本发明涉及高分子
技术领域：
，具体涉及一种改性纳米纤维素增强聚丙烯微发泡复合材料及其制备方法。
背景技术：
：随着全球对环保、节能降耗的呼声越来越强烈，车辆轻量化和新能源车辆的开发的进程加快，对聚丙烯微发泡提出了更高的要求。聚丙烯发泡材料具有密度小、力学性能优异、热稳定性好、耐化学腐蚀等优点，被广泛应用于汽车门板、仪表板、中央通道等部件，已成为车辆轻量化和新能远热衷的轻质材料之一。但聚丙烯属于半结晶材料，熔体强度低，无法支撑泡孔的长大，容易造成并泡，串泡等缺陷，受力时常常成为泡体破裂的发源地，降低发泡材料的力学性能，制约着聚丙烯应用领域。玻璃纤维具有良好的力学性能，作为增强相被广泛应用于聚丙烯发泡材料中。中国发明专利号cn104194155a采用长玻璃纤维增强聚丙烯微发泡复合材料，显著提高了材料的拉伸、冲击强度、模量和耐热性能，获得了性能优异且环保的聚丙烯微发泡材料。但是玻璃纤维材料不具备生物降解性，因此天然纤维取代玻璃纤维的研究受到了越来越多研究者的关注，纳米纤维素是一种从天然纤维素中提取的一种天然可再生的新型纳米材料，具有长径比高、比表面积大，机械强度高、热膨胀系数低，生物降解性和可再生性等特点，作为聚合物增强相的复合材料展示出极高的模量，热稳定性、刚性和高强度，使其在高性能的聚合物中展示出广阔的应用前景，然而纳米纤维素表面存在大量的羟基和极性基团使得纳米纤维素与非极性聚丙烯基体相容性差，在聚丙烯基体中分散性差，从而生产较弱的界面作用，难以最大限度的发挥纳米纤维素的增强作用。技术实现要素：为应对现有技术的不足，提供一种改性纳米纤维素增强聚丙烯微发泡复合材料及其制备方法。其技术方案如下：一种改性纳米纤维素增强聚丙烯微发泡复合材料，由96-98wt％聚丙烯复合材料和余量的化学发泡剂组成；其中所述的聚丙烯复合材料由以下组分按重量份组成：所述化学发泡剂为80wt％的以ldpe为载体的发泡剂母粒，以及余量为气源的碳酸氢钠；所述改性纳米纤维由2-6份纳米纤维素、1-6份改性剂与0.2-1份催化剂反应制得。进一步的，所述聚丙烯为均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯的至少一种。进一步的，所述的改性剂为十二烷基琥珀酸酐、2-辛烯基琥珀酸酐的一种或两种。进一步的，所述的纳米纤维素的直径为4-10nm，长度为1000-3000nm。进一步的，所述的催化剂为浓硫酸。进一步的，所述的相容剂为均聚聚丙烯接枝马来酸酐，其接枝率为0.8-1.2％；所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、硫代硫酸酯类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。进一步的，所述其他助剂为紫外光吸收剂、表面光亮剂、光稳定剂、抗静电剂或着色剂的至少一种。进一步的，所述受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1010；所述硫代硫酸酯类抗氧剂为抗氧剂dltp；所述亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168。改性纳米纤维素增强聚丙烯微发泡复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)改性纳米纤维素的制备：称取纳米纤维素2-6份加到含有100-200ml冰醋酸的反应器中，边搅拌边加入改性剂1-6份、催化剂0.2-1份，在冰水浴中恒温搅拌回4-12h，升至室温，再用高速离心机进行离心；产物在40-60℃的真空干燥箱中干燥24-48h，得到改性纳米纤维素；2)聚丙烯复合材料：将步骤1制备的改性纳米纤维素、聚丙烯85-95份、相容剂1-3份、抗氧剂0.2-0.4份、润滑剂0.5-1份、其他助剂0-2份在高速混合机混合10min，然后投入同向双螺杆挤出机后，经过熔融挤出，造粒，制得聚丙烯复合材料；3)改性纳米纤维素增强聚丙烯微发泡复合材料的制备：将97-98wt％的聚丙烯复合材料与2-3wt％的化学发泡剂混合均匀后，经二次开模注塑制备出改性纳米纤维素增强聚丙烯微发泡复合材料。进一步的，所述挤出机的挤出温度为180-200℃，螺杆转速为350-400r/min，真空度为-0.06—-0.08mpa；步骤3所述二次开模注塑的成型温度为190-210℃。本发明的有益之处在于：(1)纳米纤维素含有丰富的羟基，本发明以冰醋酸为分散介质，浓硫酸为催化剂，琥珀酸酐为改性剂，改性剂与纳米纤维素表面的羟基发生酯化反应，在其表面引入疏水性的长链烷基链，从达到对纳米纤维素的有机化处理，提高表面疏水性，改善与聚合物基体的相容性。(2)改性纳米纤维素与聚丙烯树脂熔融共混，接枝的长链烷基与聚丙烯链段相互缠结，增强与基体的附着力，纤维素以纳米尺度分散于基体中，均匀的分散的粒子交错分布，形成三维网状结构，限制分子链的运动，提高熔体的黏度，从而有效提高基体的熔体强度。在注塑过程中加入发泡剂，发泡剂受热分解，产生众多的气源，均匀的扩散在熔体中，气源以纳米纤维素为成核点，形成致密的泡核，较高的熔体强度有效束缚泡核的长大定型，从而形成均匀细腻的聚丙烯微发泡材料。具体实施方式为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步描述，以下实施例仅是对本发明进行说明而非对其加以限定。实施例1改性纳米纤维素增强聚丙烯微发泡复合材料的方法，包括以下步骤：1)改性纳米纤维素的制备：称取纳米纤维素2份加到含有100ml冰醋酸的反应器中，边搅拌边加入十二烷基琥珀酸酐1份、催化剂0.2份，在冰水浴中恒温搅拌回4h，升至室温，再用高速离心机进行离心；产物在40℃的真空干燥箱中干燥24h，得到改性纳米纤维素；2)聚丙烯复合材料：将步骤1制备的改性纳米纤维素、均聚聚丙烯65份、无规共聚聚丙烯30份、聚丙烯接枝马来酸酐1份抗氧剂10100.2份、抗氧剂1680.2份、硬脂酸钙0.5份在高速混合机混合10min，然后投入同向双螺杆挤出机后，经过熔融挤出，造粒，制得聚丙烯复合材料；所述挤出机的挤出温度为180℃，螺杆转速为350r/min，真空度为-0.06mpa；3)改性纳米纤维素增强聚丙烯微发泡复合材料的制备：将97wt％的聚丙烯复合材料与3wt％的化学发泡剂混合均匀后，经二次开模注塑制备出改性纳米纤维素增强聚丙烯微发泡复合材料；所述二次开模注塑的成型温度为210℃。实施例2改性纳米纤维素增强聚丙烯微发泡复合材料的方法，包括以下步骤：1)改性纳米纤维素的制备：称取纳米纤维素6份加到含有200ml冰醋酸的反应器中，边搅拌边加入2-辛烯基琥珀酸酐6份、浓硫酸1份，在冰水浴中恒温搅拌回4-12h，升至室温，再用高速离心机进行离心；产物在40-60℃的真空干燥箱中干燥48h，得到改性纳米纤维素；2)聚丙烯复合材料：将步骤1制备的改性纳米纤维素、均聚聚丙烯55份、嵌段共聚聚丙烯30份、聚丙烯接枝马来酸酐3份、抗氧剂10100.1份、抗氧剂1680.1份、硬脂酸钙1份在高速混合机混合10min，然后投入同向双螺杆挤出机后，经过熔融挤出，造粒，制得聚丙烯复合材料；所述挤出机的挤出温度为180-200℃，螺杆转速为400r/min，真空度为-0.08mpa；3)改性纳米纤维素增强聚丙烯微发泡复合材料的制备：将98wt％的聚丙烯复合材料与2wt％的化学发泡剂混合均匀后，经二次开模注塑制备出改性纳米纤维素增强聚丙烯微发泡复合材料；所述二次开模注塑的成型温度为210℃。实施例3改性纳米纤维素增强聚丙烯微发泡复合材料的方法，包括以下步骤：1)改性纳米纤维素的制备：称取纳米纤维素4份加到含有200ml冰醋酸的反应器中，边搅拌边加入十二烷基琥珀酸酐4份、浓硫酸0.8份，在冰水浴中恒温搅拌回8h，升至室温，再用高速离心机进行离心；产物在50℃的真空干燥箱中干燥36h，得到改性纳米纤维素；2)聚丙烯复合材料：将步骤1制备的改性纳米纤维素、嵌段共聚聚丙烯70份、无规共聚聚丙烯20份、聚丙烯接枝马来酸酐2份、纳米纤维素4份、十二烷基琥珀酸酐4份、浓硫酸0.8份、抗氧剂10100.15份、抗氧剂1680.15份、硬脂酸钙0.75份、紫外光吸收剂0.5份、光稳定剂0.5份、着色剂1份在高速混合机混合10min，然后投入同向双螺杆挤出机后，经过熔融挤出，造粒，制得聚丙烯复合材料；所述挤出机的挤出温度为190℃，螺杆转速为390r/min，真空度为-0.7mpa；3)改性纳米纤维素增强聚丙烯微发泡复合材料的制备：将98wt％的聚丙烯复合材料与2wt％的化学发泡剂混合均匀后，经二次开模注塑制备出改性纳米纤维素增强聚丙烯微发泡复合材料；所述二次开模注塑的成型温度为200℃。对比例聚丙烯微发泡复合材料的方法，包括以下步骤：1)聚丙烯复合材料：将纳米纤维素4份、均聚聚丙烯63份、无规共聚聚丙烯30份、聚丙烯接枝马来酸酐3份、抗氧剂10100.15份、抗氧剂1680.15份、硬脂酸钙0.75份在高速混合机混合10min，然后投入同向双螺杆挤出机后，经过熔融挤出，造粒，制得聚丙烯复合材料；所述挤出机的挤出温度为180℃，螺杆转速为350r/min，真空度为-0.06mpa；2)改性纳米纤维素增强聚丙烯微发泡复合材料的制备：将97wt％的聚丙烯复合材料与3wt％的化学发泡剂混合均匀后，经二次开模注塑制备出改性纳米纤维素增强聚丙烯微发泡复合材料；所述二次开模注塑的成型温度为190℃。将上述实施例1-3及对比例制得的聚丙烯复合材料主要物性指标根据相关检测标准测试，其泡孔平均直径、密度、拉伸强度、缺口冲击强度、弯曲强度、弯曲模量的检测标准与检测结果如下表1所示：表1实施例1-3及对比例的性能测试检测标准实施例1实施例2实施例3对比例泡孔平均直径(μm)image图像处理756255140密度g/cm3gb-t1033.1-20080.780.810.760.86拉伸强度(mpa)gb/t1040-200628333124缺口冲击强度(kj/m2)gb/t1043-19935.36.47.83.2弯曲强度(mpa)gb/t9341-200033.336.935.626.3弯曲模量(mpa)gb/t9341-20001705190418321205如在本发明的制备组份中添加紫外光吸收剂、光稳定剂、抗静电剂、着色剂等功能助剂，使复合材料具有相应特性亦受本发明保护。从表1数据实施例1-3与对比例数据可以看出，本申请制得的材料的泡孔平均直径、密度、拉伸强度、缺口冲击强度、弯曲强度、弯曲模量都要优于对比例，可以判断对纳米纤维素进行有机化处理，提高表面疏水性，提高与聚丙烯的相容性，促进纳米粒子均匀在基体中均匀分散，继而有效提高材料的力学性能，改善聚丙烯的发泡性能。以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。当前第1页12