專利名稱：一種具有超高韌性的完全降解型竹塑復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及高分子材料技術領域，尤其涉及一種具有超高韌性的完全降解型竹塑復合材料及其制備方法。
背景技術：
我國擁有豐富的竹資源，竹子具有生長速度極快、易成材、強度高等優點。為開發竹資源、近年來竹塑復合材料得到了快速發展。
所謂竹塑復合材料是以竹粉或竹纖維與塑料為主要原料，在熔融狀態下充分混煉而成的新型復合材料。竹塑復合材料具有天然竹材的美感，耐腐蝕、蟲蛀，尺寸穩定性好，不褪色，易于切割、鉆孔，充分利用自然廢棄物，有利于環保等優點。竹塑復合材料被廣泛用于建造平臺、欄桿、步道、踏步、戶外桌椅、花架、樹池等戶外建筑園林構件，也可用于室內裝潢、包裝、運輸托盤等諸多領域。
由于竹塑復合材料中含有大量的竹粉或竹纖維，導致該類材料的熔融流動性很差，目前國內外的竹塑制品主要采用擠出和熱壓方法成型，不能采用注塑成型方法來制造形狀復雜的制品。授權公告號CN 101100555 B的中國發明專利中公開了一種竹塑復合型材的制備方法，采用混合熱壓法生產裝飾線條、地板、門窗等裝飾裝修材料。
目前在竹塑復合材料生產中采用的各種樹脂、增韌劑和偶聯劑均無法降解。授權公告號CN 101747645 B的中國發明專利中公開的竹塑復合材料的制備方法，選用的載體樹脂為聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯和聚苯乙烯。這些高分子材料均無法降解。中國發明專利申請201110146637. 8中公開了一種新型竹塑復合材料的制備方法，通過加入 3-15份的增韌劑，使竹塑復合材料的沖擊強度未發生大幅度降低。其所采用的增韌劑為粉末丁腈橡膠、丁腈系列粉末接枝橡膠、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物、乙烯-I-辛烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯、乙烯-I-辛烯共聚物，均為無法降解的高分子材料。這些增韌劑的加入會嚴重損害竹塑復合材料的降解性能。發明內容
本發明的目的是克服現有技術存在的上述不足，提供一種具有超高韌性的完全降解型竹塑復合材料及其制備方法。
為解決上述技術問題，本發明的目的是通過以下技術方案實現的。
一種具有超高韌性的完全降解型竹塑復合材料，其特征在于包括如下重量份數的組分降解塑料20 — 60;超細竹粉30 — 50;天然植物纖維 10 — 30;相容劑3 — 7;抗氧劑O. I — O. 6;潤滑劑I 一 3。
進一步優化的，所述的降解塑料為聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二酯(PBS)、聚己內酯(PCL)、聚丙烯碳酸酯(PPC)中的一種或幾種的混合物。
進一步優化的，所述的超細竹粉，其目數為300-500，含水量質量分數低于2%。
進一步優化的,所述的天然植物纖維為大麻、黃麻、亞麻、芒麻、劍麻等植物纖維, 纖維長2-50mm，長徑比> 1000。
進一步優化的，所述的相容劑為聚乳酸接枝惡唑啉、聚己內酯接枝惡唑啉中的一種以上。
進一步優化的，所述的抗氧劑為抗氧劑1010或抗氧劑245。所述的抗氧劑1010為四〔β- (3,5 - 二叔丁基-4 -羥基苯基)丙酸〕季戊四醇酯，所述的抗氧劑245為三甘醇一雙一〔3 - (3 一叔丁基一 4 一基一 5 —甲基苯)〕丙酸酸酯。
進一步優化的，所述的潤滑劑為硬脂酸、二十酸、油酸酰胺、硬脂酸正己酯、硬脂酸鈣、硬脂酸鋇中的一種以上。
進一步優化的，所述完全降解型竹塑復合材料的組分還包括O — 3份其它助劑，所述其它助劑包括環保色粉(如酞菁藍)。
上述具有超高韌性的完全降解型竹塑復合材料的制備方法，其包括步驟(O按所述重量份數，將除天然植物纖維外的原材料投入到混合器中干混；(2)將步驟(I)混合好的原料投入到雙螺桿擠出機的加料斗，用強制喂料機將所述重量份的天然植物纖維加入擠出機中，經熔融擠出，造粒得到所述復合材料。
進一步優化的，步驟(I)所述干混時間為3 5min ;步驟(2)所述雙螺桿擠出機一區溫度為150-240 °C，二區為溫度170-250 °C，三區溫度為170_250°C，四區為溫度 170-250°C，機頭溫度為170-250°C，物料在擠出機中停留時間2 3min，壓力為20_30MPa。
進一步優化的，所述混合器為SHR系列高速混合器，主軸轉速為300 900轉/分鐘。
由以上技術方案可以看出，本發明與現有技術相比，具有以下優點和有益效果 本發明公開的具有超高韌性的完全降解型竹塑復合材料，可以在土埋條件下一年內實現完全降解。而在正常使用條件下，不會自行降解，能夠保證長期使用安全。此種竹塑復合材料中選用聚乳酸、聚羥基脂肪酸酯等降解塑料作為樹脂基體，選用大麻、黃麻、亞麻、苧麻、劍麻等天然植物纖維發揮增韌作用。與其相比，目前市售以及各種文獻中涉及的竹塑復合材料中均采用不能降解的通用性塑料和增韌劑，所以不能完全降解。
本發明公開的竹塑復合材料，其采用天然植物纖維發揮增韌作用，由于纖維與樹脂基體間相容性較好，界面結合力很強。故與采用常規增韌劑的竹塑復合材料相比，本發明公開的竹塑復合材料其沖擊韌性提高5-10倍。
竹粉或竹纖維的大量加入，會導致竹塑復合材料的熔融流動性非常差，所以目前市售以及各種文獻中涉及的竹塑復合材料均只能采用擠出或熱壓方法進行成型，無法成型結構復雜的制品。本發明公開的具有超高韌性的完全降解型竹塑復合材料，配方中的樹脂基體、竹粉物性、天然植物纖維、相容劑和潤滑劑等組分以及生產工藝使得竹塑復合材料的熔融指數可達5-10g/10min，故可采用注塑方法來成型結構復雜的制品。
具體實施方式
本實施方式中的一種具有超高韌性的完全降解型竹塑復合材料及其制備方法，a 按重量配比稱取降解塑料及其它原料(天然植物纖維除外)；b:將稱好的原材料投入到 SHR系列高速混合器中干混3 5min,主軸轉速300 900轉/分鐘；c :將b中混合好的原料投入到雙螺桿擠出機的加料斗，用強制喂料機將天然植物纖維加入擠出機中，經熔融擠出，造粒。加工工藝如下雙螺桿擠出機一區溫度150-240°C，二區溫度170-250°C，三區溫度170-250°C，四區溫度170-250O，機頭170_250°C，物料在擠出機中停留時間2 3min， 壓力為20_30MPa。
為便于對本發明進一步理解，現結合具體實施例對本發明進行詳細描述實施例I :按重量份數稱取PLA 34. 5份，超細竹粉40份，聚乳酸接枝惡唑啉5份，抗氧劑245O.5份，油酸酰胺2份，硬脂酸正己酯I份，酞菁藍2份。將稱好的原材料投入到SHR系列高速混合器中干混5min，主軸轉速300轉/分鐘；再將混合好的物料加入到雙螺桿擠出機的加料斗中，用強制喂料機將亞麻纖維加入擠出機中，控制纖維含量15份，經熔融擠出、造粒成復合材料。其中，螺桿各加溫區溫度設置分別為一區溫度150°C;二區175°C;三區 175。。;四區175°C ;機頭179°C ;物料在擠出機中停留時間2min，壓力為20. 8MPa。
實施例2 按重量份數稱取PLA 27. 5份，超細竹粉40份，聚乳酸接枝惡唑啉5份，抗氧劑245O.5份，油酸酰胺2份，硬脂酸正己酯I份，酞菁藍2份。將稱好的原材料投入到SHR系列高速混合器中干混5min，主軸轉速900轉/分鐘；再將混合好的物料加入到雙螺桿擠出機的加料斗中，用強制喂料機將亞麻纖維加入擠出機中，控制纖維含量22份，經熔融擠出、造粒成復合材料。其中，螺桿各加溫區溫度設置分別為一區溫度150°C;二區175°C;三區 175。。;四區175°C ;機頭1850C ;物料在擠出機中停留時間3min，壓力為24. 7MPa。
實施例3 按重量份數稱取PBS 34. 5份，超細竹粉40份，聚乳酸接枝惡唑啉5份，抗氧劑245O.5份，油酸酰胺2份，硬脂酸正己酯I份，酞菁藍2份。將稱好的原材料投入到SHR系列高速混合器中干混5min，主軸轉速600轉/分鐘；再將混合好的物料加入到雙螺桿擠出機的加料斗中，用強制喂料機將亞麻纖維加入擠出機中，控制纖維含量15份，經熔融擠出、造粒成復合材料。其中，螺桿各加溫區溫度設置分別為一區溫度170°C;二區230°C;三區 2350C ;四區2350C ;機頭240°C ;物料在擠出機中停留時間2. 5min，壓力為22. IMPa0
實施例4 按重量份數稱取PBS 27. 5份，超細竹粉40份，聚乳酸接枝惡唑啉5份，抗氧劑245O.5份，油酸酰胺2份，硬脂酸正己酯I份，酞菁藍2份。將稱好的原材料投入到SHR系列高速混合器中干混5min，主軸轉速500轉/分鐘；再將混合好的物料加入到雙螺桿擠出機的加料斗中，用強制喂料機將亞麻纖維加入擠出機中，控制纖維含量22份，經熔融擠出、造粒成復合材料。其中，螺桿各加溫區溫度設置分別為一區溫度170°C;二區230°C;三區 2350C ;四區2350C ;機頭240°C ;物料在擠出機中停留時間3min，壓力為28. 9MPa。
對比例I :按重量份數稱取線性低密度聚乙烯33. 5份，超細竹粉40份，粉末丁腈橡膠P83 15 份，聚乙烯接枝馬來酸酐5份，硅烷偶聯劑KH-570 I份，抗氧劑245 O. 5份，乙撐雙硬脂酰胺3份，酞菁藍2份。將稱好的原材料投入到SHR系列高速混合器中干混5min，主軸轉速 300轉/分鐘；再將混合好的物料加入到雙螺桿擠出機的加料斗中，經熔融擠出、造粒成復合材料。其中，螺桿各加溫區溫度設置分別為一區溫度150°C;二區175°C;三區175°C; 四區175°C ;機頭1850C ;物料在擠出機中停留時間2min，壓力為25. 9MPa。
對比例2 按重量份數稱取PLA 33. 5份，超細竹粉40份，粉末丁腈橡膠P83 15份，聚乙烯接枝馬來酸酐5份，硅烷偶聯劑KH-570 I份，抗氧劑245 O. 5份，乙撐雙硬脂酰胺3份，酞菁藍2份。將稱好的原材料投入到SHR系列高速混合器中干混5min，主軸轉速900轉/分鐘； 再將混合好的物料加入到雙螺桿擠出機的加料斗中，經熔融擠出、造粒成復合材料。其中， 螺桿各加溫區溫度設置分別為一區溫度150°C ;二區175°C ;三區175°C ;四區175°C ； 機頭185°C ;物料在擠出機中停留時間3min，壓力為26. 3MPa。
對比例3 按重量份數稱取PBS 33. 5份，超細竹粉40份，粉末丁腈橡膠P83 15份，聚乙烯接枝馬來酸酐5份，硅烷偶聯劑KH-570 I份，抗氧劑245 O. 5份，乙撐雙硬脂酰胺3份，酞菁藍2份。將稱好的原材料投入到SHR系列高速混合器中干混5min，主軸轉速600轉/分鐘； 再將混合好的物料加入到雙螺桿擠出機的加料斗中，經熔融擠出、造粒成復合材料。其中， 螺桿各加溫區溫度設置分別為一區溫度170°C ;二區230°C ;三區235°C ;四區235°C ； 機頭240°C ;物料在擠出機中停留時間2. 5min，壓力為29. IMPa0
性能測試拉伸強度按GB/T 1040標準進行檢驗。試樣類型為I型，樣條尺寸(mm) :170 (長)X (20±0.2)(端部寬度)X ( 4±0.2 )(厚度)，拉伸速度為50 mm/min ；彎曲強度和彎曲模量按GB/T 9341標準進行檢驗。試樣類型為試樣尺寸(mm): (80±2) X (10±0. 2) X (4±0· 2)，彎曲速度為 20 mm/min ；缺口沖擊強度按GB/T 1043標準進行檢驗。試樣類型為I型，試樣尺寸(mm): (80 ± 2) X (10±0. 2) X (4±0· 2);缺口類型為A類，缺口剩余厚度為3. 2 mm。
熔融指數按GB/T 3682標準進行檢測。出料口直徑2. 095毫米，測試溫度260°C， 試驗負荷5kg。
降解性能按土埋法進行檢測。將竹塑復合材料制成外形尺寸為IOOmmX 40mmX 5mm 的樣品，埋入酸性土壤中，土埋深度30cm。一年后將樣品取出，去除泥土等雜物后烘干，測試樣品的質量變化情況。
實施例f 4的配方及材料性能見表I :表I
權利要求
1.一種具有超高韌性的完全降解型竹塑復合材料，其特征在于以重量份數計，包括如下組分 降解塑料20 — 60; 超細竹粉30 — 50; 天然植物纖維 10 — 30; 相容劑3 — 7; 抗氧劑O. I — O. 6; 潤滑劑I 一 3。
2.如權利要求I所述的具有超高韌性的完全降解型竹塑復合材料，其特征在于所述的降解塑料為聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二酯(PBS)、聚己內酯(PCL)、聚丙烯碳酸酯(PPC)中的一種或幾種的混合物。
3.如權利要求I所述的具有超高韌性的完全降解型竹塑復合材料，其特征在于所述的超細竹粉，其目數為300-500，含水量質量分數低于2%。
4.如權利要求I所述的具有超高韌性的完全降解型竹塑復合材料，其特征在于所述的天然植物纖維為大麻、黃麻、亞麻、苧麻或劍麻，纖維長2-50mm，長徑比> 1000。
5.如權利要求I所述的具有超高韌性的完全降解型竹塑復合材料，其特征在于所述的相容劑為聚乳酸接枝惡唑啉、聚己內酯接枝惡唑啉中的一種以上。
6.如權利要求I所述的具有超高韌性的完全降解型竹塑復合材料，其特征在于所述的抗氧劑為抗氧劑1010或抗氧劑245。
7.如權利要求I所述的具有超高韌性的完全降解型竹塑復合材料，其特征在于所述的潤滑劑為硬脂酸、二十酸、油酸酰胺、硬脂酸正己酯、硬脂酸鈣、硬脂酸鋇中的一種以上。
8.如權利要求I所述的具有超高韌性的完全降解型竹塑復合材料，其特征在于所述還包括O — 3份其它助劑，所述其它助劑包括環保色粉。
9.制備權利要求I所述具有超高韌性的完全降解型竹塑復合材料的方法，其特征在于，包括步驟 (O按所述重量份數稱取原料，將除天然植物纖維外的原料投入到混合器中干混； (2)將步驟(I)混合好的原料投入到雙螺桿擠出機的加料斗，用強制喂料機將所述重量份的天然植物纖維加入擠出機中，經熔融擠出，造粒得到所述復合材料。
10.根據權利要求9所述的制備方法，其特征在于步驟(I)所述干混時間為3 5min；步驟(2)所述雙螺桿擠出機一區溫度為150-240°C，二區為溫度170-250°C，三區溫度為170-250°C，四區為溫度170-250°C，機頭溫度為170_250°C，原料在擠出機中停留時間2 3min,壓力為 20_30MPa。
全文摘要
本發明公開一種具有超高韌性的完全降解型竹塑復合材料及其制備方法，以重量份計復合材料包括降解塑料20－60，超細竹粉30－50，天然植物纖維10－30，相容劑3－7，抗氧劑0.1－0.6，潤滑劑1－6。制備方法是將除天然植物纖維外的原料干混；混合好的原料投入到雙螺桿擠出機，用強制喂料機將天然植物纖維加入擠出機中，經熔融擠出，造粒得到所述復合材料。與目前市場上常見的竹塑復合材料相比,本發明中竹塑復合材料的沖擊韌性提高5-10倍，可在土埋條件下一年內完全降解，而在自然使用條件下不會自行降解，可以保證長期使用的安全性，其熔融指數可達5-10g/10min，故可采用注塑方法進行成型加工。
文檔編號C08L97/02GK102977624SQ20121051172
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月4日 優先權日2012年12月4日
發明者張世杰, 程麗華, 王平, 童漢清, 楊鑫莉 申請人:廣東石油化工學院