本发明涉及一种纸浆增强聚烯烃复合材料的制备方法。
背景技术：
随着能源危机、石油资源的枯竭，如何高效利用聚烯烃这类不可再生且极难自然降解的资源已成为时代重要课题。目前，利用各种纤维增强聚烯烃是一大研究方向，常见的增强纤维有碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、天然纤维(如棉纤维、剑麻、农作物秸秆)等，其中天然纤维因其可再生性、生物可降解性、生物相容性及安全性具有独特优势。研究发现随着纤维尺寸的减小，长径比的增大，纤维呈现出不同于普通纤维的性能。与普通木粉相比，纸浆纤维具有更高的长径比，更高的强度，且化学组分可根据需求作调整，可作为优良的聚烯烃增强材料。目前所报道的纸浆纤维/聚烯烃复合材料生产方法由于存在一些问题使得其不适于产业化，大多仍处于试验阶段。现有纸浆增强聚烯烃复合材料采用熔融干混法存在如下缺点：(1)由于纤维素表面大量极性羟基的存在，纸浆干燥过程中极易发生团聚，团聚后的纤维与聚烯烃树脂混合，制得的复合材料中形成孤岛式效果，未能体现纸浆真正的增强效果；(2)干燥的纸浆堆积密度小，与树脂间存在密度差异，不易均匀混合，且在喂料工序中很容易发生搭桥，造成喂料极困难，不利于生产的顺利进行。湿态混合也存在一些不足：(3)湿态纤维直接进行双螺杆混合，不易将水分彻底排出；(4)先制成板坯后干燥采用热压成型，不适用于挤出连续生产。
技术实现要素：
本发明是为了解决现有纸浆增强聚烯烃复合材料制备过程中纤维难分散、干态纸浆纤维喂料困难以及纸浆与聚烯烃树脂结合强度差的问题，而提供一种纸浆增强聚烯烃复合材料的制备方法。本发明一种纸浆增强聚烯烃复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：一、按重量份数称取10～60份的纸浆、40～90份的聚烯烃、3～6份的马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯、1～3份的硬脂酸和1～3份的聚乙烯蜡；所述聚烯烃为聚烯烃树脂粒料或聚烯烃纤维；二、将步骤一称取的10～60份的纸浆、40～90份的聚烯烃、3～6份的马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯、1～3份的硬脂酸和1～3份的聚乙烯蜡混合，然后加水放入打浆机中打浆30min～90min后滤出得到混合物，将混合物剪碎成直径为5mm～15mm的小团，得到剪碎的混合物；三、将步骤二得到的剪碎的混合物置于热压机中，在温度为80℃～150℃和压力为5MPa～10MPa的条件下热压4min～10min，得到厚度为2mm～5mm的片状物，然后放入温度为80℃的烘箱中干燥至厚度为2mm～5mm的片状物的含水率低于3％，然后放入双螺杆挤出机中熔融混合，冷却后造粒，得到粒料；四、对步骤三得到的粒料进行加工成型，得到纸浆增强聚烯烃复合材料。有益效果：本发明以简单便捷的方法均匀混合纸浆纤维和聚烯烃，消除孤岛现象，制备出高性能复合材料；以一种简单的方法解决干态纸浆纤维在常规挤出造粒过程中喂料困难的问题。同时减少水分含量，提高纸浆纤维与塑料基质的结合力，提高了复合材料的性能。本发明将制浆过程和复合材料生产结合在一起，在打浆的过程中将纸浆纤维与聚烯烃树脂颗粒(或树脂纤维)均匀参混，可根据需要调节叩解度以改变纤维的长径比来制备不同性能的纸浆纤维/聚烯烃复合材。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式纸浆增强聚烯烃复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：一、按重量份数称取10～60份的纸浆、40～90份的聚烯烃、3～6份的马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯、1～3份的硬脂酸和1～3份的聚乙烯蜡；所述聚烯烃为聚烯烃树脂粒料或聚烯烃纤维；二、将步骤一称取的10～60份的纸浆、40～90份的聚烯烃、3～6份的马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯、1～3份的硬脂酸和1～3份的聚乙烯蜡混合，然后加水放入打浆机中打浆30min～90min后滤出得到混合物，将混合物剪碎成直径为5mm～15mm的小团，得到剪碎的混合物；三、将步骤二得到的剪碎的混合物置于热压机中，在温度为80℃～150℃和压力为5MPa～10MPa的条件下热压4min～10min，得到厚度为2mm～5mm的片状物，然后放入温度为80℃的烘箱中干燥至厚度为2mm～5mm的片状物的含水率低于3％，然后放入双螺杆挤出机中熔融混合，冷却后造粒，得到粒料；四、对步骤三得到的粒料进行加工成型，得到纸浆增强聚烯烃复合材料。本实施方式中所述纸浆包括阔叶浆和针叶浆。本实施方式中剪碎的混合物经初步热压后，片状的混合料密度远远大于纤维堆积密度，解决了干态纸浆纤维喂料的问题，适用于常规木塑复合材挤出生产设备。本实施方式在双螺杆熔融共混前除去水分，提高了纸浆与聚烯烃树脂的结合强度。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中按重量份数称取50份的纸浆、50份的聚烯烃、3份的马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯、1份的硬脂酸和1份的聚乙烯蜡。其他与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中按重量份数称取40份的纸浆、60份的聚烯烃、3份的马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯、1份的硬脂酸和1份的聚乙烯蜡。其他与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中按重量份数称取20份的纸浆、80份的聚烯烃、3份的马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯、1份的硬脂酸和1份的聚乙烯蜡。其他与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中加水放入打浆机中打浆60min后滤出得到混合物。其他与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中将混合物剪碎成直径为10mm的小团。其他与具体实施方式一至五之一相同。具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三中在温度为80℃和压力为10MPa的条件下热压5min。其他与具体实施方式一至六之一相同。具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中在温度为105℃和压力为10MPa的条件下热压5min。其他与具体实施方式一至七之一相同。具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤四中所述加工成型是将步骤三得到的粒料通过单螺杆挤出机进行挤出或通过模压机进行模压。其他与具体实施方式一至八之一相同。具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤四中所述加工成型是将步骤三得到的粒料再次放入双螺杆挤出机中进行二次熔融混料，然后粉碎再通过单螺杆挤出机进行挤出或通过模压机进行模压。其他与具体实施方式一至九之一相同。本实施方式采用二次造粒的方式，进一步提高了纸浆在聚烯烃树脂中的分散效果。通过以下实施例验证本发明的有益效果：实施例一：一种纸浆增强聚烯烃复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：一、称取500g阔叶浆、500g粉状高密度聚乙烯、30g马来酸酐接枝聚乙烯、10g硬脂酸和10g聚乙烯蜡；二、将步骤一称取的500g阔叶浆、500g粉状高密度聚乙烯、30g马来酸酐接枝聚乙烯、10g硬脂酸和10g聚乙烯蜡混合，然后加20L水放入打浆机中打浆60min后滤出得到混合物，将混合物剪碎成直径为10mm的小团，得到剪碎的混合物；三、将步骤二得到的剪碎的混合物置于热压机中，在温度为110℃和压力为10MPa的条件下热压5min，得到厚度为2mm～5mm的片状物，然后放入温度为80℃的烘箱中干燥至厚度为2mm～5mm的片状物的含水率低于3％，然后放入双螺杆挤出机中熔融混合，冷却后造粒，得到粒料；四、对步骤三得到的粒料通过单螺杆挤出机进行挤出，得到纸浆增强聚烯烃复合材料。湿态纸纤/高密度聚乙烯颗粒混合物经初步热压再干燥，可减少塑料颗粒在干燥过程中的脱落；片状混合物可进行直接喂料，不需要强制喂料。实施例二：一种纸浆增强聚烯烃复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：一、称取500g针叶浆、500g粉状高密度聚乙烯、30g马来酸酐接枝聚乙烯、10g硬脂酸和10g聚乙烯蜡；二、将步骤一称取的500g针叶浆、500g粉状高密度聚乙烯、30g马来酸酐接枝聚乙烯、10g硬脂酸和10g聚乙烯蜡混合，然后加20L水放入打浆机中打浆60min后滤出得到混合物，将混合物剪碎成直径为10mm的小团，得到剪碎的混合物；三、将步骤二得到的剪碎的混合物置于热压机中，在温度为110℃和压力为10MPa的条件下热压5min，得到厚度为2mm～5mm的片状物，然后放入温度为80℃的烘箱中干燥至厚度为2mm～5mm的片状物的含水率低于3％，然后放入双螺杆挤出机中熔融混合，冷却后造粒，得到粒料；四、对步骤三得到的粒料通过单螺杆挤出机进行挤出，得到纸浆增强聚烯烃复合材料。本实施例采用长径比更高的针叶浆能更好的形成网络结构将塑料粉末固定于其中，在干燥过程中，较少的塑料颗粒脱落。实施例三：一种纸浆增强聚烯烃复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：一、称取100～400g纸浆、600～800g粉状高密度聚乙烯、30g马来酸酐接枝聚乙烯、10g硬脂酸和10g聚乙烯蜡；二、将步骤一称取的100～400g纸浆、600～800g粉状高密度聚乙烯、30g马来酸酐接枝聚乙烯、10g硬脂酸和10g聚乙烯蜡混合，然后加20L水放入打浆机中打浆60min后滤出得到混合物，将混合物剪碎成直径为10mm的小团，得到剪碎的混合物；三、将步骤二得到的剪碎的混合物置于热压机中，在温度为110℃和压力为10MPa的条件下热压5min，得到厚度为2mm～5mm的片状物，然后放入温度为80℃的烘箱中干燥至厚度为2mm～5mm的片状物的含水率低于3％，然后放入双螺杆挤出机中熔融混合，冷却后造粒，得到粒料；四、对步骤三得到的粒料通过单螺杆挤出机进行挤出，得到纸浆增强聚烯烃复合材料。本实施例通过改变纸浆比例，可以制备不同纤维含量的纸纤/高密度聚乙烯复合材。实施例四：一种纸浆增强聚烯烃复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：一、称取500g纸浆、500g粉状高密度聚乙烯、30g马来酸酐接枝聚乙烯、10g硬脂酸、10g聚乙烯蜡和5～15gKH550硅烷偶联剂；二、将步骤一称取的500g纸浆、500g粉状高密度聚乙烯、30g马来酸酐接枝聚乙烯、10g硬脂酸和10g聚乙烯蜡混合，然后加20L水放入打浆机中打浆60min后滤出得到混合物，将混合物剪碎成直径为10mm的小团，得到剪碎的混合物；三、将步骤二得到的剪碎的混合物置于热压机中，在温度为105℃和压力为10MPa的条件下热压5min，得到厚度为2mm～5mm的片状物，然后放入温度为80℃的烘箱中干燥至厚度为2mm～5mm的片状物的含水率低于3％；然后将5～15gKH550硅烷偶联剂溶于体积分数为95％的乙醇中制成质量分数为5％的溶液，然后将质量分数为5％的溶液喷洒于干燥的厚度为2mm～5mm的片状物上后在温度为103℃的条件下干燥至干燥的厚度为2mm～5mm的片状物的含水率低于3％；然后放入双螺杆挤出机中熔融混合，冷却后造粒，得到粒料；四、对步骤三得到的粒料通过单螺杆挤出机进行挤出，得到纸浆增强聚烯烃复合材料。本实施例加入硅烷偶联剂KH550，有利于改善纸浆纤维和树脂间的界面结合；与实施例一相比，加入硅烷偶联剂KH550后制得的纸浆纤维/高密度聚乙烯复合材强度提高15～40％。实施例五：一种纸浆增强聚烯烃复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：一、称取500g纸浆、500g的3～6mm的聚丙烯纤维、30g马来酸酐接枝聚丙烯、10g硬脂酸和10g聚乙烯蜡；二、将步骤一称取的500g纸浆、500g的3～6mm的聚丙烯纤维、30g马来酸酐接枝聚丙烯、10g硬脂酸和10g聚乙烯蜡混合，然后加20L水放入打浆机中打浆60min后滤出得到混合物，将混合物剪碎成直径为10mm的小团，得到剪碎的混合物；三、将步骤二得到的剪碎的混合物置于热压机中，在温度为105℃和压力为10MPa的条件下热压5min，得到厚度为2mm～5mm的片状物，然后放入温度为80℃的烘箱中干燥至厚度为2mm～5mm的片状物的含水率低于3％；然后放入双螺杆挤出机中熔融混合，冷却后造粒，得到粒料；四、对步骤三得到的粒料通过单螺杆挤出机进行挤出，得到纸浆增强聚烯烃复合材料。本实施例采用树脂纤维，其外观形态及堆积密度与纸浆相近，利于打浆过程中均匀混合，且干燥过程中树脂纤维能很好的固定于纸浆中，不会像塑料粉末从纸浆中脱离。实施例六：一种纸浆增强聚烯烃复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：一、称取500g阔叶浆或针叶浆、500g粉状高密度聚乙烯、30g马来酸酐接枝聚乙烯、10g硬脂酸和10g聚乙烯蜡；二、将步骤一称取的500g阔叶浆、500g粉状高密度聚乙烯、30g马来酸酐接枝聚乙烯、10g硬脂酸和10g聚乙烯蜡混合，然后加20L水放入打浆机中打浆60min后滤出得到混合物，将混合物剪碎成直径为10mm的小团，得到剪碎的混合物；三、将步骤二得到的剪碎的混合物置于热压机中，在温度为110℃和压力为10MPa的条件下热压5min，得到厚度为2mm～5mm的片状物，然后放入温度为80℃的烘箱中干燥至厚度为2mm～5mm的片状物的含水率低于3％，然后放入双螺杆挤出机中熔融混合，冷却后造粒，得到粒料；四、将步骤三得到的粒料再次放入双螺杆挤出机中进行二次熔融混料，然后粉碎再通过单螺杆挤出机进行挤出或通过模压机进行模压，得到纸浆增强聚烯烃复合材料。本实施例通过二次造粒的过程，提高纤维在塑料中的分散。