一種植物炭塑料複合材料的製作方法

2023-09-23 08:41:55

專利名稱：一種植物炭塑料複合材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及高分子領域，尤其涉及一種植物炭塑料複合材料。
背景技術：
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是指相對分子量在150萬以上的聚乙烯，是一種在目 前的工程塑料中綜合性能最佳的新型工程塑料。超高分子量聚乙烯分子結構排列與普通聚乙烯完全相同，但是，由於它具有非常高的相對分子量，因此，它具有了許多普通聚乙烯材料所不具備的優異性能。例如它具有①不易粘附異物；②耐化學腐蝕；③無毒，可循環回收等。儘管超高分子量聚乙烯具有上述優點，可它也有不足之處，如耐溫性差(熱變形溫度為80°C )、尺寸穩定性差、硬度低(洛氏硬度40-50HRM)、剛度低、拉伸強度低(34MPa)、不抗靜電(表面電阻為1015Ω)以及無流動性(熔體流動速率為O)等，給加工成型帶來極大的困難，一般只能依賴於模壓成型或柱塞擠出成型的方法進行加工，限制了超高分子量聚乙烯樹脂的應用。聚丙烯(PP)自1957年工業化以來發展極為迅速，是一種應用很廣泛的塑料。聚丙烯的耐熱性優於聚乙烯，其熔點達164°C，可在100-120°C下長期使用。聚丙烯還具有優良的耐腐蝕性、電絕緣性，它的力學性能，包括拉伸強度、壓縮強度、硬度等也很好，其剛性和耐摺疊性十分突出。但是，聚丙烯也有其亟待克服的缺點，象耐磨性、韌性不足等。中國專利CN02110452公開了一種聚丙烯/超高分子量聚乙烯原位成纖共結晶複合材料，然而該材料的力學性能及阻燃性和抗靜電性均有待改進。

發明內容
本發明的目的是提供一種具有優異韌性、又具備較高的剛性和硬度以及阻燃性的植物炭塑料複合材料。本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的
一種植物炭塑料複合材料，其重量和組成為分子量為400-700萬的超高分子量聚乙烯100份，分子量為100-140萬的高密度聚丙烯30-35份，超低密度聚丙烯8_10份，阻燃劑3-12份，增韌劑5-10份，偶聯劑2-5份，抗氧劑O. 5-1份，植物炭15-20份。作為優選，所述植物炭經過以下方法製得
(O原料前處理將植物原料送入微波真空罐中，抽真空至真空度為-O. 02MPa -O. OOlMPa，再進行微波處理，微波頻率為300MHz 950MHz，微波處理時間為I 3min ；
(2)植物炭製備將經過前處理所得的植物原料依次經歷乾燥、預炭化、炭化、煅燒和冷卻，控制燃燒以5-15°C /min的速率升溫至700_750°C或900-1000°C並保溫40_80min，然後再以5-15°C /min的速率升溫至1000-1500°C或1600-1800°C並保溫2_8h得到植物炭。
作為優選，所述植物原料為玉米芯、竹子或松樹。更優選地，對於玉米芯或竹子，控制燃燒以5-15°C /min的速率升溫至700_750°C並保溫40-80min，然後再以5_15°C /min的速率升溫至1000-1500°C並保溫2_8h，得到植物炭。更優選地，對於松樹，控制燃燒以5_15°C /min的速率升溫至900-1000°C並保溫40-80min，然後再以5_15°C /min的速率升溫至1600-1800°C並保溫2_8h，得到植物炭。
作為優選，所述阻燃劑按重量份數計由以下組分組成低聚磷酸銨20 50份、磷酸銨10 25份、焦磷酸銨6 12份、硫酸銨5 20份、硼酸5 10份、水10 25份。本發明所用阻燃劑，對環境無汙染，也保證了生產過程中工人的身體安全，並且可以循環使用。作為優選，所述增韌劑為三元乙丙橡膠EPDM或乙丙膠。作為優選，所述偶聯劑為矽烷偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑或鋁鈦複合偶聯劑。作為優選，所述抗氧劑為亞磷酸酯或抗氧劑168。
一種植物炭塑料複合材料的生產方法，其依次包括以下步驟
(O原料前處理將植物原料送入微波真空罐中，抽真空至真空度為-O. 02MPa -O. OOlMPa，再進行微波處理，微波頻率為300MHz 950MHz，微波處理時間為I 3min ；
(2)植物炭製備將經過前處理所得的植物原料依次經歷乾燥、預炭化、炭化、煅燒和冷卻，控制燃燒以5-15°C /min的速率升溫至700_750°C或900-1000°C並保溫40_80min，然後再以5-15°C /min的速率升溫至1000-1500°C或1600-1800°C並保溫2_8h得到植物炭；
(3)塑料改性米用分子量為400-700萬的超聞分子量聚乙烯和分子量為100-140萬的高密度聚丙烯為基料共混改性，在加工過程中，添加阻燃劑、增韌劑、偶聯劑、抗氧劑和步驟(I)所得植物炭；
其中各組分的重量比為
超聞分子量聚乙烯100份；
高密度聚丙烯30-35份；
超低密度聚丙烯8-10份，
阻燃劑3-12份；
增韌劑5-10份；
偶聯劑2-5份；
抗氧劑O. 5-1份；
植物炭15-20份。
本發明通過前處理可以控制植物原料的水分和開孔，有助於後續的植物炭製備，製備的植物炭並且具有良好的導電和去味功能，可以去除塑料的氣味；對塑料性能的抗靜電性具有促進作用；同時超高分子量聚乙烯和高密度聚丙烯的分子鏈之間相互纏繞，通過超低密度聚丙烯、增韌劑、偶聯劑和抗氧劑調節其相容性和抗氧性，改善了超高分子量的加工性能，使製備所得的植物炭塑料複合材料具有優異韌性、又具備較高的剛性和硬度以及阻燃性。
作為優選，所述步驟(3)先將所述阻燃劑、增韌劑、偶聯劑、抗氧劑和步驟(I)所得植物炭在密煉機中於90-100°C下捏合40-50min，然後再添加到所述基料中。本發明先將先將阻燃劑、增韌劑、偶聯劑、抗氧劑和步驟(I)所得植物炭在密煉機中加壓捏合有助於植物炭與阻燃劑、增韌劑、偶聯劑、抗氧劑的充分混合，防止阻燃劑、抗氧劑的遷移。


圖I是本發明植物炭炭化立式移動床的溫度控制系統示意 圖中，A-乾燥區；B-預炭化區；C-炭化區；D-煅燒區；E-冷卻區；F-帶CPU的溫度感應裝置；dl/d2/d3-助燃物導入孔；tl/t2/t3-測溫點。·
具體實施例方式如圖I所示，植物炭製備使用的立式移動床分為乾燥區A、預炭化區B、炭化區C、煅燒區D和冷卻區E。煅燒區D —側分布有許多可以調節開啟或閉合的助燃物導入孔，如dl、d2、d3等，另一側對應有各個小孔處的測溫點如tl、t2、t3等，各小孔處溫度通過與該測溫點連接的溫度感應裝置F顯示。實施例一
本實施例採用的植物原料為玉米芯。將植物原料送入微波真空罐中，抽真空至真空度為-O. 02MPa，再進行微波處理，微波頻率為300MHzMHz，微波處理時間為Imin ；
將經過前處理所得的植物原料依次經歷乾燥、預炭化、炭化、煅燒和冷卻，各測溫點的溫度，乾燥區A為150°C，預炭化區B為275°C，炭化區C為450°C，升溫時觀測圖I所示D區即燃燒區不同位置的溫度，當燃燒區某處如d2的溫度過低時，打開該處的小孔，導入空氣就地就近燃燒，使該處溫度升高，控制竹子下移過程中經歷的燃燒區溫度，控制燃燒以50C /min的速率升溫至700°C並保溫40min，然後再以5°C /min的速率升溫至1600°C並保溫2h得到植物炭；
塑料改性先將3份阻燃劑、5份三元乙丙橡膠EPDM增韌劑、2份矽烷偶聯劑、O. 5份亞磷酸酯和15份植物炭在密煉機中於90°C下捏合40min，然後再添加到100份分子量為400-500萬的超高分子量聚乙烯、8份超低密度聚丙烯和30份分子量為100-110萬的高密度聚丙烯組成的基料中，高速混合後經雙螺杆擠出機擠出造粒，擠出溫度為210°C。使用的阻燃劑按重量份數計由以下組分組成低聚磷酸銨20份、磷酸銨10份、焦磷酸銨6份、硫酸銨5份、硼酸5份、水10份。廣品性能指標見表I。
實施例二本實施例採用的植物原料為竹片(長約40cm)。將植物原料送入微波真空罐中，抽真空至真空度為-O. OOlMPa，再進行微波處理，微波頻率為950MHz，微波處理時間為3min ；
將經過前處理所得的植物原料依次經歷乾燥、預炭化、炭化、煅燒和冷卻，各測溫點的溫度，乾燥區 為150°C，預炭化區B為275°C，炭化區C為450°C，升溫時觀測圖I所示D區即燃燒區不同位置的溫度，當燃燒區某處如d2的溫度過低時，打開該處的小孔，導入空氣就地就近燃燒，使該處溫度升高，控制竹子下移過程中經歷的燃燒區溫度，控制燃燒以150C /min的速率升溫至750°C並保溫80min，然後再以15°C /min的速率升溫1500°C並保溫8h得到植物炭；
塑料改性先將12份阻燃劑、10份乙丙膠增韌劑、2-5份鋁酸酯偶聯劑、I份抗氧劑168和20份植物炭在密煉機中於100°C下捏合50min，然後再添加到100份分子量為600-700萬的超高分子量聚乙烯、10份超低密度聚丙烯和35份分子量為130-140萬的高密度聚丙烯組成的基料中，高速混合後經雙螺杆擠出機擠出造粒，擠出溫度為220°C。使用的阻燃劑按重量份數計由以下組分組成低聚磷酸銨50份、磷酸銨25份、焦磷酸銨12份、硫酸銨20份、硼酸10份、水25份。
實施例三
本實施例採用的植物原料為松樹，將松樹去除表皮雜質後進行初切，長度控制不超過15cm0將植物原料送入微波真空罐中，抽真空至真空度為-O. OlMPa，再進行微波處理，微波頻率為550MHz，微波處理時間為2min ；
將經過前處理所得的植物原料依次經歷乾燥、預炭化、炭化、煅燒和冷卻，各測溫點的溫度，乾燥區A為180°C，預炭化區B為325°C，炭化區C為530°C，升溫時觀測圖I所示D區即燃燒區不同位置的溫度，當燃燒區某處如d2的溫度過低時，打開該處的小孔，導入空氣就地就近燃燒，使該處溫度升高，控制竹子下移過程中經歷的燃燒區溫度，控制燃燒以IO0C /min的速率升溫至900°C並保溫50min，然後再以10°C /min的速率升溫至1600°C並保溫5h得到植物炭；
塑料改性先將8份阻燃劑、6份三元乙丙橡膠EPDM增韌劑、4份鋁鈦複合偶聯劑、O. 7份亞磷酸酯和18份植物炭在密煉機中於95°C下捏合45min，然後再添加到100份分子量為500-600萬的超高分子量聚乙烯、9份超低密度聚丙烯和33份分子量為120-130萬的高密度聚丙烯組成的基料中，高速混合後經雙螺杆擠出機擠出造粒，擠出溫度為230°C。使用的阻燃劑按重量份數計由以下組分組成低聚磷酸銨30份、磷酸銨15份、焦磷酸銨8份、硫酸銨15份、硼酸8份、水15份。
實施例四
同實施例三，不同的是使用的原料為山毛櫸；控制燃燒以10°c /min的速率升溫至1000°C並保溫50min，然後再以10°C /min的速率升溫至1800°C並保溫5h得到植物炭。
實施例五同實施例三，不同的是阻燃劑為十溴二苯醚、三氧化二銻和膨脹性阻燃劑多聚磷酸銨APP,三者比例為10:5:1。
對比實施例一
同實施例一，不同的是植物原料未經過微波真空前處理，而是直接製備成植物炭後進行塑料改性。
對比實施例二
同實施例二，不同的是將植物原料送入微波真空罐中，抽真空至真空度為-O. 4MPa，再進行微波處理，微波頻率為1200MHz，微波處理時間為5min，在塑料改性時添加的植物炭重量為5份。
對比實施例三
同實施例三，不同的是在塑料改性時未添加阻燃劑。
表I各實施例及對比實施例的產品性能指標
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從表i中可以看出，
(1)本發明實施例一-實施例三產品的拉伸強度和拉伸模量大，說明其抗衝擊，彈性和硬度大；熔融指數高，說明其流動性好；懸臂梁缺口衝擊強度大，說明其韌性大；表面電阻大，說明其抗靜電性能強；有焰燃燒時間長和內部燃燒的無焰時間短，說明其阻燃性強；實施例四採用的植物原料為山毛櫸，其各方面性能略差；
(2)實施例五採用的阻燃劑不同於實施例一-實施例四，其阻燃性能略差；
(3)對比實施例一的植物原料未經過微波真空前處理，其產品的各方面性能較差；對比實施例二添加的植物炭重量以及微波真空處理方法參數不同，其產品的各方面性能尤其是抗靜電性差。本具體實施例僅僅是對本發明的解釋，其並不是對本發明的限制，本領域技術人員在閱讀完本說明書後可以根據需要對本實施例做出沒有創造性貢獻的修改，但只要在本發明 的權利要求範圍內都受到專利法的保護。
權利要求
1.一種植物炭塑料複合材料，其特徵在於重量和組成為分子量為400-700萬的超高分子量聚乙烯100份，分子量為100-140萬的高密度聚丙烯30-35份，超低密度聚丙烯8-10份，阻燃劑3-12份，增韌劑5-10份，偶聯劑2-5份，抗氧劑0.5-1份，植物炭15-20份。
2.根據權利要求I所述的一種植物炭塑料複合材料，其特徵在於所述植物炭經過以下方法製得 (1)原料前處理將植物原料送入微波真空罐中，抽真空至真空度為-O. 02MPa -O. OOlMPa，再進行微波處理，微波頻率為300MHz 950MHz，微波處理時間為I 3min ； (2)植物炭製備將經過前處理所得的植物原料依次經歷乾燥、預炭化、炭化、煅燒和冷卻，控制燃燒以5-15°C /min的速率升溫至700_750°C或900-1000°C並保溫40_80min，然後再以5-15°C /min的速率升溫至1000-1500°C或1600-1800°C並保溫2_8h得到植物炭。
3.根據權利要求2所述的一種植物炭塑料複合材料，其特徵在於所述植物原料為玉米芯、竹子或松樹。
4.根據權利要求3所述的一種植物炭塑料複合材料，其特徵在於所述阻燃劑按重量份數計由以下組分組成低聚磷酸銨20 50份、磷酸銨10 25份、焦磷酸銨6 12份、硫酸銨5 20份、硼酸5 10份、水10 25份。
5.根據權利要求4所述的一種植物炭塑料複合材料，其特徵在於所述增韌劑為三元乙丙橡膠EPDM或乙丙膠。
6.根據權利要求5所述的一種植物炭塑料複合材料，其特徵在於所述偶聯劑為矽烷偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑或鋁鈦複合偶聯劑。
7.根據權利要求6所述的一種植物炭塑料複合材料，其特徵在於所述抗氧劑為亞磷酸酯或抗氧劑168。
8.一種根據權利要求I所述的植物炭塑料複合材料的生產方法，其特徵在於依次包括以下步驟 (1)原料前處理將植物原料送入微波真空罐中，抽真空至真空度為-O. 02MPa -O. OOlMPa，再進行微波處理，微波頻率為300MHz 950MHz，微波處理時間為I 3min ； (2)植物炭製備將經過前處理所得的植物原料依次經歷乾燥、預炭化、炭化、煅燒和冷卻，控制燃燒以5-15°C /min的速率升溫至700_750°C或900-1000°C並保溫40_80min，然後再以5-15°C /min的速率升溫至1000-1500°C或1600-1800°C並保溫2_8h得到植物炭； (3)塑料改性米用分子量為400-700萬的超聞分子量聚乙烯和分子量為100-140萬的高密度聚丙烯為基料共混改性，在加工過程中，添加阻燃劑、增韌劑、偶聯劑、抗氧劑和步驟(I)所得植物炭； 其中各組分的重量比為 超聞分子量聚乙烯100份； 高密度聚丙烯30-35份； 超低密度聚丙烯8-10份， 阻燃劑3-12份；增韌劑5-10份； 偶聯劑2-5份； 抗氧劑O. 5-1份； 植物炭15-20份。
9.一種根據權利要求8所述的植物炭塑料複合材料的生產方法，其特徵在於所述步驟(3)先將所述阻燃劑、增韌劑、偶聯劑、抗氧劑和步驟(I)所得植物炭在密煉機中於90-100°C下捏合40-50min，然後再添加到所述基料中。
10.一種根據權利要求9所述的植物炭塑料複合材料的生產方法,其特徵在於對於玉米芯或竹子植物原料，控制燃燒以5-15°C /min的速率升溫至700_750°C並保溫40_80min，然後再以5-15°C /min的速率升溫至1000-1500°C並保溫2_8h，得到植物炭。
全文摘要
本發明涉及高分子領域，尤其涉及一種植物炭塑料複合材料，其重量和組成為分子量為400-700萬的超高分子量聚乙烯100份，分子量為100-140萬的高密度聚丙烯30-35份，超低密度聚丙烯8-10份，阻燃劑3-12份，增韌劑5-10份，偶聯劑2-5份，抗氧劑0.5-1份，植物炭15-20份，該植物炭塑料複合材料具有優異韌性、又具備較高的剛性和硬度以及阻燃性。
文檔編號C08K3/30GK102888045SQ201210408679
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月24日 優先權日2012年10月24日
發明者丁建中 申請人:浙江建中竹業科技有限公司