[发明专利]一种微纳米纤维素增强高密度聚乙烯复合材料的制备方法

说明书

本发明公开一种微纳米纤维素增强高密度聚乙烯复合材料的制备方法，其按以下重量比组成：纤维素10‑60％，高密度聚乙烯40‑70％，相容剂2‑5％。本发明利用马来酸酐接枝聚乙烯作为相容剂，以“溶液混溶法”来改善高密度聚乙烯在微纳米纤维素中的分散问题和界面问题，使复合材料力学性能显著提升；整体加工过程简易，连续且绿色，无化学试剂的使用，提供了该复合材料的工业化高效率连续生产的可能性，复合材料轻质高强的特性在航空航天、汽车材料、节能建筑等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明是一种微纳米纤维素增强高密度聚乙烯复合材料的制备方法，属于天然纤维增强聚合物技术领域。

背景技术

纤维素作为生物降解材料的天然资源，具有蕴含量丰富，无毒无污染，良好的生物相容性和生物可降解性等优势，在面临着日益严峻的能源危机问题和环境问题，纤维素被认为是未来化工领域和新材料开发领域的重要原料。纳米纤维素除了具有成本低、密度低、可再生、能耗低、比性能高、可生物降解、表面反应性较好等诸多优点，纳米纤维素聚合物复合材料的适配性、设计灵活性和可加工性使其在汽车、包装、电子和生物技术等领域得到广泛应用。新型纤维素复合材料的研发和使用对可再生资源的利用与可持续发展都有重要的现实意义。

纤维素作为世界上产量最大的可再生资源，同时由其生产而来的微纤化纤维素有着强度高、热膨胀系数小等优点，因此一直被认为是一种良好的增强体材料，但是当用纳米纤维素用于常见通用塑料高密度聚乙烯时，极性的纤维素增强体和非极性聚乙烯基底的不相容性，纤维素细化后带来的高比表面积以及纤维表面富含羟基容易形成氢键使得纤维素纤维容易团聚。纤维素复合材料中的纤维团聚现象，直接导致复合材料强度降低，使得纤维素无法达到预期增强效果。

所以解决微纳米纤维素纤维素在复合材料的团聚这一问题的同时保证低成本和方生产可连续性，是实现在实际中可连续生产、低成本和环保的生产高性能的纤维素增强复合材料的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可解决微纳米纤维素纤维增强高密度聚乙烯中的分散问题的加工方法，该方法工艺简单，生产成本低并且绿色可连续。

为实现上述目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的：

一种微纳米纤维素增强高密度聚乙烯复合材料的制备方法，其制备方法包括如下步骤：

(1)称取一定质量的纤维素浆板，加入去离子水配制成一定浓度的纤维素溶液；

(2)将纤维素溶液用高速搅拌机疏解，转速为5000r/min，时间为4-8min/次，共3次，得到疏解后的纤维素溶液；

(3)将高密度聚乙烯粉末(300-500目)和马来酸酐接枝聚乙烯粉末(300-500目)加到步骤(2)得到的纤维素溶液中，在恒温加热磁力搅拌器中控制温度52-70℃，转速为2000-4000r/min搅拌，直至粉末分散到整个纤维素溶液中；

(4)将步骤(3)得到的纤维素-高密度聚乙烯混合溶液经过真空抽滤除水，得到含水率约为70-80wt％的糊状纤维素-高密度聚乙烯粉末混合物；

(5)将步骤(4)得到的纤维素-高密度聚乙烯混合物放入真空烘箱8-16h，控制温度50-80℃，得到干燥纤维素-高密度聚乙烯混合物；

(6)将步骤(5)得到的干燥纤维素-高密度聚乙烯混合物剪成适当大小的块状；

(7)将步骤(6)得到的块状混合物投入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出温度为140-160℃，螺杆转速为20-50rpm，挤出后的复合材料切成颗粒以方便存放和进一步成型；

(8)用注塑机对复合材料颗粒进行注塑成型，一般生产中可用于注塑相应的应用器件，实验室中将其注塑成抗弯样条用于测试其力学性能。