专利名称：一种聚氯乙烯／改性大麻茎杆粉复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于天然纤维复合材料技术领域，具体涉及一种高填充未增塑聚氯乙烯/ 改性大麻茎杆粉复合材料及其制备方法。
背景技术：
大麻(拉丁文学名为Cannabis sativa L),或称麻、大麻草,为木质草本植物,属被子植物门，双子叶植物纲，荨麻目，大麻科，大麻属，其主要有效化学成份为四氢大麻酚(简称THC)。1988年颁布的《联合国禁止非法贩运麻醉药品和精神药物公约》明确规定大麻植株中含四氢大麻酚(THC)小于O. 3%的，已经不具备提取THC毒性成分价值，可以作为工业大麻利用。目前工业大麻在中国已有大面积的种植，大麻籽、大麻油、大麻韧皮纤维等的研究已相对成熟，在实际应用中也比较广泛，但是对大麻茎杆的利用研究还远远落后于大麻韧皮纤维。大麻茎杆具有和硬木类似的物理机械性能，其密度为O. 25 O. 45g/cm3，低于普通的木粉密度(O. 40 O. 60g/cm3)。据资料统计，大麻茎杆亩产量为600 1200kg，大麻茎杆几乎只作为燃料使用，经济效益低，不仅造成自然资源的严重浪费，还污染环境。目前国内外研究主要在以PP、PE等为基体的木质纤维或蒙脱石等复合材料上，而对PVC/植物纤维复合材料的报道很少见，以大麻茎杆粉制作复合材料的文献还未见报道。在报道过的一些植物纤维塑料复合材料中，植物纤维的填充度不高，与塑料间的相容性很差，在塑料基体中配比的用量不大，一般在10 30%左右(如果添加量高，则复合材料的脆性就增加)，而且增强和增韧等力学性能不理想。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，本发明的目的之一在于提供一种能大量填充改性大麻茎杆粉，填充度较高，与塑料相容性好，而且不增加材料的脆性，增强和增韧等力学性能较好的聚氯乙烯/改性大麻茎杆粉复合材料。本发明的另一目的是提供一种上述聚氯乙烯/改性大麻茎杆粉复合材料的制备方法。本发明所述的聚氯乙烯/改性大麻茎杆粉复合材料，由下述重量份配比的原料制成聚合度为700-4000聚氯乙烯100份，大麻茎杆粉50 200份，表面改性剂1_6份，高分子改性剂5 10份，热稳定剂2 8份,润滑剂I 5份。本发明所使用的表面改性剂选自钛酸酯偶联剂、锆铝酸酯、铝酸酯、磷酸酯、硅烷偶联剂、高级脂肪酸及其盐、非离子型表面活性剂、双(2—羟乙基)甲基牛脂基季铵盐、 十八烷基三溴化铵、氧化聚丙烯蜡和氧化聚乙烯蜡、聚乙二醇中的一种或几种混合物。本发明所使用的高分子改性剂选自氯化聚乙烯(CPE)、聚丙烯酸酯(ACR)、 全丙烯酸酯类(AM)、乙烯一醋酸乙烯共聚物(EVA)、丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元接技共聚物(MBS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)类抗冲高分子改性剂的一种或几种混合物。
本发明所使用的热稳定剂选自二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、二烷基马来酸二丁基锡、二(巯基乙酸异辛基酯)二丁基锡、月桂酸马来酸二丁基锡、三碱式硫酸铅、二碱式亚磷酸铅、二碱式硬脂酸铅、二碱式邻苯二甲酸铅、二碱式磷酸铅、硬脂酸铅中的一种或几种混合物。本发明所使用的润滑剂包括石蜡、硬脂酸、硬脂酸钡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、氧化聚乙烯蜡中的一种或几种混合物。本发明所述聚氯乙烯/改性大麻茎杆粉复合材料优选的制备方法包括以下步骤
(1)将大麻茎杆粉碎成120 200目的细粉后，在90 120°C预热干燥2_4小时，干燥至水份含量< O. 5% ;
(2)用60 90°C石油醚将表面改性剂稀释配成5 15wt%的溶液；
(3)在高速混合机内，将经步骤(2)处理后表面改性剂溶液加入到大麻茎杆粉中，高速搅拌处理10 40分钟，制得改性大麻茎杆粉；
(4))按上述重量份比将聚氯乙烯、高分子改性剂、热稳定剂、润滑剂和改性大麻茎杆粉在高速捏合机中混合，到温度80 90°C后出料，然后在双辊开炼机上于130 150°C下熔融共混20 40min。本发明的有益效果是通过采用表面改性剂对大麻茎杆粉的表面和边缘进行偶联改性，使有机基团覆盖于大麻茎杆粉表面，改变其表面性能，而且形成一定厚度的过渡层， 使大麻茎杆粉与聚合度为700-4000聚氯乙烯树脂界面间产生很好的相容性，最终实现大麻茎杆粉匀分散在聚合度为700-4000聚氯乙烯树脂中，很好地解决了大麻茎杆纤维与聚氯乙烯树脂的相容性及原料表面处理等技术难题，提高了大麻茎杆粉在聚氯乙烯树脂中的填充度，使大麻茎杆粉在塑料基体中的配比可达到50 200%，能显著降低复合材料的重量，而且不会增加材料的脆性，实现了大麻原料的综合利用，解决了农业废弃物的处理问题，提高了农产品的附加值，而且本发明制作的复合材料还可回收利用，是极好的环保材料；此外，由于加入了高分子改性剂和稳定剂后，提高了材料的抗冲击性能和稳定性，增强和增韧的力学效果较理想。
本发明根据不同要求，可以通过调整配方(如大麻茎杆粉的含量、大麻茎杆粉表面改性种类与用量、大麻茎杆粉与高分子改性剂的比例等)而得到一系列具有不同韧性的复合材料，并且制备工艺简单，经济实用性强。
具体实施例方式下面的实施例可以使本领域的技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的方案及其发明构思，加以等同替换或改变，都应该涵盖在本发明保护的范围内。实施例I
将大麻果实和叶子去除后所剩的茎杆，用农用粉碎机磨成碎沫，再用高速转子磨粉机磨成180 200目的细粉，按表I配方取规定重量份的大麻茎杆粉和表面改性剂，先将大麻茎杆粉在120°C预热干燥2小时，干燥至水份含量< O. 5%，用60°C石油醚将表面改性剂稀释配成5wt%的溶液；后在高速混合机内将表面改性剂稀释液加入到大麻茎杆粉中，高速搅拌处理10分钟，制得改性大麻茎杆粉；按表I配方将规定重量份的各种物料和改性大麻茎杆粉在高速捏合机中进行混合，到温度80°C后出料。然后在双辊开炼机上于130°C下熔融共混20min后下片，按照国标要求制样，测试结果见表2。实施例2
将大麻果实和叶子去除后所剩的茎杆，用农用粉碎机磨成碎沫后，再用高速转子磨粉机磨成160 180目的细粉，按表I配方取规定重量份的大麻茎杆粉和表面改性剂，先将大麻茎杆粉在100°C预热干燥3小时，干燥至水份含量< O. 5%，用70°C石油醚将表面改性剂稀释配成IOwt %的溶液；后在高速混合机内将表面改性剂稀释液加入到大麻茎杆粉中，高速搅拌处理20分钟，制得改性大麻茎杆粉；按表I配方将规定重量份的各种物料和改性大麻茎杆粉在高速捏合机中进行混合，到温度90°C后出料。然后在双辊开炼机上于150°C下熔融共混40min后下片，按照国标要求制样，测试结果见表2，其余同实施例I。实施例3
将大麻果实和叶子去除后所剩的茎杆，用农用粉碎机磨成碎沫后，再用高速转子磨粉机磨成140 160目的细粉，按表I配方取规定重量份的大麻茎杆粉和表面改性剂，先将大麻茎杆粉在90°C预热干燥4小时，干燥至水份含量< O. 5%，用80°C石油醚将表面改性剂稀释配成10wt%的溶液；后在高速混合机内将表面改性剂稀释液加入到大麻茎杆粉中， 高速搅拌处理30分钟，制得改性大麻茎杆粉；按表I配方将规定重量份的各种物料和改性大麻茎杆粉在高速捏合机中进行混合，到温度90°C后出料。然后在双辊开炼机上于140°C 下熔融共混40min后下片，按照国标要求制样，测试结果见表2，其余同实施例I。实施例4
将大麻果实和叶子去除后所剩的茎杆，用农用粉碎机磨成碎沫后，再用高速转子磨粉机磨成120 140目的细粉，按表I配方取规定重量份的大麻茎杆粉和表面改性剂，先将大麻茎杆粉在100°C预热干燥4小时，用90°C石油醚将表面改性剂稀释配成15wt%的溶液； 后在高速混合机内将表面改性剂稀释液加入到大麻茎杆粉中，高速搅拌处理40分钟，制得改性大麻茎杆粉；按表I配方将规定重量份各种物料和改性大麻茎杆粉在高速捏合机中进行混合，到温度85°C后出料。然后在双辊开炼机上于140°C下熔融共混30min后下片，按照国标要求制样，测试结果见表2，其余同实施例I。实施例5
将大麻果实和叶子去除后所剩的茎杆，用农用粉碎机磨成碎沫后，再用高速转子磨粉机磨成180 200目的细粉，按表I配方取规定重量份的大麻茎杆粉和表面改性剂，先将大麻茎杆粉在120°C预热干燥2小时，用60°C石油醚将表面改性剂稀释配成5wt%的溶液；后在高速混合机内将表面改性剂稀释液加入到大麻茎杆粉中，高速搅拌处理10分钟，制得改性大麻茎杆粉；按表I配方将规定重量份各种物料和改性大麻茎杆粉在高速捏合机中进行混合，到温度80°C后出料。然后在双辊开炼机上于130°C下熔融共混30min后下片，按照国标要求制样，测试结果见表2，其余同实施例I。实施例6
将大麻果实和叶子去除后所剩的茎杆，用农用粉碎机磨成碎沫后，再用高速转子磨粉机磨成180 200目的细粉，按表I配方取规定重量份的大麻茎杆粉和表面改性剂，先将大麻茎杆粉在110°C预热干燥3小时，用70°C石油醚将表面改性剂稀释配成IOwt^的溶液； 后在高速混合机内将表面改性剂稀释液加入到大麻茎杆粉中，高速搅拌处理20分钟，制得改性大麻茎杆粉；按表I配方将规定重量份各种物料和改性大麻茎杆粉在高速捏合机中进行混合，到温度90°C后出料。然后在双辊开炼机上于150°C下熔融共混30min后下片，按照国标要求制样，测试结果见表2，其余同实施例I。实施例7
将大麻果实和叶子去除后所剩的茎杆，用农用粉碎机磨成碎沫后，再用高速转子磨粉机磨成160 180目的细粉，按表I配方取规定重量份的大麻茎杆粉和表面改性剂，先将大麻茎杆粉在90°C预热干燥4小时，用80°C石油醚将表面改性剂稀释配成IOwt^的溶液；后在高速混合机内将表面改性剂稀释液加入到大麻茎杆粉中，高速搅拌处理20分钟，制得改性大麻茎杆粉；按表I配方将规定重量份各种物料和改性大麻茎杆粉在高速捏合机中进行混合，到温度85°C后出料。然后在双辊开炼机上于130°C下熔融共混30min后下片，按照国标要求制样，测试结果见表2，其余同实施例I。实施例8
将大麻果实和叶子去除后所剩的茎杆，用农用粉碎机磨成碎沫后，再用高速转子磨粉机磨成140 160目的细粉，按表I配方取规定重量份的大麻茎杆粉和表面改性剂，先将大麻茎杆粉在110°C预热干燥3小时，用90°C石油醚将表面改性剂稀释配成15wt%的溶液； 后在高速混合机内将表面改性剂稀释液加入到大麻茎杆粉中，高速搅拌处理40分钟，制得改性大麻茎杆粉；按表I配方将规定重量份各种物料和改性大麻茎杆粉在高速捏合机中进行混合，到温度90°C后出料。然后在双辊开炼机上于140°C下熔融共混30min后下片，按照国标要求制样，测试结果见表2，其余同实施例I。实施例9
将大麻果实和叶子去除后所剩的茎杆，用农用粉碎机磨成碎沫后，再用高速转子磨粉机磨成120 140目的细粉，按表I配方取规定重量份的大麻茎杆粉和表面改性剂，先将大麻茎杆粉在120°C预热干燥3小时，用80°C石油醚将表面改性剂稀释配成IOwt^的溶液； 后在高速混合机内将表面改性剂稀释液加入到大麻茎杆粉中，高速搅拌处理30分钟，制得改性大麻茎杆粉；按表I配方将规定重量份各种物料和改性大麻茎杆粉在高速捏合机中进行混合，到温度90°C后出料。然后在双辊开炼机上于140°C下熔融共混30min后下片，按照国标要求制样，测试结果见表2，其余同实施例I。实施例10
将大麻果实和叶子去除后所剩的茎杆，用农用粉碎机磨成碎沫后，再用高速转子磨粉机磨成120 140目的细粉，按表I配方取规定重量份的大麻茎杆粉和表面改性剂，先将大麻茎杆粉在120°C预热干燥2小时，用80°C石油醚将表面改性剂稀释配成15wt%的溶液； 后在高速混合机内将表面改性剂稀释液加入到大麻茎杆粉中，高速搅拌处理40分钟，制得改性大麻茎杆粉；按表I配方将规定重量份各种物料和改性大麻茎杆粉在高速捏合机中进行混合，到温度90°C后出料。然后在双辊开炼机上于140°C下熔融共混40min后下片，按照国标要求制样，测试结果见表2，其余同实施例I。表I 聚氯乙烯(PVC)蒙脱石复合材料的配方(重量份)
权利要求
1.一种聚氯乙烯/改性大麻茎杆粉复合材料，其特征在于它是由下述重量份配比的原料制成聚合度为700-4000聚氯乙烯100份，大麻茎杆粉50 200份，表面改性剂为I 6份，高分子改性剂5 10份，热稳定剂2 8份,润滑剂I 5份。
2.根据权利要求I所述的一种聚氯乙烯/改性大麻茎杆粉复合材料，其特征在于所述的表面改性剂选自锆铝酸酯、硅烷偶联剂、非离子型表面活性剂、双(2—羟乙基)甲基牛脂基季铵盐中的一种或几种混合物。
3.根据权利要求I所述的一种聚氯乙烯/改性大麻茎杆粉复合材料，其特征在于所述的高分子改性剂选自氯化聚乙烯(CPE)和聚丙烯酸酯(ACR)。
4.根据权利要求I所述的一种聚氯乙烯/改性大麻茎杆粉复合材料，其特征在于所述的热稳定剂选自二月桂酸二丁基锡、三碱式硫酸铅、二碱式亚磷酸铅、硬脂酸铅中的一种或几种混合物。
5.根据权利要求I所述的一种聚氯乙烯/改性大麻茎杆粉复合材料，其特征在于所述的润滑剂选自石蜡、硬脂酸、硬脂酸钙、氧化聚乙烯蜡中的一种或几种混合物。
6.一种制备权利要求I所述的一种聚氯乙烯/改性大麻茎杆粉复合材料的方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)将大麻茎杆粉碎成120 200目的细粉后，在90 120°C预热干燥2_4小时，干燥至水份含量< O. 5% ;(2)用60 90°C石油醚将表面改性剂稀释配成5 15wt%的溶液；(3)在高速混合机内，将经步骤(2)处理后表面改性剂溶液加入到大麻茎杆粉中，高速搅拌处理10 40分钟，制得改性大麻茎杆粉；(4)按上述重量份比将聚氯乙烯、高分子改性剂、热稳定剂、润滑剂和改性大麻茎杆粉在高速捏合机中混合，到温度80 90°C后出料，然后在双辊开炼机上于130 150°C下熔融共混20 40min。
全文摘要
一种聚氯乙烯／改性大麻茎杆粉复合材料及其制备方法涉及一种天然纤维复合材料，本发明由下述重量份配比的原料制成聚合度为700-4000聚氯乙烯100份，大麻茎杆粉50～200份，表面改性剂为1～6份，高分子改性剂5～10份，热稳定剂2～8份，润滑剂1～5份。其制备步骤为:将大麻茎杆粉碎成细粉后，干燥后将表面改性剂溶液加入到大麻茎杆粉中，高速搅拌处理制得改性大麻茎杆粉，再按上述重量份比将聚氯乙高速捏合机中混合，然后在双辊开炼机上熔融共混后制得。本发明能显著降低复合材料的重量，且不会增加材料的脆性，实现了大麻原料的综合利用，解决了农业废弃物的处理问题。
文档编号C08K13/02GK102604267SQ20121006916
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月16日 优先权日2012年3月16日
发明者施如贵 申请人:云南鑫乾矿业有限公司