[發明專利]一種硬質天然纖維增強聚丙烯復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201510586912.6
• 申請日: 2015-09-15
• 公開（公告）號: CN105086328B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 葉耀挺;陳良光
• 申請（專利權）人: 浙江新力新材料股份有限公司
• 主分類號: C08L51/06
• 分類號: C08L51/06;C08L97/02;C08L63/00;C08K5/20;C08F255/02;C08J5/06
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司33224
• 代理人: 陳升華

技術領域

本發明涉及聚丙烯復合材料領域，具體涉及一種硬質天然纖維增強聚丙烯復合材料及其制備方法。

背景技術

目前制備結構內飾件(如飛機、高鐵和火車等)很多采用碳纖維、玻璃纖維增強聚丙烯復合材料，產品尺寸好，易加工成型。但近年來，由于能源危機、節能減排和環境污染等因素，使得人們越來越傾向于綠色、環保和可持續的復合材料，而傳統的纖維增強材料如碳纖維和玻璃纖維因其制備工藝復雜、生產高耗能，在很多傳統領域使用已逐漸受到限制?？沙掷m性發展，產業生態學，生態效益，綠色化學正在引導著下一代材料、產品與工藝的發展和進步。復合材料以強度高、質量輕等不可替代的優勢在材料科學領域占有重要一席之地，但是許多復合材料的廢棄、回收和再生等帶來日益嚴重的環境問題。而以木材、竹材、農作物剩余物等天然纖維加工的復合材料正扮演著越來越重要的角色。高性能天然纖維及其復合材料的研究、開發與應用已成為全球研究的熱點。究其原因，是因為天然纖維具有許多突出的優點：來源豐富、價格低廉、可再生、可降解、高比性能等。

天然纖維復合聚丙烯材料是復合材料領域的一個重要發展方向，與玻璃纖維等其他合成纖維增強復合聚丙烯材料相比，具有密度低、隔音效果好；比性能、比強度和比模量高等特點。同時具有價廉質輕，人體親和性好，其原料屬可再生資源，產品可自然降解，能減輕對環境帶來的負擔等優點。天然纖維復合聚丙烯材料的生物可降解性，使其成為環境友好型“綠色產品”，符合可持續發展戰略，已引起材料科學家及工程師們的廣泛關注。

早在上個世紀七十年代，北美一些汽車公司就已經開始了天然纖維增強聚丙烯材料用于汽車內飾件的研究。在本世紀初，日本三菱已經開發出了質量輕、綜合性能優良的天然植物纖維增強塑料，并成功應用到某些高檔車型上。在我國，近幾年也廣泛開展了植物纖維增強聚丙烯方面的研究工作，如申請公布號為CN102585358A(申請號為201110454706.1)的中國發明專利申請公開了一種天然纖維增強聚丙烯復合材料及其制備方法，該專利首先采用超聲波表面脫附技術，除去纖維表面的雜質、油脂和糖類物質，再通過添加增韌劑、相容劑等物質處理得到具有一定強度和韌性的聚丙烯復合材料。

此外，為了得到高強度天然纖維增強聚丙烯復合材料，國內眾多高校和科研單位也對此作了較為系統的基礎研究，如東華大學紡織學院Liu等人通過研究(Composite:Part A,2009,40:669-674)發現天然纖維素如黃麻纖維在聚合物如聚丁二酸丁二醇酯(PBS)中很難被PBS浸潤，改善PBS的力學性能，如果經過對黃麻纖維表面進行預處理，黃麻纖維/PBS復合材料力學性能會得到明顯改善，隨后陶強等(產業用紡織品，2012，273：16-18)通過對棕櫚纖維進行堿處理、熱處理，改善聚丙烯在纖維表面的潤濕性能，也得到了高性能棕櫚纖維/聚丙烯復合材料。進一步，中國科學院寧波材料技術與工程研究所朱錦研究團隊通過研究(Industrial and Engineering Chemistry Research,2015,54:1806-3812；Composite Science and Technology,2014,90:9-15)，具有環氧基團的環氧大豆油和環氧檸檬酸能夠在反應擠出過程中富集到微晶纖維素的表面對其親水的表面進行疏水改性，從而改善疏水聚合物如聚乳酸在微晶纖維表面的浸潤，實現高強度天然微晶纖維增強聚合物的材料制備方法。然后該文獻使用的纖維素為微晶纖維素，屬于短纖維類，在宏觀尺寸上面還無法相比于傳統長纖維如碳纖和玻纖，最終制備的復合材料在力學性能方面也無法和傳統纖維增加聚丙烯相復合材料比較。

由于硬質天然植物纖維表面非常光滑且脂肪和糖類物質較多，表面的固定性羥基含量較少，而聚丙烯的分子鏈為非極性鏈，缺少可反應的基團，導致兩者的相容性很差，硬質長天然植物纖維與聚丙烯基體之間的界面結合力很弱，兩者復合時很容易在界面上形成空隙和缺陷，增強體和基體之間的粘結力很差，難以獲得力學性能優異的復合材料。為此，必須結合表面處理、尋找合適的剛性相容劑和界面引發交聯三重技術來改善硬質天然纖維與聚丙烯基體之間的相容性和界面結合強度，最終獲得力學性能優異的硬質天然纖維增強聚丙烯復合材料。

發明內容

為了解決現有技術的不足和缺陷，本發明提供了一種硬質天然纖維增強聚丙烯復合材料及其制備方法，通過硬質長天然植物纖維結合三重界面改性技術，使得該材料具有環保、可持續、低密度、價廉、加工成型性能好、產品低收縮率和高機械強度等特點。

為了實現上述目的本發明采用如下技術方案：