专利名称：一种聚氯乙烯／改性坚果壳粉复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种聚氯乙烯/改性坚果壳粉复合材料及其制备方法。
背景技术：
坚果又称干果、壳果，这类果实都有坚硬的果壳包围，坚果壳具有质轻、尺寸稳定性良好、强度大和耐磨性好等特点。一般将坚果类食物分成两个亚类一类是树坚果，包括核桃、杏仁、榛子、腰果、松子、板栗、白果(银杏)、开心果、夏威夷果等经济林树种；另一类
是种子，包括花生、葵花子、南瓜子、西瓜子等。杏仁、榛子、核桃和腰果并称为世界四大坚果，产量位于世界前列。以核桃壳为例，我国核桃资源丰富，仅云南核桃产量已突破14万吨，占世界的15%，占全国的30%，居全国首位，按取仁率55%计算，至少产生核桃壳约6万吨，大量集中的核桃壳被丢弃或焚烧，造成资源的极大浪费。因此，加强对坚果壳资源的有效利用，避免资源的浪费，变废为宝，具有重要的现实意义。聚氯乙烯(PVC)是一种产量大、综合性能优良的通用树脂，具有良好的物理、力学、化学和电气性能以及阻燃性、透明性、耐化学药品性等诸多优点。随着经济的增长，国家大力推广和使用化学建材，PVC制品中硬制品的比例不断提高，尤其是管材、板材、型材等需求增长迅速。为提高PVC制品的刚度、耐热性等性能，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/坚果壳粉复合材料的报道很少见。在日本，核桃壳除作为研磨材料利用外，也有利用核桃壳开发新产品的公司，如东洋橡胶工业公司就将这种核桃壳粉末添加在汽车轮胎内生产出一种极耐磨的新轮胎。在国内，一般是将核桃壳用来制作活性炭。为了改善聚氯乙烯的生态性能和降低成本，俞来明等(核桃壳颗粒填充聚氯乙烯基复合材料的隔声性能[J].浙江理工大学学报，2008， 25(5):497-501.)以核桃壳颗粒为填充料，聚氯乙烯为基体，用常压浇注方法，制取了核桃壳颗粒含量不同的聚氯乙烯基复合材料，试验结果表明核桃壳颗粒作为聚氯乙烯的填充材料，不但可以节约成本，而且适当含量的核桃壳颗粒的存在，可以改善材料的隔声作用。但如何提高坚果壳粉在塑料基体中配比的用量，如何使坚果壳粉与塑料基体的相容性很好，而且如何充分利用坚果壳强度大和耐磨性好等特性，使复合材料的增强和增韧等力学性能较理想，这些技术难题目前还尚未取得实质性的突破。
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坚果壳粉，填充度较高，与塑料相容性好，而且增强和增韧等力学性能较好的聚氯乙烯/改性坚果壳粉复合材料。本发明的另一目的是提供一种上述聚氯乙烯/改性坚果壳粉复合材料的制备方法。本发明所述的聚氯乙烯/改性坚果壳粉复合材料，由下述重量份配比的原料制成聚合度为1000-3000的聚氯乙烯100份，坚果壳粉80 250份，表面改性剂2-7份，高分子改性剂6 10份，热稳定剂4 8份,润滑剂3 6份。本发明所使用的坚果壳粉为为核桃壳粉、榛子壳粉或腰果壳粉中的一种。本发明所使用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其混合物。本发明所使用的高分子改性剂选自聚丙烯酸酯(ACR)和氯化聚乙烯(CPE)
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、二碱式亚磷酸
铅、硬脂酸铅中的一种或其混合物。本发明所使用的润滑剂选自聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸、石蜡中的一种或其混合物。
本发明所述聚氯乙烯/改性坚果壳粉复合材料的制备方法包括以下步骤
(O原料预处理将坚果壳粉碎成220 320目的细粉后，在100 110°C预热干燥
2.5-3. 5小时，干燥至水份< O. 3% ;将表面改性剂用70 80°C石油醚稀释配制成10 14wt%的溶液；
(2)坚果壳粉改性在高速混合机内，将经步骤(I)处理后表面改性剂溶液加入到坚果壳粉中，高速搅拌处理15 30分钟，制得改性坚果壳粉；
(4))捏合、制料按上述重量份比将聚氯乙烯、高分子改性剂、热稳定剂、润滑剂和改性坚果壳粉在高速捏合机中捏合，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后下片。本发明的有益效果是通过采用表面改性剂对坚果壳粉的表面和边缘进行偶联改性，使有机基团覆盖于坚果壳粉表面，改变其表面性能，而且形成一定厚度的过渡层，使坚果壳粉与聚合度为1000-3000的聚氯乙烯树脂界面间产生很好的相容性，最终实现坚果壳粉均匀分散在聚氯乙烯树脂中，很好地解决了坚果壳粉与聚氯乙烯树脂的相容性及原料表面处理等技术难题，提高了坚果壳粉在聚氯乙烯树脂中的填充度，使坚果壳粉在塑料基体中的配比可达到80 250%，能显著降低复合材料的重量和生产成本，实现了核桃、杏仁、榛子、腰果、松子、板栗等坚果壳原料的综合利用，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(如坚果壳粉的含量、坚果壳粉表面改性剂的种类与用量、坚果壳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。实施例I
一种聚氯乙烯/改性坚果壳粉复合材料，由表I聚氯乙烯/坚果壳粉复合材料配方(重量份)中的原料制成，其制备方法包括以下步骤(O原料预处理将核桃壳用农用粉碎机磨成碎沫，再用高速转子磨粉机磨成220目的细粉，按表I配方取规定重量份的核桃壳粉和表面改性剂，将核桃壳粉经100°C预热干燥2. 5小时，干燥至水份含量< O. 3%，将表面改性剂用70°C石油醚稀释配制成IOwt^的溶液；
(2)坚果壳粉改性在高速混合机内，将表面改性剂稀释液加入到核桃壳粉中，高速搅拌处理15分钟，制得改性核桃壳粉；
(3)捏合、制料按表I配方将规定重量份的各种原料和制得的改性核桃壳粉在高速捏合机中捏合，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
一种聚氯乙烯/改性坚果壳粉复合材料，由表I聚氯乙烯/坚果壳粉复合材料配方(重量份)中的原料制成，其制备方法包括以下步骤
(1)原料预处理将核桃壳用农用粉碎机磨成碎沫后，再用高速转子磨粉机磨成260目的细粉，按表I配方取规定重量份的核桃壳粉和表面改性剂，将核桃壳粉经iio°c预热干燥
3.5小时，干燥至水份含量< O. 3%，将表面改性剂用80°C石油醚将表面改性剂稀释配制成14wt%的溶液；
(2)坚果壳粉改性在高速混合机内，将表面改性剂稀释液加入到核桃壳粉中，高速搅拌处理30分钟，制得改性核桃壳粉；
(3)捏合、制料按表I配方将规定重量份的各种原料和制得的改性核桃壳粉在高速捏合机中进行捏合，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。实施例3
一种聚氯乙烯/改性坚果壳粉复合材料，由表I聚氯乙烯/坚果壳粉复合材料配方(重量份)中的原料制成，其制备方法包括以下步骤
(1)原料预处理将核桃壳用农用粉碎机磨成碎沫后，再用高速转子磨粉机磨成320目的细粉，按表I配方取规定重量份的核桃壳粉和表面改性剂，将核桃壳粉经100°C预热干燥3小时，干燥至水份含量< O. 3%，将表面改性剂用80°C石油醚稀释配制成12wt%的溶液；
(2)坚果壳粉改性在高速混合机内，将表面改性剂稀释液加入到核桃壳粉中，高速搅拌处理20分钟，制得改性核桃壳粉；
(3)捏合、制料按表I配方将规定重量份的各种原料和制得的改性核桃壳粉在高速捏合机中进行捏合，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。实施例4
一种聚氯乙烯/改性坚果壳粉复合材料，由表I聚氯乙烯/坚果壳粉复合材料配方(重量份)中的原料制成，其制备方法包括以下步骤
(O原料预处理将核桃壳粉用农用粉碎机磨成碎沫后，再用高速转子磨粉机磨成300目的细粉，按表I配方取规定重量份的核桃壳粉和表面改性剂，将核桃壳粉经100°C预热干燥3小时，将表面改性剂用80°C石油醚稀释配制成IOwt^的溶液；
(2)坚果壳粉改性在高速混合机内，将表面改性剂稀释液加入到核桃壳粉中，高速搅拌处理30分钟，制得改性核桃壳粉；
(3)捏合、制料按表I配方将规定重量份各种物料和制得的改性核桃壳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。实施例5
本实施例中选用的坚果壳粉为榛子壳粉，其余同实施例I。实施例6
本实施例中选用的坚果壳粉为榛子壳粉，其余同实施例2。实施例7
本实施例中选用的坚果壳粉为榛子壳粉，其余同实施例3。实施例8
本实施例中选用的坚果壳粉为腰果壳粉，其余同实施例I。实施例9
本实施例中选用的坚果壳粉为腰果壳粉，其余同实施例2。实施例10
本实施例中选用的坚果壳粉为腰果壳粉，其余同实施例3。表I :聚氯乙烯/坚果壳粉复合材料的配方(重量份)
权利要求
1.一种聚氯乙烯/改性坚果壳粉复合材料，其特征在于，它是由下述重量份配比的原料制成聚合度为1000-3000的聚氯乙烯100份，坚果壳粉80 250份，表面改性剂2_7份，高分子改性剂6 10份，热稳定剂4 8份,润滑剂3 6份。
2.根据权利要求I所述的一种聚氯乙烯/改性坚果壳粉复合材料，其特征在于，所述的坚果壳粉为核桃壳粉、榛子壳粉或腰果壳粉中的一种。
3.根据权利要求I所述的一种聚氯乙烯/改性坚果壳粉复合材料，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其混合物。
4.根据权利要求I所述的一种聚氯乙烯/改性坚果壳粉复合材料，其特征在于，所述的高分子改性剂选自聚丙烯酸酯(ACR)和氯化聚乙烯(CPE)。
5.根据权利要求I所述的一种聚氯乙烯/改性坚果壳粉复合材料，其特征在于，所述的热稳定剂选自二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、二碱式亚磷酸铅、硬脂酸铅中的一种或其混合物。
6.根据权利要求I所述的一种聚氯乙烯/改性坚果壳粉复合材料，其特征在于，所述的润滑剂选自聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸、石蜡中的一种或其混合物。
7.—种权利要求I所述的一种聚氯乙烯/改性坚果壳粉复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 (1)原料预处理将坚果壳粉碎成220 320目的细粉后，经100 110°C预热干燥.2.5-3. 5小时，干燥至水份< 0. 3%，将表面改性剂用70 80°C石油醚稀释配制成10 14wt%的溶液； (2)坚果壳粉改性在高速混合机内，将经步骤(I)处理后的表面改性剂溶液加入到坚果壳粉中，高速搅拌处理15 30分钟，制得改性坚果壳粉； (3)捏合、制料按上述重量份比将聚氯乙烯、高分子改性剂、热稳定剂、润滑剂和制得的改性坚果壳粉在高速捏合机中捏合，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后下片。
全文摘要
一种聚氯乙烯／改性坚果壳粉复合材料及其制备方法属于复合材料技术领域，具体涉及一种聚氯乙烯／改性坚果壳粉复合材料及其制备方法，本发明是由下述重量份配比的原料制成:聚合度为1000-3000的聚氯乙烯100份，坚果壳粉80～250份，表面改性剂2-7份，高分子改性剂6～10份，热稳定剂4～8份，润滑剂3～6份；一种聚氯乙烯／改性坚果壳粉复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤(1)原料预处理；(2)坚果壳粉改性；(3)捏合、制料。本发明能大量填充改性坚果壳粉，填充度较高，与塑料相容性好，而且增强和增韧等力学性能较好。
文档编号C08L97/02GK102796332SQ20121030942
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月28日 优先权日2012年8月28日
发明者施如贵 申请人:云南鑫乾矿业有限公司