑石粉和硅灰石粉總質(zhì)量的2%)噴霧，混合15min后，冷卻卸料，制成改性填料；將木粉放置在105°C的烘箱中干燥10小時(shí)。按質(zhì)量比將低密度聚乙烯90份、高密度聚乙烯10份、改性填料、交聯(lián)劑1.5份、潤(rùn)滑劑1份、發(fā)泡劑2份、抗氧化劑1份、抗紫外線劑1份、界面相容劑1.5份、木粉20份、顏料2份放入高速混合機(jī)中，混合25 min后，冷卻卸料，制成預(yù)混料后擠出造粒，造粒溫度為165°C、造粒時(shí)間為20 min，得到木塑粒子；采用擠出機(jī)進(jìn)行熔融、共混、擠出、經(jīng)發(fā)泡模具發(fā)泡、冷卻定型，成型微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料板材，擠出機(jī)料筒溫度175°C、機(jī)頭溫度165°C、模具溫度160°C。
[0023]實(shí)施例二
將滑石粉10份和硅灰石粉10份放置在100°c的烘箱中干燥8小時(shí)后，放入高速混合機(jī)中，攪拌升溫至90°C，采用與體積濃度為99%的乙醇以1:2比例稀釋的硅烷偶聯(lián)劑KH550(硅烷偶聯(lián)劑KH550占滑石粉和硅灰石粉總質(zhì)量的2%)計(jì)量噴霧，混合15min后，冷卻卸料，制成改性填料；將竹粉放置在105°C的烘箱中干燥10小時(shí)。按質(zhì)量比將低密度聚乙烯90份、高密度聚乙烯10份、改性填料、交聯(lián)劑1.5份、潤(rùn)滑劑1.5份、抗氧化劑1份、抗紫外線劑1份、竹粉40份、界面相容劑3份、顏料2份放入高速混合機(jī)中，混合25 min后，冷卻卸料，制成預(yù)混料后擠出造粒，造粒溫度為165°C、造粒時(shí)間為20 min，得到木塑粒子；采用擠出機(jī)進(jìn)行熔融共混、擠出、經(jīng)發(fā)泡模具發(fā)泡、冷卻定型，成型微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料板材，擠出機(jī)料筒溫度175°C、機(jī)頭溫度165°C、模具溫度160°C。
[0024]實(shí)施例三
將滑石粉10份和硅灰石粉10份放置在100°c的烘箱中干燥8小時(shí)后，放入高速混合機(jī)中，攪拌升溫至90°C，采用與體積濃度為99%的乙醇以1:2比例稀釋的硅烷偶聯(lián)劑KH550(硅烷偶聯(lián)劑KH550占滑石粉和硅灰石粉總質(zhì)量的2%)計(jì)量噴霧，混合12min后，冷卻卸料，制成改性填料；將稻殼粉放置在105°C的烘箱中干燥10小時(shí)。按重量比將低密度聚乙烯90份、高密度聚乙烯10份、改性填料、交聯(lián)劑1份、潤(rùn)滑劑2份、抗氧化劑1份、抗紫外線劑I份、稻殼粉60份、界面相容劑4份、顏料2份放入高速混合機(jī)中，混合30 min后，冷卻卸料，制成預(yù)混料后擠出造粒，造粒溫度為165°C、造粒時(shí)間為20 min，得到木塑粒子；采用擠出機(jī)進(jìn)行熔融、共混、擠出、經(jīng)發(fā)泡模具發(fā)泡、冷卻定型，成型微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料板材，擠出機(jī)料筒溫度180°C、機(jī)頭溫度165°C、模具溫度160°C。
[0025]以下通過檢測(cè)材料的物理力學(xué)性能，證明本發(fā)明實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3的效果，其檢測(cè)結(jié)果如下:
實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3中微發(fā)泡聚乙烯基木塑發(fā)泡復(fù)合材料，其密度分別為0.81 g.cm'0.86 g.cnT3和0.91 g.cnT3,而相應(yīng)的普通未發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料的密度分別為0.96 g.cm'0.99 g.cm—3和1.04 g.cm_3，密度降低了近15% ;彎曲強(qiáng)度分別為16.56 MPa、17.19 MPa和17.54 MPa，而相應(yīng)的普通未發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度分別為15.12 MPa、15.73 MPa和15.82 MPa，彎曲強(qiáng)度提高了約10% ;缺口沖擊強(qiáng)度分別為16.78 KJ.m-2、13.57 KJ.m_2和12.31 KJ.m_2，而相應(yīng)的普通未發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度分別為14.98 KJ.m_2'12.04 KJ.m_2和10.97 KJ.m_2，缺口沖擊強(qiáng)度提高了約13%。
[0026]綜上所述可見，本發(fā)明的微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料與普通未發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料相比，具有更低的密度、更高的彎曲強(qiáng)度和沖擊韌性，材料的比強(qiáng)度提高了 30%左右。
【權(quán)利要求】
1.一種微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料，由下述質(zhì)量份數(shù)的組分制成:聚乙烯樹脂100份，植物纖維20~80份；滑石粉5~25份；硅灰石5~20份；偶聯(lián)劑0.1-1.5份；潤(rùn)滑劑0.5~3份；發(fā)泡劑0.5^3份；交聯(lián)劑0.1-3份；抗氧化劑0.5^2份；抗紫外線劑0.5^2份；界面相容劑1-7份；顏料1-3份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料，其特征在于: 所述的聚乙烯樹脂由低密度聚乙烯和高密度聚乙烯組成，所述低密度聚乙烯為重均分子量Mw為40000~200000、結(jié)晶度為20%~40%、在230°C，2.16 KN測(cè)試條件下的熔體指數(shù)為1-15 g/10min的低密度聚乙烯粒料或粉料90份；以及重均分子量Mw為50000~300000、結(jié)晶度為70%~90%、在230°C，2.16 KN測(cè)試條件下的熔體指數(shù)為2_10 g/10min的高密度聚乙烯粒料或粉料10份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料，其特征在于: 所述的植物纖維為木粉、竹粉、稻殼粉中的一種或兩種以上的混合物，含水率為1%~3%，平均粒徑為40目~120目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料，其特征在于: 所述的滑石粉，其平均粒徑為1000目~1500目；所述的硅灰石粉為針狀，長(zhǎng)徑比為10:1~20:1，平均粒徑為1000目~1500目。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料，其特征在于: 所述的偶聯(lián)劑為硅烷類或鈦酸酯類或鋁酸酯類偶聯(lián)劑；所述的交聯(lián)劑為過氧化二異丙苯，粉狀，工業(yè)級(jí)；所述的潤(rùn)滑劑為:聚乙烯蠟或硬脂酸或硬脂酸鹽的一種或兩種的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料，其特征在于: 所述的發(fā)泡劑為熱平衡型發(fā)泡劑，型號(hào)為Hydrocell 232的偶氮二甲酰胺復(fù)合物，熱分解溫度為165-200°C、發(fā)氣量為180 ml/g。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料，其特征在于: 所述的抗氧化劑為受阻酚類抗氧化劑1010和亞磷酸酯類抗氧化劑168以1:1比例復(fù)配的混合物；所述的抗紫外線劑為2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮UV531。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料，其特征在于: 所述的界面相容劑為丙烯酸化合物類接枝的聚乙烯或丙烯酸化合物類接枝的聚丙烯或丙烯酸化合物類接枝的茂金屬乙烯-1-辛烯共聚物；所述的顏料為無機(jī)顏料粉或塑料專用有機(jī)顏料粉。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料，其特征在于:所述的無機(jī)顏料粉為氧化鐵顏料粉。
10.權(quán)利要求1-9任一所述的微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于，其制備步驟為: O改性滑石粉和硅灰石粉:將干燥的滑石粉和硅灰石粉放在高速混合機(jī)中，攪拌升溫至8(T10(TC，采用與體積濃度為99%的乙醇以1:1-1:8比例稀釋的偶聯(lián)劑計(jì)量噴霧，攪拌l(T30min后，冷卻卸料，制成改性填料； 2)將按配方稱量的低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、交聯(lián)劑、潤(rùn)滑劑、發(fā)泡劑、抗氧化劑、抗紫外線劑、顏料、界面相容劑、干燥的植物纖維以及步驟I)制得的改性填料放入高速混合機(jī)中，攪拌升溫至ll(Tl20°C,攪拌15、0 min后,冷卻卸料,制成預(yù)混料； 3)將步驟2)混合的預(yù)混料放入擠出機(jī)中，造粒成木塑粒子，造粒溫度為:145~16(TC、造粒時(shí)間為20~40 min ； 4)將步驟3)造粒的木塑粒子，放入雙螺桿擠出機(jī)中，擠出發(fā)泡法制備微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料；擠出機(jī)的料筒溫度為165~185°C、機(jī)頭溫度為155~175°C、模具溫度為`155 ~165?。`
【文檔編號(hào)】C08K9/04GK103554626SQ201310544097
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】周嚇星, 陳禮輝, 黃六蓮, 蘇國(guó)基 申請(qǐng)人:福建農(nóng)林大學(xué)