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CN110317392B - 一种可降解复合增强聚丙烯组合物及其制备方法 - Google Patents

一种可降解复合增强聚丙烯组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可降解复合增强聚丙烯组合物及其制备方法，其由50‑80份均聚聚丙烯、10‑20份PBTA、5‑15份改性竹原短切纤维、5‑10份羟基磷灰石、0.2份偶联剂、3‑5份塑化剂、0.5份抗氧剂经混合、挤出造粒制成。本发明通过使用表面乙酰化竹原纤维和羟基磷灰石对聚丙烯材料进行改性并添加界面偶联剂，获得的聚丙烯组合为其刚性和抗冲击性均得到提高；本发明所使用的竹原纤维本身就具备可降解功能，同时在基体材料中添加可降解聚合物PBTA，并填充具有高度生物相容性的羟基磷灰石，使得最终的聚丙烯组合物具有可降解的功能。

Description

一种可降解复合增强聚丙烯组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子复合材料技术领域，具体是一种可降解复合增强聚丙烯组合物及其制备方法。
背景技术
由于新技术新需求的不断攀升，对于聚合物材料的性能要求也越来越高。在越来越多的领域，聚合物基的复合材料正在不断地取代着其他的材料，因此其用量逐年增加。其中，纤维增强复合材料由于其高强度、耐高温和耐腐蚀等优点，成为应用最为广泛的复合材料种类，但现有的纤维本体或多或少地存在着回收困难，生产过程污染较大等问题。
竹纤维，是从竹子中提取出的纤维，其密度较低，而力学性能却非常高，并且是一种可降解的绿色环保材料。同时，竹纤维还具有抗菌除臭、抗紫外线等优点。但单纯添加竹纤维的复合材料，由于其与聚合物制件的界面作用较差，因此其性能无法完全体现，而单纯用偶联剂对竹纤维进行处理，其操作复杂且表面改性效率较低。专利号CN 102952337利用偶联剂对竹纤维进行处理并应用于聚丙烯改性中，其最终材料的性能较差，并没有体现出其相对于其他合成无机纤维所具有的优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可降解复合增强聚丙烯组合物及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种可降解复合增强聚丙烯组合物，由以下组分按重量份制备而成：
Figure BDA0001613821700000021
进一步方案，所述均聚聚丙烯的熔体流动速率在230℃/2.16kg条件下为30.0-50.0g/10min，缺口冲击强度≥50J/m。
所述PBTA为己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，其缺口冲击强度≥150J/m。
所述改性竹原短切纤维，是用乙酸酐对表面进行乙酰化处理后的短切竹纤维。
所述羟基磷灰石为利用水热法制备的轻质羟基磷灰石，其平均粒径≤200nm。
所述偶联剂为钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂或上述二者按质量比1：1进行复配。
所述塑化剂为环氧大豆油、环氧油酸丁酯、聚己二酸丙二醇酯、己二酸二辛酯中的至少两种。
所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)、三-(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)、硫代二丙酸双十八醇酯(DSTDP)中的至少两种。
本发明的另一个目的在于提供一种可降解复合增强聚丙烯组合物的制备方法，将50-80份均聚聚丙烯、10-20份PBTA、5-15份改性竹原短切纤维、5-10份羟基磷灰石、0.2份偶联剂、3-5份塑化剂、0.5份抗氧剂，一起加入高混机进行混合5-15min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得到可降解复合增强聚丙烯组合物粒料。
所述双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是165-170℃、170-185℃、175-185℃、175-185℃、175-185℃、180-190℃、180-195℃、180-195℃、180-195℃、185-200℃。
本发明的有益效果：
1、本发明通过使用表面乙酰化竹原纤维和羟基磷灰石对聚丙烯材料进行改性并添加界面偶联剂，获得的复合材料其刚性和抗冲击性均得到提高。
2、本发明所使用的竹原纤维本身就具备可降解功能，同时在基体材料中添加可降解聚合物PBTA，并填充具有高度生物相容性的羟基磷灰石，使得最终的复合材料具有可降解的功能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。
下述案例中的均聚聚丙烯的熔体流动速率在230℃/2.16kg条件下为30.0-50.0g/10min，缺口冲击强度≥50J/m。
下述案例中的PBTA为己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，其缺口冲击强度≥150J/m。
下述案例中的改性竹原短切纤维，是用乙酸酐对表面进行乙酰化处理后的短切竹纤维，其处理方法行业内已知，在此不做赘述。
下述案例中的羟基磷灰石为利用水热法制备的轻质羟基磷灰石，其平均粒径≤200nm。
下述案例中的偶联剂为钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂或上述二者按质量比1：1进行复配。
下述案例中的塑化剂为环氧大豆油、环氧油酸丁酯、聚己二酸丙二醇酯、己二酸二辛酯中的至少两种。
下述案例中的抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)、三-(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)、硫代二丙酸双十八醇酯(DSTDP)中的至少两种。
实施例1
(1)按表1中组分及配比(重量份)称取原料；
(2)将各原料在高混机中混合15min混合均匀，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒得组合物，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为170℃、175℃、180℃、180℃、185℃、190℃、190℃、195℃、195℃、200℃，挤出螺杆长径比为65，挤出螺杆转速为400转/分钟。将制备得到的混合物进行性能测试，测试结果见表2。
实施例2
(1)按表1中组分及配比(重量份)称取原料；
(2)将各原料在高混机中混合10min混合均匀，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒得组合物，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为170℃、170℃、180℃、180℃、185℃、185℃、185℃、195℃、195℃、200℃，挤出螺杆长径比为65，挤出螺杆转速为400转/分钟。将制备得到的混合物进行性能测试，测试结果见表2。
实施例3
(1)按表1中组分及配比(重量份)称取原料；
(2)将各原料在高混机中混合5min混合均匀，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒得组合物，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为165℃、170℃、175℃、185℃、190℃、190℃、190℃、190℃、190℃、195℃，挤出螺杆长径比为65，挤出螺杆转速为400转/分钟。将制备得到的混合物进行性能测试，测试结果见表2。
表1实施例1-3组分及配比(重量份)
组分 实施例1 实施例2 实施例3
均聚聚丙烯 50 65 80
PBTA 20 15 10
改性竹原短切纤维 15 10 5
羟基磷灰石 10 8 5
偶联剂 0.2 0.2 0.2
塑化剂 5 4 3
抗氧剂 0.5 0.5 0.5
表2实施例1-3性能测试
Figure BDA0001613821700000051
对比例1
将均聚聚丙烯50份、PBTA20份、改性竹原短切纤维25份、偶联剂0.2份、塑化剂5份、抗氧剂0.5份，加入高混机进行混合5-15min后加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得到复合增强聚丙烯组合物粒料，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为170℃、175℃、180℃、180℃、185℃、190℃、190℃、195℃、195℃、200℃，挤出螺杆长径比为65，挤出螺杆转速为400转/分钟。将制备得到的混合物进行性能测试，测试结果见表3。
对比例2
将均聚聚丙烯50份、PBTA20份、短切玻璃纤维15份、羟基磷灰石10份、偶联剂0.2份、塑化剂5份、抗氧剂0.5份，加入高混机进行混合5-15min后加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得到复合增强聚丙烯组合物粒料,挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为170℃、175℃、180℃、180℃、185℃、190℃、190℃、195℃、195℃、200℃，挤出螺杆长径比为65，挤出螺杆转速为400转/分钟。将制备得到的混合物进行性能测试，测试结果见表3。
对比例3
将均聚聚丙烯50份、PBTA20份、未改性竹原短切纤维15份、羟基磷灰石10份、偶联剂0.2份、塑化剂5份、抗氧剂0.5份，加入高混机进行混合5-15min后加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得到复合增强聚丙烯组合物粒料，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为170℃、175℃、180℃、180℃、185℃、190℃、190℃、195℃、195℃、200℃，挤出螺杆长径比为65，挤出螺杆转速为400转/分钟。将制备得到的混合物进行性能测试，测试结果见表3。
表3实施例1与对比例1-3性能测试
Figure BDA0001613821700000061
通过表2、表3数据可以看出，利用表面改性的短切竹纤维和羟基磷灰石复配的填充的体系比单纯的竹纤维体系、玻纤-羟基磷灰石体系或未改性的竹纤维填充体系的刚性和耐冲击性能要高，密度也要低于玻璃纤维填充体系。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施案例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施案例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可降解复合增强聚丙烯组合物，其特征在于，由以下组分按重量份制备而成：
Figure FDA0003539607450000011
所述改性竹原短切纤维，是用乙酸酐对表面进行乙酰化处理后的短切竹纤维。
2.根据权利要求1所述的可降解复合增强聚丙烯组合物，其特征在于，所述均聚聚丙烯的熔体流动速率在230℃/2.16kg条件下为30.0-50.0g/10min，缺口冲击强度≥50J/m。
3.根据权利要求1所述的可降解复合增强聚丙烯组合物，其特征在于，所述PBTA为己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，其缺口冲击强度≥150J/m。
4.根据权利要求1所述的可降解复合增强聚丙烯组合物，其特征在于，所述羟基磷灰石为利用水热法制备的轻质羟基磷灰石，其平均粒径≤200nm。
5.根据权利要求1所述的可降解复合增强聚丙烯组合物，其特征在于，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂或上述二者按质量比1：1进行复配。
6.根据权利要求1所述的可降解复合增强聚丙烯组合物，其特征在于，所述塑化剂为环氧大豆油、环氧油酸丁酯、聚己二酸丙二醇酯、己二酸二辛酯中的至少两种。
7.根据权利要求1所述的可降解复合增强聚丙烯组合物，其特征在于，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)、三-(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)、硫代二丙酸双十八醇酯(DSTDP)中的至少两种。
8.如权利要求1-7任一项所述的可降解复合增强聚丙烯组合物的制备方法，其特征在于：将50-80份均聚聚丙烯、10-20份PBTA、5-15份改性竹原短切纤维、5-10份羟基磷灰石、0.2份偶联剂、3-5份塑化剂、0.5份抗氧剂，一起加入高混机进行混合5-15min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得到可降解复合增强聚丙烯组合物粒料。
9.根据权利要求8所述的可降解复合增强聚丙烯组合物的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是165-170℃、170-185℃、175-185℃、175-185℃、175-185℃、180-190℃、180-195℃、180-195℃、180-195℃、185-200℃。
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