[发明专利]制备纤维素填充的复合材料的方法

说明书

技术领域

    本发明涉及制备纤维素填充的复合材料的方法，属于复合材料制备技术领域。

背景技术

传统的结构性产品如座椅板凳、门窗、隔离板、栅栏等一般是用钢材，木质材料或者传统的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、其他各种聚烯烃、以及共混聚烯烃等。通常来说钢材和木材料结构强度高、应用广泛、能用与制造很多家居产品。但缺点是钢材容易生锈易于腐蚀、可塑性差；而塑料是产品则容易老化，成本比较高、资源消耗大、环境相对污染比较大。

本发明是一种含有植物纤维素填料的具有热塑性的聚烯烃复合材料。可用于压缩成型、滚塑成型、挤出成型和注塑成型。这种复合材料产品可以广泛的应用于替代传统的结构性产品，比如办公用品的桌椅板凳等、生活用品（盆、桶、箱、门窗、栅栏）、电子产品外壳、汽车和航空工业内部装修零部件等。这些结构性零部件要求其机械性能，如弯曲性能、拉伸性能、冲击强度等必须符合一定标准。因此，一方面要不断的提高材料的这些机械性能，另一方面还要考虑其他一些重要的因素：如工作温度、防火性能、经济效益、环保因素等。

在过去十年中，使用木质纤维素填充塑料的技术已经在国内外得到了长足的发展。而纤维素填料因为其纤维特性能更好的改善塑料聚合物的机械性能，特别是柔韧性和耐冲击性能，因此这种填充技术正逐步被引起关注。如美国专利US 7041716 B2发明了一种含有5-25%纤维素填充的聚烯烃塑料。但是由于纤维素具有与木质素明显不同的理化特性，大量加入纤维素会增加塑料基质与纤维素的杂合性能，还有后续加工如挤出和注塑方面的加工难度。因而大大限制了纤维素在聚烯烃基质中的大量使用。

综上所述，怎样更好的结合纤维素与聚烯烃塑料，成了一个值得探讨的课题。一方面要提高塑料基质与纤维素的黏合性能，使其具有更好的机械性能；另一方面又不明显降低塑料的可加工性，尽可能的提高纤维素填充材料的比例，降低成本节约资源保护环境。

本发明在此基础上研究创新，填补了国内空白，在国际上也比目前商用的同类产品性能有了极大的提升，特别是耐冲击性能大大领先与国内外同类产品。

发明内容

    本专利发明了一种高分子复合材料，包含烯烃类塑料基质、纤维素填充物、一种或者多种以上的具有高活性基团的接枝偶联剂、可能包含一种或者多种以上的内润滑剂或者外润滑剂、可能包含一种或者多种耐冲击改性剂、还可能包含一种及一种以上的分散剂等。原料经过干燥预处理，混合加热挤出，加工成形状适合商业生产的产品。可用于后续的各种压缩成型、滚塑成型、挤出成型和注塑成型。

    聚烯烃基质可以是纯净未经加工的各种聚烯烃：如低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物等。也可以是经过回收利用的含杂质的不纯净聚乙烯、聚丙烯或者是聚乙烯聚丙烯共聚物。

    纤维素来源广泛，它可以是造纸业回收利用的各种废旧纸张、印刷业回收废纸；也可以是各种天然的纤维素：如稻草、亚麻、黄麻等。纤维素须经过机械加工成型，再经过烘干干燥处理。需要特别注意的是：干燥温度和干燥时间不能使纤维素在干燥处理时发生的热降解。本专利中纤维素的使用比例为10%-70%，比目前已知的发明专利中最高30%左右的填充比例有显著的提高。

    接枝偶联剂是含有高活化基团的高极性低熔点添加剂，用于接枝具有亲水性的纤维素和疏水性的聚合物。它能在提高机械性能的同时，还可以提高纤维素在聚烯烃基质中的添加比例。在加工过程中，偶联剂通常的使用比例为1%-10%。

    润滑剂通常有两种不同的类型，即内部润滑型润滑剂和外部润滑型润滑剂。内部润滑剂是半溶解型的塑化剂，通过改善物质内部的不同微团之间的相容性显著降低塑料在加工过程中宏观表现出来的粘度，以降低加工过程的难度。如聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、石蜡、金属皂化物、高分子酯化物、酰胺类化合物、脂肪酸等。而外部润滑剂是通过润滑聚合物和加工机械金属表面来降低塑料加工工艺难度，如脂肪醇、低酯类、乙基醋酸乙酯等。本发明中主要使用的内部润滑剂，质量分数为0.5%-10%，也可以含有一定比例的外部润滑剂。

耐冲击性能是复合材料的很重要的一个机械性能。有些材料如橡胶具有很高的耐冲击强度，但许多高性能材料往往在低温或环境温度时表现出很低的耐冲击性。一般情况下，可以通过加入一些改性剂改善塑料的耐冲击性能。

此外，本专利还可能含有其他一些不同种类的添加剂，如分散剂、防火剂、稳定剂、抗氧化剂、颜料等。还可能由于原料不纯净含有一定比例的无机物等。