专利名称：一种木塑复合材料用界面相容剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种界面相容剂，尤其涉及一种用于木塑复合材料的界面相容剂及其制备方 法，属于高分子材料改性领域。
背景技术：
随着社会经济的发展，人们对木材的需求量日益加大，远远超过实际的供应量，而全球 森林资源日趋枯竭，木材供应捉襟见肘。同时，由于塑料制品的广泛应用，大量废弃塑料带 来的"白色污染"日益加重，使人类生存环境日益恶化。发展绿色经济，走可持续发展道路 己在工业界达成共识。木塑复合材料是将木粉与热塑性塑料经高温混炼，通过挤出、模压等 方式制成的一种资源循环型、绿色环保的新材料，适应当今经济发展的需要，对节省自然资 源、保护生态环境具有重要的现实意义，实现了经济效益与环保效益的双赢，因而近年来备 受工业界关注。
木塑复合材料的研究领域涉及到原材料改性、生产加工设备、工艺流程等各个方面，其 中原材料改性是获得高性能木塑复合材料的关键。由于木粉的主要成分是纤维素、半纤维素、 木质素，这些化合物中含有大量的羟基基团，使得木粉表面亲水性很强，导致与疏水性的热 塑性塑料之间相容性很差，所制备的木塑复合材料界面粘结强度低，力学性能不佳。目前最 为有效的方法是采用添加界面相容剂来改善木塑复合材料的界面相容性，此类相容剂多为马 来酸酐、丙烯酸等反应性单体通过熔融接枝法制备的界面相容剂。但在制备和应用过程中存 在以下问题(1)马来酸酐在接枝过程中由于自聚能力差，很难在聚烯烃主链上形成长的反 应性支链，通常仅以一个单体的形式接枝到聚烯烃主链上，由此所制备的界面相容剂接枝率 很低；添加供电效应单体，虽然可与马来酸酐等反应性单体共聚来提高界面相容剂接枝率， 但所接枝的反应性单体仍不足以较充分地与木粉表面的羟基反应。(2)制备的界面相容剂使 用过程中熔融流动性不理想， 一方面是由于聚烯烃主链过长，与塑料基体过分地缠结限制了 界面相容剂反应性支链向木粉表面的运动，另一方面供电效应单体的加入，由于交联作用更 使得界面相容剂的熔融流动性降低，在木粉与塑料共混时，界面相容剂不能对木粉表面充分 地润湿。这些都限制了界面相容剂的界面改性效果，因而在木塑复合材料制备中，为提高界 面的黏结强度，界面相容剂用量通常较多，由此相对降低了木塑复合材料组成中塑料基体的 比例，限制了木塑复合材料力学性能的进一步提升，特别是在木粉填充量超过50%的情况下， 更难体现界面相容剂的界面改善作用。
因此开发一种适用于木塑复合材料的界面相容剂，特别是在木粉高填充量时仍具有优良的界面改性效果的界面相容剂，对于制备高性能木塑复合材料，促进木塑工业发展具有深远
的意义。
发明内容
本发明目的之一在于提供一种木塑复合材料专用的界面相容剂，该界面相容剂反应性单 体接枝率高，大分子主链分子量适中，熔融流动性好，能显著提高木粉在塑料基体中的分散， 对木塑复合材料界面改善效果优异，从而提高木塑复合材料的力学性能，特别适用丁木粉填 充量高的情况。
本发明目的之二在于提供该界面相容剂的制备方法。
为实现上述目的，本发明采取如下技术方案
一种木塑复合材料用界面相容剂，以聚烯烃为主链，接枝支链为马来酸酐、丙烯酸、甲 基丙烯酸或它们的衍生物中的至少一种，与苯乙烯或其衍生物形成的嵌段共聚物或交替共聚
物；通过熔融挤出法得到，其特征在于界面相容剂主链的分子量为1000 6000;支链接枝率 为5% 15%。
上述的聚烯烃为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线形低密度聚乙烯、聚丙烯中的至少一种。
上述的马来酸酐衍生物为马来酸酐二丁酯、富马酸酐、富马酸二甲酯、富马酸二乙酯 或富马酸二 j'酯。
上述的丙烯酸衍生物为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯或丙 烯酸縮水甘油酯。
上述的苯乙烯衍生物为邻甲基苯乙烯或对甲基苯乙烯。
上述的甲基丙烯酸衍生物包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯或 甲基丙烯酸縮水甘油酯。
一种制备上述的木塑复合材料用界面相容剂的方法，其特征在于该方法的具体步骤如下
a. 聚烯烃断链降解按质量份数，将聚烯烃50 100份，自由基引发剂0.1 5份，白 油1 10份，阻交联剂0. 1 1份，加工助剂0. 1 5份；充分混合5 20分钟，用双 螺杆挤出机熔融挤出，切粒，干燥后得到降解聚烯烃；挤出机转速20 60转/分钟， 挤出温度120。C 21(TC;
b. 降解聚烯烃熔融接枝按质量份数，将步骤a所得降解聚烯烃50 100份，接枝单休 1 40份，自由基引发剂O. 1 5份，阻交联剂O. 1 1份，白油1 10份，加工助剂 0. 1 5质量份充分混合2 20分钟，用双螺杆挤出机熔融接枝，切粒，干燥后得到界
5面相容剂；挤出机转速10 40转/分钟，挤出温度120°C 210°C。 上述的聚烯烃为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线形低密度聚乙烯、聚丙烯中的至少 一种。
上述的单体为马来酸酐、丙烯酸、苯乙烯、甲基丙烯酸以及它们的衍生物中的至少一种。 上述的引发剂为过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基、2，5 — 二甲基一2,5 —二 (叔丁基 过氧基)己烷、过氧苯甲酸叔丁酯中的至少一种。 上述的阻交联剂为亚磷酸二苯酯。 上述的加工助剂为硬脂酸或硬脂酸钙。
与现有技术相比，本发明具有如下显而易见的突出特点和显著优点
1. 本发明通过两步工艺法制备的界面相容剂上反应性单体接枝率高，即单位质量的相容 剂中可与木粉表面羟基发生反应的活性点多，并且界面相容剂的大分子主链保持适当
的分子量，即主链长度足以满足与塑料基体的分子链发生缠结和分子链间相互作用的 需要，而不至于影响界面相容剂的熔融流动性。
2. 本发明制备的界面相容剂在共混加工过程中界面相容剂的熔融流动性能好，能先于塑
料基体润湿木粉表面之前，界面相容剂就已充分润湿了木粉表面，从而能与木粉表面 的羟基反应得更充分，最终达到较好的改性效果。
3. 本发明的界面相容剂反应性单体接枝率高，大分子主链分子量适中，熔融流动性好，
能显著提高木粉在塑料基体中的分散，对木塑复合材料界面改善效果优异，从而提高 木塑复合材料的力学性能，特别适用于木粉填充量高的情况。
4. 本发明所用聚烯烃原料，可以选用回收再生料，由此可相应的减少工艺中引发剂的用
量，既节约成本，又能重复利用资源。
具体实施例方式
实施例1:
a. 聚烯烃断链降解称取过氧化二异丙苯200g、过氧化二异叔丁基100g和亚磷酸二苯 酯50g溶于300g白油中。称取聚丙烯10kg和硬脂酸150g放入高速混合机中，混合 10分钟，其间均匀加入溶有引发剂和阻交联剂的白油。充分混合后加入到双螺杆挤 出机中进行熔融挤出，切粒，干燥，得降解聚丙烯。挤出机转速为30转/分钟；温度 设定 一区160。C， 二区1卯。C，三区200。C，四区205。C，五区200。C。
b. 降解聚烯烃熔融接枝称取过氧化二异丙苯80g、过氧化二异叔丁基40g和亚磷酸二 苯酯10g溶于100g白油中。称取步骤a制备的降解聚丙烯10Kg、马来酸酐lkg、苯
6乙烯lkg、硬脂酸100g放入高速混合机中，混合5分钟，其间均匀加入溶有引发剂 和阻交联剂的白油。充分混合后加入到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，切粒，干燥， 得木塑复合材料用界面相容剂。挤出机转速为35转/分钟； c. 温度设定 一区170。C， 二区180。C，三区200。C，四区205。C，五区200。C。 所得界面相容剂用丙酮洗涤，抽滤，真空干燥。实验测得该界面相容剂的接枝率为 12.25%。应用于熔融挤出法制备聚丙烯基木塑复合材料，在界面相容剂添加5% (质量比)， 木粉(60目，含水量低于1%)添加60%(质量比)时，所制得的木塑复合材料按GB/T1040-1992 规定测得的拉伸强度与用市售的界面相容剂在相同工艺条件下制得的木塑复合材料相比，由 30.44MPa提高到35.92MPa;按GB/T1043-1993规定测得的冲击强度由6.4kJ/r^2提高的 7.2kJ/m-2。
实施例2:
a. 聚烯烃断链降解称取过氧化二异丙苯400g、过氧化二异叔丁基200g和亚磷酸二苯 酯120g溶于500g白油中。称取高密度聚乙烯10kg、低密度聚乙烯5kg、硬脂酸200g 放入高速混合机中，混合5分钟，其间均匀加入溶有引发剂和阻交联剂的白油。充分 混合后加入到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，切粒，干燥，得降解聚乙烯。挤出机转 速为40转/分钟；温度设定 一区15(TC， 二区160。C，三区170。C，四区175。C，五
区no。c。
b. 降解聚烯烃熔融接枝称取过氧化二异丙苯150g、过氧化二异叔丁基100g和亚磷酸 二苯酯80g溶于300g白油中。称取步骤a制备的降解聚乙烯15kg、马来酸酑lkg、 丙烯酸lkg、苯乙烯2kg、硬脂酸150g放入高速混合机中，混合10分钟，其间均匀 加入溶有引发剂和阻交联剂亚磷酸二苯酯的白油。充分混合后加入到双螺杆挤出机中 进行熔融挤出，切粒，干燥，得木塑复合材料用界面相容剂。挤出机转速为40转/分 钟；温度设定 一区150。C， 二区16(TC，三区170。C，四区175。C，五区170°C。
所得界面相容剂用丙酮洗涤，抽滤，真空干燥。实验测得该界面相容剂的接枝率为 11.38%，应用于熔融挤出法制备聚乙烯基木塑复合材料，在界面相容剂添加5% (质量比)， 木粉(60目，含水量低于1%)添加60%(质量比)时，所制得的木塑复合材料按GB/T1040-1992 规定测得的拉伸强度与用市售的界面相容剂在相同工艺条件下制得的木塑复合材料相比，由 19.32MPa提高到24.78MPa;按GB/T1043-1993规定测得的冲击强度由5.2kJ/m—2提高的 6.0kJ/m-2。
实施例3:a. 聚烯烃断链降解称取过氧化二异丙苯150g、过氧化二异叔丁基75g和亚磷酸二苯 酯30g溶于200g白油中。称取聚丙烯再生料10kg、硬脂酸100g、硬脂酸钙75g放入 高速混合机中，混合5分钟，其间均匀加入溶有引发剂和阻交联剂的白油。充分混合 后加入到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，切粒，干燥，得降解聚丙烯。挤出机转速为 30转/分钟；温度设定 一区160。C， 二区180。C，三区20(TC，四区190°C，五区200 °C。
b. 降解聚烯烃熔融接枝称取过氧化二异丙苯80g和阻交联剂亚磷酸二苯酯10g溶于 200g白油中。称取步骤a制备的降解聚丙烯10kg、马来酸酐1.5kg、苯乙烯1.5kg、 硬脂酸150g放入高速混合机中，混合10分钟，其间均匀加入溶有引发剂的白油。充 分混合后加入到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，切粒，干燥，得木塑复合材料用界面 相容剂。挤出机转速为40转/分钟；温度设定 一区15(TC， 二区18(TC，三区190 °C，四区200。C，五区20(TC。
所得界面相容剂用丙酮洗涤，抽滤，真空干燥。实验测得该界面相容剂的接枝率为 14.52%。应用于熔融挤出法制备聚丙烯基木塑复合材料，在界面相容剂添加5% (质量比)， 木粉(60目，含水量低于1%)添加60% (质量比)时，所制木塑复合材料按GB/T1040-1992 规定测得的拉伸强度与用市售的界面相容剂在相同工艺条件下制得的木塑复合材料相比，由 24.5證a提高到29.43MPa;按GB/T1043-1993规定测得的冲击强度由5.9kJ/m—2提高的 6.5kJ/m—2。
实施例4:
a. 聚烯烃断链降解称取过氧化二异丙苯150g、过氧化二异叔丁基50g和亚磷酸二苯 酯30g溶于200g白油中。称取聚丙烯10kg、硬脂酸100g、硬脂酸钙50g放入高速混 合机中，混合5分钟，其间均匀加入溶有引发剂和阻交联剂的白油。充分混合后加入 到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，切粒，干燥，得降解聚丙烯。挤出机转速为30转/ 分钟；温度设定 一区160。C， 二区180。C，三区200。C，四区190°C，五区200。C。
b. 降解聚烯烃熔融接枝称取过氧化二异丙苯80g和阻交联剂10g溶于150g白油中。 称取步骤a制备的降解聚丙烯10kg、马来酸酐0.5kg、甲基丙烯酸甘油酯0.5kg、苯 乙烯lkg、硬脂酸120g放入高速混合机中，混合10分钟，其间均匀加入溶有引发剂 的白油。充分混合后加入到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，切粒，干燥，得木塑复合 材料用界面相容剂。挤出机转速为40转/分钟；温度设定 一区15(TC， 二区18(TC， 三区19(TC，四区200。C，五区20(TC。
8所得界面相容剂用丙酮洗涤，抽滤，真空干燥。实验测得该界面相容剂的接枝率为9.84%。 应用于熔融挤出法制备聚丙烯基木塑复合材料，在界面相容剂添加5% (质量比)，木粉(60 目，含水量低于1%)添加60% (质量比)时，所制木塑复合材料按GB/T1040-1992规定测 得的拉伸强度与用市售的界面相容剂在相同工艺条件下制得的木塑复合材料相比，由 30.44MPa提高到32.76MPa;按GB/T1043-1993规定测得的冲击强度由6.4kJ/m—2提高的 6.8kJ/m—2。
权利要求
1. 一种木塑复合材料用界面相容剂，以聚烯烃为主链，接枝支链为马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸或它们的衍生物中的至少一种，与苯乙烯或其衍生物形成的嵌段共聚物或交替共聚物；通过熔融挤出法得到，其特征在于界面相容剂主链的分子量为1000～6000；支链接枝率为5％～15％。
2. 根据权利要求1所述的木塑复合材料用界面相容剂，其特征在于所述的聚烯烃为低密 度聚乙烯、高密度聚乙烯、线形低密度聚乙烯、聚丙烯中的至少一种。
3. 根据权利要求1所述的木塑复合材料用界面相容剂，其特征在于所述的马来酸酐衍生物 为马来酸酐二丁酯、富马酸酐、富马酸二甲酯、富马酸二乙酯或富马酸二丁酯。
4. 根据权利要求l所述的木塑复合材料用界面相容剂，其特征在于所述的丙烯酸衍生物为 丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯或丙烯酸縮水甘油酯。
5. 根据权利要求1所述的木塑复合材料用界面相容剂，其特征在于所述的甲基丙烯酸衍生 物包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯或甲基丙烯酸縮水甘油酯。
6. 根据权利要求1所述的木塑复合材料用界面相容剂，其特征在于所述的苯乙烯衍生物为 邻甲基苯乙烯或对甲基苯乙烯。
7. —种制备根据权利要求1所述的木塑复合材料用界面相容剂的方法，其特征在于该方法的具体步骤如下a) 聚烯烃断链降解按质量份数，将聚烯烃50 100份，自由基引发剂O. 1 5份，白 油1 10份，阻交联剂O. 1 1份，加工助剂O. 1 5份；充分混合5 20分钟，用双 螺杆挤出机熔融挤出，切粒，干燥后得到降解聚烯烃；挤出机转速20 60转/分钟， 挤出温度120。C 210。C;b) 降解聚烯烃熔融接枝按质量份数，将步骤a所得降解聚烯烃50 100份，接枝单体 1 40份，自由基引发剂O. 1 5份，阻交联剂O. 1 1份，白袖1 10份，加工助剂 0. 1 5质量份充分混合2 20分钟，用双螺杆挤出机熔融接枝，切粒，干燥后得到 界面相容剂；挤出机转速10 40转/分钟，挤出温度120°C 210°C。
8. 根据权利要求7所述的木塑复合材料用界面相容剂制备方法，其特征在于所述的聚烯烃 为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线形低密度聚乙烯、聚丙烯中的至少一种。
9. 根据权利要求7所述的木塑复合材料用界面相容剂的制备方法，其特征在于所述的单体 为马来酸酐、丙烯酸、苯乙烯、甲基丙烯酸以及它们的衍生物中的至少一种。
10. 根据权利要求7所述的木塑复合材料用界面相容剂的制备方法，其特征在于所述的引发 剂为过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基、2,5 — 二甲基一2,5 — 二 (叔丁基过氧基)己垸、过氧苯甲酸叔丁酯中的至少一种。
11. 根据权利要求7所述的木塑复合材料用界面相容剂的制备方法，其特征在于所述的阻交联剂为亚磷酸二苯酯。
12. 根据权利要求7所述的木塑复合材料用界面相容剂的制备方法，其特征在于所述的加工助剂为硬脂酸或硬脂酸钙。
全文摘要
本发明涉及一种用于木塑复合材料的界面相容剂及其制备方法。本发明采用两步法制备专用于木塑复合材料的界面相容剂，该界面相容剂的优点在于大分子主链上接枝率高，分子支链上活性反应点比例高，并且大分子主链保持适当的分子量，既能满足与塑料基体缠结和相互作用的需要，又使界面相容剂具有良好的熔融流动性，能显著提高木粉在塑料基体中的分散，对木塑复合材料界面改善效果优异，从而提高木塑复合材料的力学性能，特别适用于木粉填充量高的情况。
文档编号C08F255/02GK101456933SQ200910044838
公开日2009年6月17日 申请日期2009年1月4日 优先权日2009年1月4日
发明者俞成丙, 吕希林, 云 张, 赵秀兰 申请人:上海大学