专利名称：一种聚烯烃/植物纤维复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于聚烯烃改性技术领域与植物纤维综合利用领域，具体涉及一种聚烯烃 /植物纤维复合材料及制品的配方及其制备方法。
背景技术：
利用木质纤维填料(包括木粉、秸杆、稻壳等)和热塑性塑料(包括废旧热塑性塑 料)为主要原料，外加一些加工助剂，经过成型加工而制得的复合材料称为木材-热塑性塑 料复合材料(Wood Plastic Composites，也简称WPC)。聚烯烃/植物纤维复合材料就是其 中的一大类。包括聚烯烃/植物纤维复合材料在内的木塑复合材料具有比单独的木质材料 或塑料产品更优异的性能，是木材的理想代用品，其主要优点有无木材制品的缺陷，如木 节疤、斜纹理、腐朽等；耐用，寿命长，有类似木质外观，比塑料硬度高；木塑制品是均勻性 材料，具有优良的物性，不存在顺纹、横纹的异向力学性能和径向、弦向的不同收缩率；木塑 制品无论是压制、挤压、注射成型，只要有定型的模具和容样器即能一次成型；无加工剩余 物，最有效地利用原材料且加工效率高；制品表面光滑、平整、坚固，并可压制出企形口、立 体图案和其他要求形状，而且有类似木材的二次加工性，可切割、粘结等；加入各种着色剂 或覆膜，能制得色彩绚丽的各种制品；能重复使用和回收再利用。基于木塑复合材料的这些优点，它可应用于日常生活中的很多领域(1)建筑装 修、装饰材料，如护墙板、踢脚板、天花板、装饰板、壁板、高速公路噪音隔板及建筑模板等； (2)公园、球场、街道等场合用于露天桌椅；C3)交通、市政方面，如铁路轨枕、下水井盖、格 栅板；⑷包装材料，搬运垫板和托盘；(5)家居中，围墙、花箱、走道、地板、防潮隔板和洗脸 间的防潮设施等。虽然包括聚烯烃/植物纤维复合材料在内的木塑复合材料具有上述众多的优点 和广泛的应用领域，但是其韧性(抗冲击性能)较差一直是困扰科研工作者和工业企业的 一个重要问题。由于植物纤维本身刚性较大，且通常均带有大量羟基，极性很大，因而与树脂相容 性较差，导致复合材料的冲击强度一般会低于原塑料。某些偶联剂或相容剂虽可改善复合 材料的冲击性能，但效果一般有限。对包括聚烯烃/植物纤维复合材料在内的木塑复合材 料进行增韧改性时，目前多采用弹性体增韧的方法。弹性体本身具有极好的韧性，加入到复 合材料中后，能够引发大量的银纹和剪切带，从而吸收大量的冲击能，故可大幅度提高复合 材料的冲击强度。如尹以高等以甲基丙烯酸甲酯/ 丁二烯/苯乙烯共聚物(MBQ对PP/木 粉、HDPE/木粉和LDPE/木粉三种复合材料进行增韧改性，结果表明，MBS能明显地提高复合 材料的冲击韧性。庄乃银等以三元乙丙橡胶(EPDM)、EVA和苯乙烯/ 丁二烯/苯乙烯共聚 物(SBQ对PP基WPC进行增韧改性，结果表明，EPDM对复合材料的增韧效果明显。虽然弹性体增韧包括聚烯烃/植物纤维复合材料在内的木塑复合材料可以改善 复合材料的冲击性能，但通常弹性体的引入均会在一定程度上降低复合材料的抗张强度和 模量，同时弹性体的使用，也在一定程度上提高了复合材料的生产成本。
而本发明在常规的聚烯烃/植物纤维复合材料及制品的配方(聚烯烃树脂、植物 纤维、加工助剂等)中引入一种功能性改性母料，在一定的功能性改性母料用量下，将植物 纤维严格干燥后与加工助剂通过高速混合机等设备充分混合后，再与聚烯烃粒料和功能性 改性母料共混、挤出造粒或挤出成型即可获得冲击性能和延展性得到改善，且不损伤其抗 张强度和模量的聚烯烃/植物纤维复合材料或其制品。
发明内容
本发明的目的是针对当前包括聚烯烃/植物纤维复合材料在内的木塑复合材料 提高冲击韧性的需要，提供一种冲击性能和延展性得到改善且不显著降低其强度和模量的 聚烯烃/植物纤维复合材料及制品的配方及制品和制备方法，即向常规的聚烯烃/植物纤 维复合材料配方中引入一定用量的功能性改性母料，并通过高速混合、挤出共混、造粒或成 型等常规的塑料成型加工方法获得聚烯烃/植物纤维复合材料或其制品。该法显著的区别 于传统的弹性体增韧包括聚烯烃/植物纤维复合材料在内的木塑复合材料的方法，工艺简 单可控，易于实现，同时成本也比较低廉。本发明是这样实现的一种聚烯烃/植物纤维复合材料，所述的复合材料由聚烯烃、植物纤维、功能性 改性母料和加工助剂组成，按重量百分数计算，其中聚烯烃为20% -60%，植物纤维为 40-80%，功能性改性母料占聚烯烃和植物纤维总重量的5% -15%，加工助剂占聚烯烃和 植物纤维总重量的2-5%。更进一步的方案是所述的植物纤维包括木粉、稻草秸秆粉或麦秸秆粉或其混合 物。更进一步的方案是所述的聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯聚丙烯混合物。更进一步的方案是所述的功能性改性母料以氧化聚乙烯蜡为载体，滑石粉和纳 米碳酸钙均勻分散于其中。其中功能性改性母料按重量百分数计算，包含氧化聚乙烯20-50%，滑石粉 20-50 %，纳米碳酸钙30-55 %。功能性改性母料是将纳米碳酸钙、滑石粉和氧化聚乙烯高速混合后，用双螺杆挤 出机挤出造粒，使滑石粉和纳米碳酸钙在母料中均勻分散而制成。更进一步的方案是所述的加工助剂包括润滑剂、偶联剂、色料、抗氧剂、防霉剂、 紫外线吸收剂等助剂中的一种或多种。本发明还提供了所述聚烯烃/植物纤维复合材料的制备方法，植物纤维严格干燥 后与加工助剂通过高速混合机等设备充分混合后，与聚烯烃粒料和功能性改性母料共混、 挤出造粒获得聚烯烃/植物纤维复合材料。所获得聚烯烃/植物纤维复合材料及制品，与一般的聚烯烃/植物纤维复合材料 及其制品相比，强度、模量并不降低，但冲击韧性和延展性得到显著改善。本发明与现有技术相比，具有以下积极效果1、本发明提供的冲击性能和延展性得到显著改善的聚烯烃/植物纤维复合材料， 其所采用的增韧技术方法显著的区别于常用的弹性体增韧方式与弹性体增韧聚合物/植 物纤维复合材料在提高复合材料冲击性能的同时，强度和模量均会有所降低不同，本发明通过引入功能性改性母料的方法，在提高复合材料和制品冲击性能和延展性的同时，并不 降低复合材料及制品的强度和模量。2、本发明提供的冲击性能和延展性得到显著改善的聚烯烃/植物纤维复合材料 及制品，所采用的功能性改性母料制备方法简单，且所采用的氧化聚乙烯蜡、滑石粉、碳酸 钙均价廉易得，相对于弹性体增韧，聚烯烃/植物纤维复合材料及制品的成本更低。3、本发明所提供的功能性改性母料，以氧化聚乙烯蜡为载体，氧化聚乙烯蜡与聚 烯烃(特别是聚乙烯)和植物纤维均具有较好的亲合作用，再配合偶联剂等加工助剂的使 用，较好的改善了植物纤维与聚烯烃基体的界面相互作用，因而赋予复合材料较高的强度 和模量。4、本发明所提供的功能性改性母料，以氧化聚乙烯蜡为载体，滑石粉和纳米碳酸 钙均勻分散于其中。其制备采用常用的共混、挤出造粒的方法，制备方法简单，工业实施性 极强；5、本发明提供的冲击性能和延展性得到显著改善的聚烯烃/植物纤维复合材料 及制品，除了引入功能性改性母料外，其制备方法与传统的木塑复合材料和制品的制备过 程相比，无须使用任何特殊或新添设备，工业可实施性强。
具体实施例方式下面给出的实施例是对本发明的具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只用 于对本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员 根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
具体实施方式
包括两部分I聚烯烃/植物纤维复合材料的制备方法；II聚烯烃/ 植物纤维复合材料的配方组成及组分含量。I聚烯烃/植物纤维复合材料的制备方法(1)植物纤维的过筛与干燥。实施例1 8中，植物纤维经过60目筛网过筛后，通 过干燥处理使水分含量低于2%，备用；(2)原材料的初步混合。将经过干燥处理的植物纤维与加工助剂在高速混合机中 混合5min ；打开高速混合机，加入配方设定的聚烯烃树脂和功能性改性母料，再次高速混 合 3min ；(3)复合材料的挤出造粒。在双螺杆挤出机中将经过初混的物料挤出造粒，挤出机 的温度设置为160-200°C，挤出机螺杆转速为80rpm-120rpm，挤出物料通过口模后，进入型 材定型设备、冷却、切割、堆垛，即获得冲击性能和延展性得到显著改善的聚烯烃/植物纤 维复合材料。为了测试所获得复合材料的力学性能，将上述步骤C3)挤出造粒获得的粒料于 i2o°c干燥处理池后，在往复式螺杆注射成型机上注射成型力学性能测试标准试样。注射 成型机温度设置为170-200°c。注射压力36MPa，保压压力30MPa。所获得拉伸、冲击试样 23°C下时效处理24h后进行性能测试。II聚烯烃/植物纤维复合材料的不同配方组成及力学性能(实施例1 8)以下给出具体配方组成及组分含量的10个实施例，所指的聚烯烃/植物纤维复合 材料的制备方法按I所给出的步骤执行。作为比较的实施例9和实施例10不含有本发明所提供的功能性改性母料。实施例1 按重量计聚乙烯树脂30份、稻草秸秆粉70份；功能性改性母料为聚乙 烯树脂和秸秆粉总重量的10%;加工助剂为聚乙烯树脂和秸秆粉总重量的4%;功能性改性 母料中，含有重量百分数计算的氧化聚乙烯25 %，滑石粉20 %，纳米碳酸钙55 %。实施例2 按重量计聚乙烯树脂45份、麦秸秆粉55份；功能性改性母料为聚乙烯 树脂和秸秆粉总重量的8% ；加工助剂为聚乙烯树脂和秸秆粉总重量的3% ；功能性改性母 料中，含有重量百分数计算的氧化聚乙烯40 %，滑石粉30 %，纳米碳酸钙30 %。实施例3 按重量计聚乙烯树脂60份、木粉与稻草秸秆粉混合物40份；功能性 改性母料为聚乙烯树脂和秸秆粉总重量的5% ；加工助剂为聚乙烯树脂和秸秆粉总重量的 2 % ；功能性改性母料中，含有重量百分数计算的氧化聚乙烯20 %，滑石粉50 %，纳米碳酸钙 30%。实施例4 按重量计聚乙烯树脂45份、木粉55份；功能性改性母料为聚乙烯树脂 和木粉总重量的8%;加工助剂为聚乙烯树脂和秸秆粉总重量的3%;功能性改性母料中，含 有重量百分数计算的氧化聚乙烯50 %，滑石粉25 %，纳米碳酸钙25 %。实施例5 按重量计聚乙烯树脂45份、麦秸秆粉55份；功能性改性母料为聚乙烯 树脂和麦秸秆粉总重量的8% ；加工助剂为聚乙烯树脂和秸秆粉总重量的3% ；功能性改性 母料中，含有重量百分数计算的氧化聚乙烯50 %，滑石粉25 %，纳米碳酸钙25 %。实施例6 按重量计回收的聚乙烯45份、稻草秸秆粉55份；功能性改性母料为回 收聚乙烯和麦秸秆粉总重量的8% ；加工助剂为聚乙烯和秸秆粉总重量的3% ；功能性改性 母料中，含有重量百分数计算的氧化聚乙烯50 %，滑石粉25 %，纳米碳酸钙25 %。实施例7 按重量计聚丙烯树脂45份、稻草秸秆粉55份；功能性改性母料为聚丙 烯树脂和麦秸秆粉总重量的8% ；加工助剂为聚丙烯树脂和秸秆粉总重量的3% ；功能性改 性母料中，含有重量百分数计算的氧化聚乙烯50 %，滑石粉25 %，纳米碳酸钙25 %。实施例8 按重量计回收的聚丙烯45份、麦秸秆粉55份；功能性改性母料为聚丙 烯树脂和麦秸秆粉总重量的8% ；加工助剂为聚乙烯和秸秆粉总重量的3% ；功能性改性母 料中，含有重量百分数计算的氧化聚乙烯50 %，滑石粉25 %，纳米碳酸钙25 %。实施例9 按重量计聚乙烯树脂45份、秸秆粉55份；加工助剂为聚乙烯树脂和秸 秆粉总重量的3% ；实施例10 按重量计聚丙烯树脂45份、秸秆粉55份；加工助剂为聚丙烯树脂和 秸秆粉总重量的3% ；表1给出了上述8个实施例所获得的聚烯烃/植物纤维复合材料的力学性能测试 结果。可见，与常规的包含聚烯烃/植物纤维复合材料在内的木塑复合材料制备方法相比 (参见实施例9、实施例10)，按照本发明提供的配方和制备方法获得的聚烯烃/植物纤维复 合材料基本上均可在不降低强度和模量的前提下，较为显著的提高聚烯烃/植物纤维复合 材料的冲击性能和延展性。表1聚烯烃/植物纤维复合材料的力学性能
权利要求
1.一种聚烯烃/植物纤维复合材料，其特征在于所述的复合材料由聚烯烃、植物纤维、 功能性改性母料和加工助剂组成，按重量百分数计算，聚烯烃为20% _60%，植物纤维为 40-80%，功能性改性母料占聚烯烃和植物纤维总重量的5% -15%，加工助剂占聚烯烃和 植物纤维总重量的2-5%。
2.根据权利要求1所述的聚烯烃/植物纤维复合材料，其特征在于所述的植物纤维 为木粉、稻草秸秆粉、麦秸秆粉中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的聚烯烃/植物纤维复合材料，其特征在于所述的聚烯烃为 聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯与聚丙烯的混合物。
4.根据权利要求1所述的聚烯烃/植物纤维复合材料，其特征在于所述的功能性改 性母料以氧化聚乙烯蜡为载体，滑石粉和纳米碳酸钙均勻分散在氧化聚乙烯蜡中。
5.根据权利要求4所述的聚烯烃/植物纤维复合材料，其特征在于所述的功能 性改性母料按重量百分数计算，包含氧化聚乙烯20-50%，滑石粉20-50%，纳米碳酸钙 30-55% 。
6.根据权利要求1所述的聚烯烃/植物纤维复合材料，其特征在于所述的加工助剂 包括润滑剂、偶联剂、色料、抗氧剂、防霉剂、紫外线吸收剂中的一种或多种。
7.权利要求1至6任一权利要求所述聚烯烃/植物纤维复合材料的制备方法，其特征 在于植物纤维经干燥后与加工助剂通过高速混合机充分混合后，再与聚烯烃粒料和功能 性改性母料共混、挤出造粒即获得聚烯烃/植物纤维复合材料。
全文摘要
本发明公开了一种聚烯烃/植物纤维复合材料及其制备方法，该复合材料由聚烯烃、植物纤维、功能性改性母料和加工助剂组成，按重量百分数计算，其中聚烯烃为20％-60％，植物纤维为40-80％，功能性改性母料占聚烯烃和植物纤维总重量的5％-15％，加工助剂占聚烯烃和植物纤维总重量的2-5％。该复合材料的制备方法为，植物纤维严格干燥后与加工助剂通过高速混合机等设备充分混合后，再与聚烯烃粒料和功能性改性母料共混、挤出造粒而获得。与一般的聚烯烃/植物纤维复合材料相比，该复合材料在不降低强度、模量的情况下，冲击韧性得到显著改善，进一步的拓宽了聚烯烃/植物纤维复合材料的应用范围。
文档编号C08L23/12GK102070911SQ201010554250
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月23日 优先权日2010年11月23日
发明者赵波 申请人:成都芝田高分子材料有限公司