一种环保轻质防动物咬聚丙烯复合材料的制备方法与流程

本发明属于pp复合材料，涉及一种环保轻质防动物咬聚丙烯复合材料的制备方法。

背景技术：

1、宠物行业的快速发展，猫笼、狗笼、仓鼠笼等附件越来越受到大家的关注，颜色亮丽、不同形状设计成为大家的首选目标，但因猫、狗、仓鼠等属于啮齿动物，他们喜欢啃咬笼子，故目前市场大部分的笼子的材料都是不锈钢，因不能喷漆(宠物啃咬会把漆吃掉)，故目前大部分笼子颜色都是不锈钢的颜色，单一的颜色无法满足目前宠物饲养年轻化的趋势，不锈钢制备的宠物笼子不仅重量较大，不适合携带，而且不适合做复杂的形状，从而限制往多元化发展。

2、聚丙烯材料因耐化学品性好、质轻、改性手段丰富、易于加工等特点使其成为汽车、小家电、宠物及等领域的常用材料；而且改性聚丙烯材料也能做到颜色亮丽、形状丰富。

3、目前，针对防啮齿动物咬和植物纤维增强聚丙烯的研究已有见报道，公开号为gr20010100474a的希腊专利公开了一种添加动物驱避剂的聚合物混合物及其用于制造具有更高的抗动物咬伤损伤能力的管材的方法，通过在生产管道或者电缆的混合物中添加动物趋避剂，来实现防止动物咬伤或者咬破的功能，从而制造出更具抗损伤能力打管道，但此类机械强度一般，味道较重，无法在宠物领域使用。公开号为cn103571213a的中国专利申请公开了一种用于汽车内饰件的木纤维填充增强聚丙烯复合材料及其制备方法，通过对木纤维填充增强聚丙烯，制备的复合材料的性能与滑石粉填充聚丙烯相当，但其密度性更低，可以达到轻量化的目的，且木纤维可再生，能减少对环境污染，但该复合材料无防动物啃咬效果，无法在宠物笼使用，即使在加工过程中添加苦味剂等趋避剂，但由于采用的一步法加工木纤维填充聚丙烯，高填充量的情况下无法很好的加工，做浅色情况下碳化概率较高，产生黑点明显，影响颜色效果，且该方法做出来的高填充复合材料性能偏低，植物纤维分散性较差(分散性差导致复合材料性能不稳定，且外观容易有浮纤)。

4、因此，研究一种环保轻质防动物咬聚丙烯复合材料的制备方法，以解决上述问题，具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种环保轻质防动物咬聚丙烯复合材料的制备方法。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种环保轻质防动物咬聚丙烯复合材料的制备方法，将pp树脂ⅰ、植物纤维母粒、苦味剂、抗氧剂、分散剂ⅰ、相容剂ⅰ和耐候剂混合均匀后进行熔融挤出造粒制得环保轻质防动物咬聚丙烯复合材料；

4、植物纤维母粒是将pp树脂ⅱ预混料与预浸润植物纤维分别从双螺杆挤出机的主喂料口和侧喂料口加入，进行熔融挤出造粒得到的；

5、pp树脂ⅱ预混料是将pp树脂ⅱ、相容剂ⅱ、抗氧剂和分散剂ⅱ混合均匀得到的；相容剂ⅱ为马来酸酐接枝pe或eva接枝马来酸酐，分散剂ⅱ为马来酸酐接枝聚丙烯蜡与氧化聚乙烯蜡按质量比1～3:1混合而成；

6、预浸润植物纤维为经浸润剂处理的植物纤维，浸润剂为钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂；

7、环保轻质防动物咬聚丙烯复合材料的密度为0.92～1.0g/cm3，拉伸强度为29～36mpa，弯曲强度为32～45mpa，弯曲模量为1750～3100mpa，缺口冲击强度为3.2～10.5kj/m2。

8、作为优选的技术方案：

9、如上所述的一种环保轻质防动物咬聚丙烯复合材料的制备方法，马来酸酐接枝pe的维卡软化温度为88～97℃，接枝率为1.0～1.2％，优选乐天em-400；eva接枝马来酸酐的维卡软化点为43～72℃，接枝率为1.2～1.6％，优选sk t 9314；马来酸酐接枝聚丙烯蜡的接枝率为5～10％，重均分子量为3000～8000，优选霍尼韦尔a-c597p；氧化聚乙烯蜡的酸值为15～25mg koh/g，优选licowax ped 521。

10、如上任一项所述的一种环保轻质防动物咬聚丙烯复合材料的制备方法，具体步骤如下：

11、(1)将植物纤维与浸润剂投入至速度为50～80转/min的低混机中，在30～50℃的温度下混合5～7min后出料，得到预浸润植物纤维；

12、(2)将pp树脂ⅱ、相容剂ⅱ、抗氧剂和分散剂ⅱ投入至速度为220～400转/min的高混机中混合6～12min形成pp树脂ⅱ预混料；

13、(3)将pp树脂ⅱ预混料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，预浸润植物纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，在加工温度为160～200℃的双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒得到植物纤维母粒；

14、(4)将pp树脂ⅰ、植物纤维母粒、苦味剂、抗氧剂、分散剂ⅰ、相容剂ⅰ和耐候剂在速度为220～480转/min的高混机中混合均匀5～10min形成pp树脂ⅰ预混料；

15、(5)将pp树脂ⅰ预混料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，在加工温度为160～210℃的双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，制得环保轻质防动物咬聚丙烯复合材料。

16、如上所述的一种环保轻质防动物咬聚丙烯复合材料的制备方法，按重量份数计，植物纤维母粒的原料配方如下：

17、

18、如上所述的一种环保轻质防动物咬聚丙烯复合材料的制备方法，pp树脂ⅱ在230℃、2.16kg测试条件下的熔融指数为25～120g/10min；

19、植物纤维为木纤维、竹纤维、麻纤维和纤维素纤维的一种以上。

20、如上所述的一种环保轻质防动物咬聚丙烯复合材料的制备方法，按重量份数计，环保轻质防动物咬聚丙烯复合材料的原料配方如下：

21、

22、如上所述的一种环保轻质防动物咬聚丙烯复合材料的制备方法，pp树脂ⅰ在230℃、2.16kg测试条件下的熔融指数为10～60g/10min；

23、苦味剂为苯甲地那铵，其熔点为164～168℃；

24、分散剂ⅰ为马来酸酐接枝聚丙烯蜡与聚乙烯蜡按质量比1:1混合而成，其中马来酸酐接枝聚丙烯蜡优选科莱恩licocene pp系列；科莱恩licocene pp系列是茂金属催化的马来酸酐聚丙烯蜡，熔点85～95℃，分散效果和反应速度较快，对植物纤维的分散快速响应；

25、聚乙烯蜡和马来酸酐聚丙烯蜡的分散剂分子量小，熔点低，在加工初期温度较低的时期提前熔化，提前融化的小分子类似于增塑剂，可以降低熔体粘度，减少螺杆因熔体粘度大而产生的剪切热，防止过热降解，能对苦味剂进行保护作用；其中，聚乙烯蜡更经济实惠，所以选择马来酸酐接枝聚丙烯蜡与聚乙烯蜡这两者复配；

26、相容剂ⅰ为聚丙烯接枝马来酸酐(pp-g-mah)或poe接枝马来酸酐(poe-g-mah)；

27、耐候剂为2-(2'-羟基5'-叔辛基苯基)苯并三氮唑(uv-329)、2,2,6,6-四甲基-4-哌啶硬脂酸酯、癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯和2-(2h-苯并三唑-2)-4,6-二(1-甲基-1-苯基乙基)苯酚的一种以上。

28、如上所述的一种环保轻质防动物咬聚丙烯复合材料的制备方法，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯按质量比1:2混合而成；

29、受阻酚类抗氧剂为四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯和三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯中的一种以上，亚磷酸酯为三(2,4-二叔丁基苯)亚磷酸酯和双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯中的一种以上。

30、如上所述的一种环保轻质防动物咬聚丙烯复合材料的制备方法，步骤(2)中双螺杆挤出机从第一区到第九区设置温度依次为160～180℃、180～200℃、180～200℃、190～200℃、190～200℃、190～200℃、190～200℃、190～200℃、180～190℃。

31、如上所述的一种环保轻质防动物咬聚丙烯复合材料的制备方法，步骤(5)中双螺杆挤出机从第一区到第九区设置温度依次为：160～180℃、180～200℃、180～200℃、190～210℃、190～210℃、190～210℃、190～210℃、190～210℃、190～200℃。

32、本发明原理：

33、本发明首先利用浸润剂对植物纤维进行预浸润处理，增加植物纤维的表面极性基团(极性基团有利于极性的相容剂和极性的分散剂快速的与植物纤维表面反应)，再通过低熔点分散剂和相容剂(即分散剂ii和相容剂ii)来提高植物纤维的分散性以及与非极性聚丙烯基体(即pp树脂ⅱ)的相容性，降低因相容性不好使植物纤维在双螺杆挤出加工发生碳化的风险，使得制备的防动物咬的聚丙烯复合材料性能较高，外观优良。因苦味剂有轻微的刺鼻气味，本发明利用植物纤维自身的味道对动物趋避剂进行掩盖，从而减少气味对宠物的影响。

34、其中，具体地，分散剂ⅱ为马来酸酐接枝聚丙烯蜡与氧化聚乙烯蜡按质量比1～3:1混合而成，这类分散剂因为既含有分散性，又含有极性基团，在矿物填充增强中会使用到，但主要是提高矿物在树脂中的分散，且没有极性相容剂与极性分散剂混合使用的现有技术。

35、本发明在植物纤维母粒制造中采用高接枝率低熔点的相容剂(即相容剂ⅱ)，在双螺杆挤出机的熔融段提前融化，通过接枝的马来酸酐基团与植物纤维表面的羟基、羧基、羰基等极性基团反应，先熔融的相容剂ⅱ快速地将植物纤维包裹，再通过马来酸酐接枝聚丙烯蜡与氧化聚乙烯蜡使植物纤维快速分散到聚丙烯基体中，其中，马来酸酐接枝聚丙烯蜡接枝率高但熔点高，氧化聚乙烯蜡的熔点低，并且马来酸酐接枝聚丙烯蜡具有极性，因此使得同样具有极性的植物纤维更好地分散于聚丙烯树脂基体中；由于植物纤维被相容剂ii包裹，并均匀分散，减少植物纤维与pp树脂ⅱ在双螺杆中的粘度差，pp树脂ⅱ可很好地包裹植物纤维，使植物纤维在双螺杆加工过程中不易出现在熔体表面，从而植物纤维不易在螺杆上或者筒体内堆积，降低碳化的风险；植物纤维在加工过程中不易炭化，可以有很好的纤维保留长度，使得制备出复合材料拉伸强度、弯曲强度等性能较高。

36、有益效果：

37、(1)本发明的一种环保轻质防动物咬聚丙烯复合材料的制备方法，成本低廉，具有较好的推广价值；

38、(2)本发明的一种环保轻质防动物咬聚丙烯复合材料的制备方法，浸润剂对植物纤维进行预浸润处理，通过低熔点相容剂ⅱ和极性分散剂ⅱ的共同作用，降低碳化的风险，制备得到分散性好的植物纤维母粒，再通过调整不同纤维添加量，复配动物趋避剂，制备不同强度、性能优良的环保轻质防动物咬聚丙烯复合材料，可广泛应用于宠物、家电及家居领域。