專(zhuān)利名稱(chēng)：木粉增強(qiáng)聚丙烯模塑料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種木粉增強(qiáng)聚丙烯模塑料(或稱(chēng)聚丙烯/木粉模塑料)及其制備方法。
木粉是一種廉價(jià)易得的物質(zhì)，作為塑料的填料，已經(jīng)受到重視。長(zhǎng)期以來(lái)，木粉廣泛用于酚醛模塑料等熱固性塑料中，作為降低成本及調(diào)整流動(dòng)性的填料。近年來(lái)已有報(bào)道將木粉用作熱塑性塑料的填料，但主要是作為一種增量性填料使用，木粉的增強(qiáng)潛力末能得到發(fā)掘和體現(xiàn)。
本發(fā)明的目的是提供一種能充分體現(xiàn)木粉中纖維素增強(qiáng)能力的木粉增強(qiáng)聚丙烯模塑料及其制備方法。
本發(fā)明的措施是通過(guò)合理選用大分子助劑，利用這些助劑的偶聯(lián)劑作用，即促進(jìn)木粉與聚烯烴界面粘結(jié)作用，以及大分子助劑促進(jìn)填料分散和改善流動(dòng)性能的作用，制備出充分體現(xiàn)木粉增強(qiáng)能力的具有良好力學(xué)性能和綜合性能的本粉增強(qiáng)聚丙烯模塑料。
本發(fā)明的木粉增強(qiáng)聚丙聚模塑料由100份(按重量比，以下同)聚丙聚樹(shù)脂、1～15份大分子偶聯(lián)劑、5～130份木粉組成。較常用的成分組成按重量比為聚丙烯樹(shù)脂100份、木粉30～90份，大分子偶聯(lián)劑為木粉量的2～5％。所用的大分子偶聯(lián)劑為選自乙烯或丙烯與丙烯酰類(lèi)單體、馬來(lái)酸酐或馬來(lái)酸的共聚物(其分子量為2000～100000，酸值為15～67)，以及有機(jī)酸或酸酐改性的聚烯烴中的一種或一種以上；使用一種以上時(shí)，它們之間可為任意比例。
本發(fā)明所用的聚丙烯樹(shù)脂最好為注射級(jí)或擠出級(jí)的丙烯均聚物或丙烯-乙烯共聚物，可以是新樹(shù)脂或從廢舊聚丙烯制品回收的樹(shù)脂。所用木粉可以是現(xiàn)有酚醛模塑料中使用的80、100或120目木粉，也可以是一般的木材鋸末(如從家具廠回收的鋸末)經(jīng)篩分后得到的20、40、60、80、100目木粉。
上述本發(fā)明模塑料的成分組成中還可以再增加0.5～15份(常用為2～5份，按重量比)的加工助劑，以進(jìn)一步促進(jìn)填料(木粉)分散和改善流動(dòng)性能，使產(chǎn)品具有更好的加工性能，容易用注塑和模壓的方法成型，得到外觀和性能良好的制品。所用的加工助劑為選自聚乙烯蠟、氯化聚乙烯、氧化聚乙烯、氧化聚丙烯、氯化石蠟中的一種或一種以上；使用一種以上時(shí)，它們之間可為任意比例。
上述本發(fā)明的木粉增強(qiáng)聚丙烯模塑料的制備方法包括如下步聚(1)、將干燥的聚丙烯、木粉、大分子偶聯(lián)劑及加工助劑按所需配比混合成干混物；可采用高速混合機(jī)、捏合機(jī)或螺帶混合機(jī)，或手工在常溫下混合；(2)、將上述干混物加入雙螺桿擠出機(jī)的計(jì)量料斗，向擠出機(jī)的加料口計(jì)量輸送，輸送速率不大于擠出機(jī)輸送段的固體輸送速率；(3)、進(jìn)入擠出機(jī)的物料經(jīng)一個(gè)固體輸送段、一個(gè)或多個(gè)壓縮段、一個(gè)或多個(gè)混合段、最終經(jīng)一個(gè)長(zhǎng)徑比為3～15的計(jì)量段和壓縮比不小于2的口模離開(kāi)擠出機(jī)；也就是說(shuō)，所用的擠出機(jī)具有一個(gè)固體輸送段、一個(gè)或多個(gè)壓縮段、一個(gè)或多個(gè)混合段、一個(gè)長(zhǎng)徑比為3～15的計(jì)量段，其口模壓縮比不小于2；(4)、從擠出機(jī)出來(lái)的物料用空氣或水冷卻到其軟化點(diǎn)以下，切?；蚍鬯?，然后分級(jí)、干燥，即得所需的木粉增強(qiáng)聚丙烯模塑料。
通常情況下。上述本發(fā)明方法所用的擠出機(jī)的長(zhǎng)徑比為25～45，擠出機(jī)加料口溫度為80～220℃，螺桿轉(zhuǎn)速為20～300轉(zhuǎn)/分，機(jī)頭溫度為150～260℃，真空口壓力為8kPa至常壓。
上述方法中，所說(shuō)的干混物的成份配比按重量比一般為聚丙聚樹(shù)脂100份，大分子偶聯(lián)聯(lián)劑1～15份，加工助劑0～15份，木粉5～130份。
按照本發(fā)明上述成分組成和方法制備的木粉增強(qiáng)聚丙烯模塑料，其熔體流動(dòng)速率為0.8～22g/10min、經(jīng)注射成型制成標(biāo)準(zhǔn)試樣或者注塑成面積不小于120cm2、厚度為3.2或6mm的板狀制品，再用車(chē)、銑等方法加工成試樣，按照ASTM標(biāo)準(zhǔn)測(cè)得的性能為拉伸模量E＝1.5～3.0GPa；拉伸強(qiáng)度σ＝18～38MPa；Izod缺口沖擊強(qiáng)度SI＝20～90J/m(23℃)；室溫下1.38m/s及平面應(yīng)變條件下斷裂能釋放速率為Gc＝1.5～2.5kJ/m2，斷裂韌度為Kα＝0.9～2.7MPa
按照本發(fā)明，一般而言，填充木粉使材料模量增大。由于大分子偶聯(lián)劑的使用，使拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度均有可觀的增大，斷裂韌度通常會(huì)兩倍于木粉含量相同、但不含偶聯(lián)劑的木粉增強(qiáng)聚丙烯模塑料；若不使用大分子偶聯(lián)劑，拉伸強(qiáng)度隨著木粉含量增大而大幅降低，沖擊強(qiáng)度也有所下降。當(dāng)使用相同的樹(shù)脂而且木粉含量基本不變時(shí)，在本發(fā)明所涉及的偶聯(lián)劑用量范圍內(nèi)，拉伸模量和抗沖擊性能均隨大分子偶聯(lián)劑含量增大而增大。此外，在本發(fā)明涉及的范圍內(nèi)，模量、拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度及Gc和Kc均隨著填料顆粒長(zhǎng)徑比增大而增大，符合纖維復(fù)合材料的一般規(guī)律。


圖1是按本發(fā)明實(shí)施例4制備的木粉增強(qiáng)聚丙烯模塑料的拉伸模量、拉伸強(qiáng)度及沖擊強(qiáng)度對(duì)木粉含量的依賴(lài)性的示意圖，說(shuō)明大分子偶聯(lián)劑(丙烯-馬來(lái)酸酐共聚物)存在與否對(duì)各種填料含量下的木粉增強(qiáng)聚丙烯性能的影響。其中(a)為含有大分子偶聯(lián)劑的情況，(b)為不含大分子偶聯(lián)劑的情況；Er、σr和SI，r分別表示木粉/聚丙烯體系與相應(yīng)基體樹(shù)脂的拉伸模量、拉伸強(qiáng)度及沖擊強(qiáng)度的比值。從圖1可見(jiàn)，當(dāng)木粉含量在更具有實(shí)際意義的20％及以上時(shí)，丙烯-馬來(lái)酸酐共聚物的存在使木粉/聚丙烯塑料的拉伸模量高于不含該偶聯(lián)組分的塑料。圖1還表明，丙烯-馬來(lái)酸酐共聚物組分的使用與否，對(duì)拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度的影響更為突出不使用該助劑時(shí)，σr、SI，r均隨木粉含量增大而下降，而且靜態(tài)拉伸強(qiáng)度的下降十分顯著；但是包含丙烯-馬來(lái)酸酐共聚物的木粉/聚丙烯塑料，σr、SI，r都隨木粉含量增大而增大，充分體現(xiàn)了該偶聯(lián)組分對(duì)提高木粉增強(qiáng)效率的作用。
以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。各實(shí)施例中的成分含量均按重量比計(jì)算。
實(shí)施例1將干燥過(guò)的擠出級(jí)聚丙烯樹(shù)脂(熔體流動(dòng)速率1.8g/10min)100份，用于酚醛模塑料的100目木粉25份、丙烯-馬來(lái)酸酐共聚物(酸值47，分子量接近1萬(wàn))2.5份配成干混物，用Φ34mm同向雙螺桿擠出機(jī)，通過(guò)水冷卻牽引切粒及干燥，成為注塑用的粒料。雙螺桿擠出機(jī)長(zhǎng)徑比為42，操作條件為加料口溫度150℃，機(jī)頭溫度為190℃，主機(jī)轉(zhuǎn)速160轉(zhuǎn)/分，計(jì)量段與最后一個(gè)混合段之間壓力為20kPa。該聚丙烯/木粉模塑粒料經(jīng)注射成型，分別制成ASTM標(biāo)準(zhǔn)試樣和尺寸為80×160×6mm3，80×200×3mm3的兩種板，制品呈棕色，表面光潔，無(wú)肉眼可見(jiàn)的皮-芯結(jié)構(gòu)。按照ASTM測(cè)得的性能指標(biāo)為E＝2.19±0.17GPa；σ＝30.39±0.04MPa，SI＝80.76±0.31J/m。與丙烯-馬來(lái)酸酐共聚物含量為零時(shí)相比，模量無(wú)變化，拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度分別增大了23％和42％。
實(shí)施例2丙烯-馬來(lái)酸酐共聚物含量10份，其余與實(shí)施例1相同，外觀與實(shí)施例1中的產(chǎn)物相似，模量、拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度相對(duì)于無(wú)丙烯-馬來(lái)酸酐共聚物體系分別增大23％、31％、56％。
實(shí)施例3按照實(shí)施例1，干混物中額外含聚乙烯蠟2.5份，得到的模塑料和注塑制品呈黃色，性質(zhì)接近于實(shí)施例1。
實(shí)施例4按照實(shí)施3，以乙烯-丙烯酸共聚物(酸值30，分子量約14000)代替丙烯-馬來(lái)酸酐共聚物，產(chǎn)品性質(zhì)及外觀與實(shí)施例3相近，表面更有光澤。
實(shí)施例5干燥后的注塑級(jí)聚丙烯樹(shù)脂(熔體流動(dòng)速率8.2g/10min)100份、從家具工廠鋸末篩分得到的20目木粉120份，前例中的丙烯-馬來(lái)酸酐共聚物(酸值47，分子量接近1萬(wàn))10份，回頭料(粉料)10份，按照與實(shí)施例1相似的方法配混、擠出，擠出物用空氣冷卻后切粒，過(guò)8目篩后用于注塑成型，篩余物作為回頭料計(jì)量投入干混物原料中。注塑時(shí)可配入不同比例的聚丙烯樹(shù)脂，使最終制品中木粉重量含量為5～40％。如此配置的模塑料易于在通常的聚丙烯成型條件下注塑成型，得到的3.2mm和6mm板呈棕黑色，表面平整。木粉重量含量不低于20％時(shí)，機(jī)械如工性質(zhì)接近木材。按照樹(shù)脂性質(zhì)歸一化后，該聚丙烯/木粉模塑料的拉伸模量、拉伸強(qiáng)度及沖擊強(qiáng)度對(duì)木粉含量的依賴(lài)性如圖1(a)所示；偶聯(lián)劑含量為零時(shí)的結(jié)果如圖1(b)所示。
實(shí)施例6按照實(shí)施例4，干混物中額外含加工助劑共10份(聚乙烯蠟、氯化石蠟各5份)，得到的模塑料和注塑制品呈棕黃色，注塑制品外觀不整而且有光澤易于機(jī)械加工。木粉重量含量為40％的這種聚丙烯/木粉模塑料，其性質(zhì)為熔體流動(dòng)速率2.2g/10min；拉伸模量2.9GPa；拉伸強(qiáng)度37MPa；斷裂伸長(zhǎng)率4％；Izod缺口沖擊強(qiáng)度SI＝23.3J/m。
實(shí)施例7按照實(shí)施1，但是干混物中額外含有回收聚丙烯100份，加工助劑共10份(聚乙烯蠟3份、氧化聚乙烯3份、氯化聚乙烯4份)，木粉含量為200份，偶聯(lián)劑丙烯-馬來(lái)酸酐共聚物含量為10份，得到的模塑料母料熔體流動(dòng)速率1.0g/10min。配加適量注塑級(jí)樹(shù)脂，使木粉重量含量為40％，在典型的聚丙烯注塑條件下成型，注塑制品呈棕黃色，注塑制品外觀平整而且有光澤，易于機(jī)械加工。這種聚丙烯/木粉模塑料，其性質(zhì)為拉伸模量2.9GPa；拉伸強(qiáng)度37MPa；斷裂伸長(zhǎng)率4％；Izod缺口沖擊強(qiáng)度SI＝23.3J/m。
實(shí)施例8按照實(shí)施例7，其中所含回收聚丙烯為200份，木粉為300份，偶聯(lián)劑為15份，得到的模塑料母料熔體流動(dòng)速率為2.2g/10min。其它與實(shí)施例7相同。
權(quán)利要求
1.一種木粉增強(qiáng)聚丙烯模塑料，其特征是按重量比其成分組成包括聚丙烯樹(shù)脂100份，大分子偶聯(lián)劑1～15份，木粉5～130份；所說(shuō)的大分子偶聯(lián)劑為選自乙烯或丙烯與丙烯酰類(lèi)單體、馬來(lái)酸酐或馬來(lái)酸的共聚物，以及有機(jī)酸或酸酐改性的聚烯烴中的一種或一種以上。
2.按照權(quán)利要求1所述的模塑料，其特征是按重量比其成分組成包括聚丙烯樹(shù)脂100份，木粉30～90份，大分子偶聯(lián)劑為木粉量的2～5％。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的模塑料，其特征是所說(shuō)的聚丙烯樹(shù)脂為注射或擠出級(jí)的丙烯均聚物或丙烯-乙烯共聚物。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的模塑料，其特征是成分組成中按重量比計(jì)還含有0.5～15份加工助劑，該加工助劑為選自聚乙烯蠟、氯化聚乙烯、氧化聚乙烯、氧化聚丙烯、氯化石蠟中的一種或一種以上。
5.按照權(quán)利要求4所述的模塑料，其特征是按重量比，成分組成中含有的加工助劑為2～5份。
6.一種木粉增強(qiáng)聚丙烯模塑料的制備方法，其步聚為(1)、將干燥的聚丙烯、木粉、大分子偶聯(lián)劑及加工助劑按所需配比混合成干混物；(2)、將上述干混物加入雙螺桿擠出機(jī)的計(jì)量料斗，向擠出機(jī)的加料口計(jì)量輸送，輸送速率不大于擠出機(jī)輸送段的固體輸送速率；(3)、進(jìn)入擠出機(jī)的物料經(jīng)一個(gè)固體輸送段、一個(gè)或多個(gè)壓縮段、一個(gè)或多個(gè)混合段、最終經(jīng)一個(gè)長(zhǎng)徑比為3～15的計(jì)量段和壓縮比不小于2的口模離開(kāi)擠出機(jī)；(4)、離開(kāi)擠出機(jī)的物料用空氣或水冷卻到其軟化點(diǎn)以下，切粒或粉碎，然后分級(jí)、干燥，即得所需模塑料。
7.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征是所用的擠出機(jī)的長(zhǎng)徑比為25～45，擠出機(jī)加料口溫度為80～220℃，螺桿轉(zhuǎn)速為20～300轉(zhuǎn)/分，機(jī)頭溫度為150～260℃，真空口壓力為8kPa至常壓。
8.按照權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征是所說(shuō)的干混物的成分配比按重量比為聚丙烯樹(shù)脂100份，大分子偶聯(lián)劑1～15份，加工助劑0～15份，木粉5～130份。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種木粉增強(qiáng)聚丙烯模塑料及其制備方法。成分包括聚丙烯、木粉、大分子偶聯(lián)劑、加工助劑,用雙螺桿擠出制備的該模塑料,由于采用大分子偶聯(lián)劑,使木粉的增強(qiáng)作用得到充分發(fā)揮,其拉伸模量、拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度可分別提高100～180%、16～38%和15%。該模塑料具有良好的加工性能,易于用注塑或模壓的方法成型,適合于制備各種外觀和性能良好的制品。
文檔編號(hào)C08L97/00GK1257890SQ9911729
公開(kāi)日2000年6月28日 申請(qǐng)日期1999年12月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月17日
發(fā)明者李鐵騎, 曾漢民 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué), 中山大學(xué)