高分子纖維複合新材料

高分子纖維複合新材料

《高分子纖維複合新材料》是桂林舒康建材有限公司於2012年9月11日申請的專利，該專利的申請號為2012103340025，公布號為CN102838816A，授權公布日為2012年12月26日，發明人是嚴秀芹、陸紹榮、徐覺明、黃斌、羅崇禧、郭棟、盧李勤、謝超、田卓文。

《高分子纖維複合新材料》公開了一種高分子纖維複合新材料，按重量份計，它由下述組分製成：植物纖維填料40～100份；塑膠基材60～100份；熱穩定劑3.5～5份；增塑劑1～2份；潤滑劑1.6～2份；改性劑4～8份；相容劑1～3份；偶聯劑2～3份；超分散劑1～5份；陽離子表面活性劑1～4份；發泡劑1～1.8份；發泡助劑1～5份；抗氧劑0.3～1.2份；交聯劑1～10份；成核劑1～20份；降粘劑0.8～1份；增粘劑0.8～1份；其它助劑3.2～13.4份。該發明所述的複合新材料不易發生濕脹和乾縮，膨脹率及吸水性率低，因而所得製品具有較好的穩定性。

2016年12月7日，《高分子纖維複合新材料》獲得第十八屆中國專利優秀獎。

基本介紹

  • 中文名：高分子纖維複合新材料
  • 公布號：CN102838816A
  • 授權日：2012年12月26日
  • 申請號：2012103340025
  • 申請日：2012年9月11日
  • 申請人：桂林舒康建材有限公司
  • 地址：廣西壯族自治區桂林市恭城瑤族自治縣平安鄉新街農家樂工業園區
  • 發明人：嚴秀芹、陸紹榮、徐覺明、黃斌、羅崇禧、郭棟、盧李勤、謝超、田卓文
  • Int.Cl.：C08L27/06(2006.01)I、C08L97/02(2006.01)I、C08L23/06(2006.01)I、C08L23/12(2006.01)I、C08L77/00(2006.01)I等
  • 代理機構：桂林市持衡專利商標事務所有限公司
  • 代理人：唐智芳
  • 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,

專利背景

高分子纖維複合新材料是將植物纖維（包括木屑、劍麻粉、甘蔗渣、竹屑、麻桿、果殼等）與塑膠進行共混擠出得到的一類複合材料，被廣泛套用於民用建築裝飾、車船、國防等行業領域。這類材料具有較好的加工性，同時具有有抗腐蝕、美觀、大方等特點，但其不足之處是力學性能欠佳，但可以通過對植物纖維及塑膠進行表面改性、添加不同的助劑來改善。公開號為CN101921491A的發明專利，公開了一種木塑複合材料，按重量份數計，包括木粉100份，廢塑膠20～80份，廢橡膠5～50份，高熔指熱塑性樹脂10～60份，表面活性劑1～12份，潤滑劑2～8份，交聯劑0.1～4份，抗氧劑0.1～4份，加工助劑0.05～1.5份；其中，所述木粉目數在10至325目，高熔指熱塑性樹脂的熔體流動速度在20克/10分鐘以上，交聯劑為過氧化物。該發明通過加入高熔指熱塑性樹脂、表面活性劑來改善複合物中木粉的分散性、流動性以及與塑膠的相容性，通過加入廢橡膠以提高材料的力學性能（如拉伸強度、變曲強度、衝擊強度等）。但橡膠基本上都是來源於石油，屬易燃品，如果在建築裝飾材料上使用，存在安全隱患。

發明內容

專利目的

《高分子纖維複合新材料》要解決的技術問題是提供一種高分子纖維複合新材料，該材料具有較好的力學性能和較低的膨脹率。

技術方案

《高分子纖維複合新材料》所述的高分子纖維複合新材料，按重量份計，它由下述組分製成：植物纖維填料40～100份；塑膠基材60～100份；熱穩定劑3.5～5份；增塑劑1～2份；潤滑劑1.6～2份；改性劑4～8份；相容劑1～3份；偶聯劑2～3份；超分散劑1～5份；陽離子表面活性劑1～4份；發泡劑1～1.8份；發泡助劑1～5份；抗氧劑0.3～1.2份；交聯劑1～10份；成核劑1～20份；降粘劑0.8～1份；增粘劑0.8～1份；其它助劑3.2～13.4份；其中，所述的熱穩定劑為有機錫穩定劑、鈣鋅穩定劑或鉛鹽複合穩定劑；
所述的改性劑為ACR-401、乙烯-醋酸乙烯共聚物或氯化聚乙烯；
所述的陽離子表面活性劑為季銨鹽型陽離子表面活性劑；
所述的發泡劑為碳酸氫鈉與偶氮二甲醯胺或偶氮二異丁晴任意配比的組合；
所述的成核劑為選自碳酸鈣晶須、納米活性輕質碳酸鈣、滑石粉、二氧化鈦和硬脂酸鈣中的一種或任意兩種以上的組合；
所述的其它助劑按重量份計，其組成為氫氧化鈉0.5～3份、尿素1～5份、多聚甲醛1～3份、甲酸0.2～1.2份和三聚氰胺0.5～1.2份。
上述高分子纖維複合新材料中各組分的重量份優選為：植物纖維填料50～100份；塑膠基材60～80份；熱穩定劑4～5份；增塑劑1～2份；潤滑劑1.8～2份；改性劑5～7.5份；相容劑1.5～3份；偶聯劑2～3份；超分散劑2～4份；陽離子表面活性劑1～2份；發泡劑1.2～1.6份；發泡助劑2～5份；抗氧劑0.5～1份；交聯劑1～5份；成核劑5～13份；降粘劑0.8～0.9份；增粘劑0.8～0.9份；其它助劑4.7～6.7份。
上述技術方案中：
所述的植物纖維填料可以是木（竹）本材料如鋸末、刨花、木屑、椰殼、竹屑或竹絨等進行粉碎後得到的細顆粒；也可以是草本材料如劍麻下腳料、木屑、果殼、麻桿、花生殼、板栗殼、甘蔗渣等進行粉碎後得到的細顆粒；還可以是上述選擇中的任意兩種以上的組合，此時它們之間的配比可以是任意配比。所述植物纖維填料的粒度通常控制在80～200目。
所述的塑膠基材可以是熱塑性塑膠，如聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、尼龍（PA）、聚苯乙烯（PS）或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）等；也可以是熱固性塑膠，如胺基樹脂、酚醛樹脂或環氧樹脂等；還可以是上述選擇中的任意兩種以上的組合，此時它們之間的配比可以是任意配比。所述的塑膠基材可以是新料或回收料，其粒度通常控制在20～100目。
所述的增塑劑為選自鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二丁酯和環氧大豆油中的一種或兩種以上的組合；當增塑劑為上述任意兩種以上的組合時，它們之間的配比可以是任意配比。
所述的潤滑劑為選自硬脂酸、硬脂酸鉛、硬脂酸鋇、硬脂酸鋅、石蠟、聚乙烯蠟和氧化聚乙烯臘中的一種或任意兩種以上的組合；當潤滑劑為上述任意兩種以上的組合時，它們之間的配比可以是任意配比。
所述改性劑中的ACR-401是丙稀酸脂類高分子共聚物，具體可以採用淄博華星助劑有限公司、淄博海化化工有限公司、上虞市臨江化工有限公司等公司生產的。
所述的相容劑為聚乙烯內酯、馬來酸酐、丙烯酸或聚甲基丙酸甲脂。
所述的偶聯劑為選自矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑和鋁酸酯偶聯劑中的一種或任意兩種以上的組合。其中矽烷偶聯劑可以是r-氨基丙基三乙氧矽烷（KH550）、r-縮水甘油氧丙基三甲氧基矽烷（KH560）、三氟丙基三甲氧基矽烷（TF3）或十七氟癸基三甲氧基矽烷（TF17）；鈦酸酯偶聯劑可以是鈦酸酯偶聯劑NDZ-102、鈦酸酯偶聯劑NDZ-201、鈦酸酯偶聯劑NDZ-210、鈦酸酯偶聯劑NDZ-331或鈦酸酯偶聯劑NDZ-401；鋁酸酯偶聯劑可以是鋁酸酯偶聯劑DL-441-A、鋁酸酯偶聯劑DL-481或鋁酸酯偶聯劑DL-427。當偶聯劑的選擇為上述任意兩種以上的組合時，它們之間的配比可以是任意配比。
所述的超分散劑又名超級分散劑，具體可以是牌號為NBZ-3、DA-50、WH-1或PD-5超分散劑（國家超細粉末工程研究中心、上海華明超細新材料有限公司和華東理工大學技術化學物理研究所共同研製）；也可以是CH系列超分散劑（上海三正高分子材料有限公司）；優選使用超支化分散劑（桂林理工大學研製並生產）。
所述的陽離子表面活性劑為季銨鹽型陽離子表面活性劑，具體可以是烷基三甲基銨鹽、二烷基二甲基銨鹽或者是烷基二甲基苄基銨鹽等。其中所述的烷基二甲基苄基銨鹽通常是指月桂基硫酸烷基二甲基苄基銨或月桂基硫酸二癸基二甲基銨。
所述的發泡助劑具體可以是為發泡調節劑ZB530（山東華星塑膠助劑生產）。
所述的抗氧劑可以是2，6-二叔丁基對甲酚或者是四[甲基-β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯。
所述的交聯劑可以是過氧化苯甲醯、過氧化二異丙苯或過氧化苯甲酸叔丁酯。
成核劑的加入也可進一步提高產品的力學性能，當成核劑的選擇為碳酸鈣晶須、納米活性輕質碳酸鈣、滑石粉、二氧化鈦和硬脂酸鈣中的任意兩種以上的組合時，它們之間的配比可以是任意配比。
所述加工助劑中的多聚甲醛的聚合度為小於8，優選聚合度為2～8的多聚甲醛，具體可以是低聚合度多聚甲醛（甲醛含量為77%～93%的甲二醇縮聚物），為固體粉末狀（山東壽光市旭東化工有限公司生產）。
所述的降粘劑為降粘劑LJ-950。
所述的增粘劑為聚苯乙烯樹脂、單月桂酸酯聚氧乙烯化合物或環氧乙烷-環氧丙烷嵌段共聚物。
《高分子纖維複合新材料》所述高分子纖維複合新材料的製備方法為：
將植物纖維填料置於高速混合機中，加入其它助劑混合攪拌3～6分鐘（此時料溫達到100℃～120℃），打開高速混合機上的料斗蓋，讓植物纖維填料中所含的水份散發，待物料溫度降至45～55℃時，再加入超分散劑和陽離子表面活性劑，混合攪拌1～2分鐘，待物料溫度降至55～65℃時，加入塑膠基材和熱穩定劑，混合攪拌1～2分鐘；待物料溫度降至65～75℃時，加入潤滑劑、改性劑、相容劑、偶聯劑、抗氧劑、交聯劑、降粘劑和增粘劑混合攪拌2～4分鐘，待物料溫度降至75～85℃時加入增塑劑混合攪拌2～3分鐘，待物料溫度降至85～95℃時加入發泡劑和發泡助劑混合攪拌2～3分鐘，待物料溫度降至95～105℃時加入成核劑，混合攪拌至物料溫度達到120℃時停止高速混合，將物料排出，所得預混物料送入單螺桿或雙螺桿造粒機進行造粒（加工溫度為140～170℃）；最後將粒料送入單螺桿或雙螺桿擠出機（加工溫度為150～175℃）擠出各種高分子纖維複合新材料製品坯材，再經水冷定型、牽引、切割、下料，得到成品。

改善效果

《高分子纖維複合新材料》所述高分子纖維複合新材料選用特殊配比的其它助劑對植物纖維填料進行改性，再通過超分散劑、陽離子表面活性劑與改性後的植物纖維填料表面上的極性基團發生錨錮作用，以降低植物纖維填料的表面極性，一方面，有利於植物纖維填料與塑膠基材共混，解決兩者界面間的相容性問題；另一方面，可提高植物纖維填料與塑膠基材之間的親和能力，形成密實的網狀結構，使植物纖維填料在複合材料中的分散更均勻，流動性更好，從而能夠很好地傳遞填料與樹脂之間的應力，進而大大提高產品的力學性能。同時，由於超分散劑的加入，使改性後的植物纖維填料中的極性羥基被相關助劑中的取代基所取代或被塑膠基材所包覆，從而使所製得的複合材料不易發生濕脹和乾縮，膨脹率及吸水性率低，因而所得製品具有較好的穩定性；而陽離子表面活性劑的加入還使得擠出製品的表面更光滑、更美觀，且具有更好的抗腐蝕性。

技術領域

《高分子纖維複合新材料》涉及以生物質來源的高分子材料及製品領域，具體涉及一種高分子纖維複合新材料。

權利要求

1.《高分子纖維複合新材料》特徵在於：按重量份計，它由下述組分製成：植物纖維填料40～100份；塑膠基材60～100份；熱穩定劑3.5～5份；增塑劑1～2份；潤滑劑1.6～2份；改性劑4～8份；相容劑1～3份；偶聯劑2～3份；超分散劑1～5份；陽離子表面活性劑1～4份；發泡劑1～1.8份；發泡助劑1～5份；抗氧劑0.3～1.2份；交聯劑1～10份；成核劑1～20份；降粘劑0.8～1份；增粘劑0.8～1份；其它助劑3.2～13.4份；
其中，所述的熱穩定劑為有機錫穩定劑、鈣鋅穩定劑或鉛鹽複合穩定劑；所述的改性劑為ACR-401、乙烯-醋酸乙烯共聚物或氯化聚乙烯；所述的陽離子表面活性劑為季銨鹽型陽離子表面活性劑；所述的發泡劑為碳酸氫鈉與偶氮二甲醯胺或偶氮二異丁腈的組合；所述的交聯劑過氧化苯甲醯、過氧化二異丙苯或過氧化苯甲酸叔丁酯；所述的成核劑為選自碳酸鈣晶須、納米活性輕質碳酸鈣、滑石粉、二氧化鈦和硬脂酸鈣中的一種或任意兩種以上的組合；所述的其它助劑按重量份計，其組成為氫氧化鈉0.5～3份、尿素1～5份、多聚甲醛1～3份、甲酸0.2～1.2份和三聚氰胺0.5～1.2份。
2.根據權利要求1所述的高分子纖維複合新材料，其特徵在於：各組分的重量份為：植物纖維填料50～100份；塑膠基材60～80份；熱穩定劑4～5份；增塑劑1～2份；潤滑劑1.8～2份；改性劑5～7.5份；相容劑1.5～3份；偶聯劑2～3份；超分散劑2～4份；陽離子表面活性劑1～2份；發泡劑1.2～1.6份；發泡助劑2～5份；抗氧劑0.5～1份；交聯劑1～5份；成核劑5～13份；降粘劑0.8～0.9份；增粘劑0.8～0.9份；其它助劑4.7～6.7份。
3.據權利要求1或2所述的高分子纖維複合新材料，其特徵在於：所述的增塑劑為選自鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二丁酯和環氧大豆油中的一種或兩種以上的組合。
4.據權利要求1或2所述的高分子纖維複合新材料，其特徵在於：所述的潤滑劑為選自硬脂酸、硬脂酸鉛、硬脂酸鋇、硬脂酸鋅、石蠟、聚乙烯蠟和氧化聚乙烯臘中的一種或任意兩種以上的組合。
5.據權利要求1或2所述的高分子纖維複合新材料，其特徵在於：所述的相容劑為馬來酸酐或丙烯酸。
6.據權利要求1或2所述的高分子纖維複合新材料，其特徵在於：所述的偶聯劑為選自矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑和鋁酸酯偶聯劑中的一種或任意兩種以上的組合。
7.據權利要求1或2所述的高分子纖維複合新材料，其特徵在於：所述的降粘劑為降粘劑LJ-950。
8.根據權利要求1或2所述的高分子纖維複合新材料，其特徵在於：所述的增粘劑為聚苯乙烯樹脂、單月桂酸酯聚氧乙烯化合物或環氧乙烷-環氧丙烷嵌段共聚物。

實施方式

以下各實施例均採用下述方法進行加工：
將植物纖維填料置於高速混合機中，加入其它助劑混合攪拌5分鐘，然後打開高速混合機上的料斗蓋，讓植物纖維填料中所含的水份散發，待物料溫度降至50℃時，加入超分散劑和陽離子表面活性劑，混合攪拌2分鐘，待物料溫度降至60℃時，加入塑膠基材和熱穩定劑，混合攪拌2分鐘；待物料溫度降至70℃時，加入潤滑劑、改性劑、相容劑、偶聯劑、抗氧劑、交聯劑、降粘劑和增粘劑混合攪拌3分鐘，待物料溫度降至80℃時加入增塑劑混合攪拌3分鐘，待物料溫度降至90℃時加入發泡劑和發泡助劑混合攪拌3分鐘，待物料溫度降至100℃時加入成核劑，混合攪拌至物料溫度達到120℃時停止高速混合，將物料排出，所得預混物料送入單螺桿或雙螺桿造粒機進行造粒（加工溫度為140～170℃）；最後將粒料送入單螺桿或雙螺桿擠出機（加工溫度為150～175℃）擠出各種高分子纖維複合新材料製品坯材，再經水冷定型、牽引、切割、下料，得到成品。
實施例1
根據下述表1中實施例1的配方稱取各組分，按上述方法製成板材。
實施例2
根據下述表1中實施例2的配方稱取各組分，按上述方法製成板材。
實施例3
根據下述表1中實施例3的配方稱取各組分，按上述方法製成板材。
實施例4
根據下述表1中實施例4的配方稱取各組分，按上述方法製成板材。
實施例5
根據下述表1中實施例5的配方稱取各組分，按上述方法製成板材。
實施例6
根據下述表1中實施例6的配方稱取各組分，按上述方法製成板材。
表1
組分/實施例
實施例1
實施例2
實施例3
實施例4
實施例5
實施例6
植物纖維填料（重量份）
木粉
70
60




劍麻粉
30
40
50
40
60
40
秸桿粉




20

竹屑粉





30
果殼粉





30
塑膠基材（重量份）
聚氯乙烯（PVC）
100





聚乙烯（PE）

60



80
聚丙烯（PP）


80



尼龍（PA）



60


聚苯乙烯（PS）




60

熱穩定劑（重量份）
有機錫穩定劑

3



4
鉛鹽複合穩定劑


4



鈣鋅穩定劑
4


3.5
5

增塑劑（重量份）
鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）
2





鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）


1


1
環氧大豆油

2
0.5
1
1.5
1
潤滑劑（重量份）
硬脂酸鉛
0.3





硬脂酸根
0.2





硬脂酸鋅
0.2





氧化聚乙烯蠟
0.4
0.5
0.5
0.5
0.5

聚乙烯蠟

0.6
0.5
0.5
0.5

石蠟
0.3
0.3
0.5
0.5
0.3
1
硬脂酸
0.4
0.5
0.3
0.5
0.3
0.6
改性劑（重量份）
ACR401
6
3
2
2
2
4
CPE
2
4
5
2
2
4
相容劑（重量份）
馬來酸酐
1
2
1
1.6
3
1.5
偶聯劑（重量份）
KH550


2
1
1

KH560
2



1
2
鈦酸酯偶聯劑NDZ-201

2



1
鋁酸酯偶聯劑DL-481
1
1

1.5


超分散劑（重量份）
超支化分散劑（桂林理工大學研製）
3
2
1
2.5
3.5
5
陽離子表面活性劑（重量份）
月桂基硫酸烷基二甲基節基鉉
1

1.5
1

4
月桂基硫酸二癸基二甲基鉉

1.5


2

發泡劑（重量份）
碳酸氫鈉
0.5
1
0.8
0.8
1
1
偶氮二甲醯胺（AC）
0.5
0.8
0.9
0.8
0.8
0.8
發泡助劑
ZB530
3.5
2
1
5
3.5
3
抗氧劑
2,6-二叔丁基對甲酚
0.5
0.3

0.3
0.4

四［甲基-B-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸酯］


0.5


1.2
交聯劑
過氧化苯甲酸叔丁酯
2
0.8
1.5
5
10
1
成核劑
納米輕質活性碳酸氫鈣
10

12



二氧化鈦
1





硬脂酸鈣


2
1


碳酸鈣晶須

5

3
8
10
降粘劑（重量份）
降粘劑LJ-950
0.9
0.8
1
0.8
1
1
增粘劑（重量份）
單月桂酸酯聚氧乙烯化合物
1
0.8
0.9
0.8
0.8
0.9
其它加工助劑（重量份）
氫氧化鈉
0.5
0.8
0.8
2
1
3
尿素
1.5
3
2
1.5
1
2
多聚甲醛
1
2
1.5
1
1
3
甲酸
1.2
1
0.8
0.2
1.2
0.5
三聚氰胺
0.5
0.8
1
1
1
1.2
對根據實施例1～6製得的板材進行熔融指數、彎曲強度、拉伸強度、抗衝擊強度、吸水率進行測試，結果如下述表2所示：
表2
測試項目
熔融指數（克/10分鐘）
彎曲強度（兆帕）
拉伸強度（兆帕）
抗衝擊強度（千焦/平方米）
吸水率（%）
測試方法
GB/T3682
GB/T9341
GB/T1040
GB/T1043
GB/T1034
實施例1
/
45.7
36.2
29.1
0.47
實施例2
2.8
46.6
37.2
30.5
0.38
實施例3
2.4
49.3
34.6
31.6
0.34
實施例4
2.5
47.1
35.5
28.3
0.31
實施例5
3.7
48.5
35.3
28.1
0.34
實施例6
3.3
47.8
37.1
30.2
0.36

榮譽表彰

2016年12月7日，《高分子纖維複合新材料》獲得第十八屆中國專利優秀獎。

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