專利名稱：一種木塑復合材料用界面相容劑及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種界面相容劑，尤其涉及一種用于木塑復合材料的界面相容劑及其制備方 法，屬于高分子材料改性領域。
背景技術：
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對木材的需求量日益加大，遠遠超過實際的供應量，而全球 森林資源日趨枯竭，木材供應捉襟見肘。同時，由于塑料制品的廣泛應用，大量廢棄塑料帶 來的"白色污染"日益加重，使人類生存環(huán)境日益惡化。發(fā)展綠色經(jīng)濟，走可持續(xù)發(fā)展道路 己在工業(yè)界達成共識。木塑復合材料是將木粉與熱塑性塑料經(jīng)高溫混煉，通過擠出、模壓等 方式制成的一種資源循環(huán)型、綠色環(huán)保的新材料，適應當今經(jīng)濟發(fā)展的需要，對節(jié)省自然資 源、保護生態(tài)環(huán)境具有重要的現(xiàn)實意義，實現(xiàn)了經(jīng)濟效益與環(huán)保效益的雙贏，因而近年來備 受工業(yè)界關注。
木塑復合材料的研究領域涉及到原材料改性、生產(chǎn)加工設備、工藝流程等各個方面，其 中原材料改性是獲得高性能木塑復合材料的關鍵。由于木粉的主要成分是纖維素、半纖維素、 木質(zhì)素，這些化合物中含有大量的羥基基團，使得木粉表面親水性很強，導致與疏水性的熱 塑性塑料之間相容性很差，所制備的木塑復合材料界面粘結強度低，力學性能不佳。目前最 為有效的方法是采用添加界面相容劑來改善木塑復合材料的界面相容性，此類相容劑多為馬 來酸酐、丙烯酸等反應性單體通過熔融接枝法制備的界面相容劑。但在制備和應用過程中存 在以下問題(1)馬來酸酐在接枝過程中由于自聚能力差，很難在聚烯烴主鏈上形成長的反 應性支鏈，通常僅以一個單體的形式接枝到聚烯烴主鏈上，由此所制備的界面相容劑接枝率 很低；添加供電效應單體，雖然可與馬來酸酐等反應性單體共聚來提高界面相容劑接枝率， 但所接枝的反應性單體仍不足以較充分地與木粉表面的羥基反應。(2)制備的界面相容劑使 用過程中熔融流動性不理想， 一方面是由于聚烯烴主鏈過長，與塑料基體過分地纏結限制了 界面相容劑反應性支鏈向木粉表面的運動，另一方面供電效應單體的加入，由于交聯(lián)作用更 使得界面相容劑的熔融流動性降低，在木粉與塑料共混時，界面相容劑不能對木粉表面充分 地潤濕。這些都限制了界面相容劑的界面改性效果，因而在木塑復合材料制備中，為提高界 面的黏結強度，界面相容劑用量通常較多，由此相對降低了木塑復合材料組成中塑料基體的 比例，限制了木塑復合材料力學性能的進一步提升，特別是在木粉填充量超過50%的情況下， 更難體現(xiàn)界面相容劑的界面改善作用。
因此開發(fā)一種適用于木塑復合材料的界面相容劑，特別是在木粉高填充量時仍具有優(yōu)良的界面改性效果的界面相容劑，對于制備高性能木塑復合材料，促進木塑工業(yè)發(fā)展具有深遠
的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的之一在于提供一種木塑復合材料專用的界面相容劑，該界面相容劑反應性單 體接枝率高，大分子主鏈分子量適中，熔融流動性好，能顯著提高木粉在塑料基體中的分散， 對木塑復合材料界面改善效果優(yōu)異，從而提高木塑復合材料的力學性能，特別適用丁木粉填 充量高的情況。
本發(fā)明目的之二在于提供該界面相容劑的制備方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術方案
一種木塑復合材料用界面相容劑，以聚烯烴為主鏈，接枝支鏈為馬來酸酐、丙烯酸、甲 基丙烯酸或它們的衍生物中的至少一種，與苯乙烯或其衍生物形成的嵌段共聚物或交替共聚
物；通過熔融擠出法得到，其特征在于界面相容劑主鏈的分子量為1000 6000;支鏈接枝率 為5% 15%。
上述的聚烯烴為低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、線形低密度聚乙烯、聚丙烯中的至少一種。
上述的馬來酸酐衍生物為馬來酸酐二丁酯、富馬酸酐、富馬酸二甲酯、富馬酸二乙酯 或富馬酸二 j'酯。
上述的丙烯酸衍生物為丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸異丁酯或丙 烯酸縮水甘油酯。
上述的苯乙烯衍生物為鄰甲基苯乙烯或?qū)谆揭蚁?br> 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。
一種制備上述的木塑復合材料用界面相容劑的方法，其特征在于該方法的具體步驟如下
a. 聚烯烴斷鏈降解按質(zhì)量份數(shù)，將聚烯烴50 100份，自由基引發(fā)劑0.1 5份，白 油1 10份，阻交聯(lián)劑0. 1 1份，加工助劑0. 1 5份；充分混合5 20分鐘，用雙 螺桿擠出機熔融擠出，切粒，干燥后得到降解聚烯烴；擠出機轉(zhuǎn)速20 60轉(zhuǎn)/分鐘， 擠出溫度120。C 21(TC;
b. 降解聚烯烴熔融接枝按質(zhì)量份數(shù)，將步驟a所得降解聚烯烴50 100份，接枝單休 1 40份，自由基引發(fā)劑O. 1 5份，阻交聯(lián)劑O. 1 1份，白油1 10份，加工助劑 0. 1 5質(zhì)量份充分混合2 20分鐘，用雙螺桿擠出機熔融接枝，切粒，干燥后得到界
5面相容劑；擠出機轉(zhuǎn)速10 40轉(zhuǎn)/分鐘，擠出溫度120°C 210°C。 上述的聚烯烴為低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、線形低密度聚乙烯、聚丙烯中的至少 一種。
上述的單體為馬來酸酐、丙烯酸、苯乙烯、甲基丙烯酸以及它們的衍生物中的至少一種。 上述的引發(fā)劑為過氧化二異丙苯、過氧化二叔丁基、2，5 — 二甲基一2,5 —二 (叔丁基 過氧基)己烷、過氧苯甲酸叔丁酯中的至少一種。 上述的阻交聯(lián)劑為亞磷酸二苯酯。 上述的加工助劑為硬脂酸或硬脂酸鈣。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下顯而易見的突出特點和顯著優(yōu)點
1. 本發(fā)明通過兩步工藝法制備的界面相容劑上反應性單體接枝率高，即單位質(zhì)量的相容 劑中可與木粉表面羥基發(fā)生反應的活性點多，并且界面相容劑的大分子主鏈保持適當
的分子量，即主鏈長度足以滿足與塑料基體的分子鏈發(fā)生纏結和分子鏈間相互作用的 需要，而不至于影響界面相容劑的熔融流動性。
2. 本發(fā)明制備的界面相容劑在共混加工過程中界面相容劑的熔融流動性能好，能先于塑
料基體潤濕木粉表面之前，界面相容劑就已充分潤濕了木粉表面，從而能與木粉表面 的羥基反應得更充分，最終達到較好的改性效果。
3. 本發(fā)明的界面相容劑反應性單體接枝率高，大分子主鏈分子量適中，熔融流動性好，
能顯著提高木粉在塑料基體中的分散，對木塑復合材料界面改善效果優(yōu)異，從而提高 木塑復合材料的力學性能，特別適用于木粉填充量高的情況。
4. 本發(fā)明所用聚烯烴原料，可以選用回收再生料，由此可相應的減少工藝中引發(fā)劑的用
量，既節(jié)約成本，又能重復利用資源。
具體實施例方式
實施例1:
a. 聚烯烴斷鏈降解稱取過氧化二異丙苯200g、過氧化二異叔丁基100g和亞磷酸二苯 酯50g溶于300g白油中。稱取聚丙烯10kg和硬脂酸150g放入高速混合機中，混合 10分鐘，其間均勻加入溶有引發(fā)劑和阻交聯(lián)劑的白油。充分混合后加入到雙螺桿擠 出機中進行熔融擠出，切粒，干燥，得降解聚丙烯。擠出機轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分鐘；溫度 設定 一區(qū)160。C， 二區(qū)1卯。C，三區(qū)200。C，四區(qū)205。C，五區(qū)200。C。
b. 降解聚烯烴熔融接枝稱取過氧化二異丙苯80g、過氧化二異叔丁基40g和亞磷酸二 苯酯10g溶于100g白油中。稱取步驟a制備的降解聚丙烯10Kg、馬來酸酐lkg、苯
6乙烯lkg、硬脂酸100g放入高速混合機中，混合5分鐘，其間均勻加入溶有引發(fā)劑 和阻交聯(lián)劑的白油。充分混合后加入到雙螺桿擠出機中進行熔融擠出，切粒，干燥， 得木塑復合材料用界面相容劑。擠出機轉(zhuǎn)速為35轉(zhuǎn)/分鐘； c. 溫度設定 一區(qū)170。C， 二區(qū)180。C，三區(qū)200。C，四區(qū)205。C，五區(qū)200。C。 所得界面相容劑用丙酮洗滌，抽濾，真空干燥。實驗測得該界面相容劑的接枝率為 12.25%。應用于熔融擠出法制備聚丙烯基木塑復合材料，在界面相容劑添加5% (質(zhì)量比)， 木粉(60目，含水量低于1%)添加60%(質(zhì)量比)時，所制得的木塑復合材料按GB/T1040-1992 規(guī)定測得的拉伸強度與用市售的界面相容劑在相同工藝條件下制得的木塑復合材料相比，由 30.44MPa提高到35.92MPa;按GB/T1043-1993規(guī)定測得的沖擊強度由6.4kJ/r^2提高的 7.2kJ/m-2。
實施例2:
a. 聚烯烴斷鏈降解稱取過氧化二異丙苯400g、過氧化二異叔丁基200g和亞磷酸二苯 酯120g溶于500g白油中。稱取高密度聚乙烯10kg、低密度聚乙烯5kg、硬脂酸200g 放入高速混合機中，混合5分鐘，其間均勻加入溶有引發(fā)劑和阻交聯(lián)劑的白油。充分 混合后加入到雙螺桿擠出機中進行熔融擠出，切粒，干燥，得降解聚乙烯。擠出機轉(zhuǎn) 速為40轉(zhuǎn)/分鐘；溫度設定 一區(qū)15(TC， 二區(qū)160。C，三區(qū)170。C，四區(qū)175。C，五
區(qū)no。c。
b. 降解聚烯烴熔融接枝稱取過氧化二異丙苯150g、過氧化二異叔丁基100g和亞磷酸 二苯酯80g溶于300g白油中。稱取步驟a制備的降解聚乙烯15kg、馬來酸酑lkg、 丙烯酸lkg、苯乙烯2kg、硬脂酸150g放入高速混合機中，混合10分鐘，其間均勻 加入溶有引發(fā)劑和阻交聯(lián)劑亞磷酸二苯酯的白油。充分混合后加入到雙螺桿擠出機中 進行熔融擠出，切粒，干燥，得木塑復合材料用界面相容劑。擠出機轉(zhuǎn)速為40轉(zhuǎn)/分 鐘；溫度設定 一區(qū)150。C， 二區(qū)16(TC，三區(qū)170。C，四區(qū)175。C，五區(qū)170°C。
所得界面相容劑用丙酮洗滌，抽濾，真空干燥。實驗測得該界面相容劑的接枝率為 11.38%，應用于熔融擠出法制備聚乙烯基木塑復合材料，在界面相容劑添加5% (質(zhì)量比)， 木粉(60目，含水量低于1%)添加60%(質(zhì)量比)時，所制得的木塑復合材料按GB/T1040-1992 規(guī)定測得的拉伸強度與用市售的界面相容劑在相同工藝條件下制得的木塑復合材料相比，由 19.32MPa提高到24.78MPa;按GB/T1043-1993規(guī)定測得的沖擊強度由5.2kJ/m—2提高的 6.0kJ/m-2。
實施例3:a. 聚烯烴斷鏈降解稱取過氧化二異丙苯150g、過氧化二異叔丁基75g和亞磷酸二苯 酯30g溶于200g白油中。稱取聚丙烯再生料10kg、硬脂酸100g、硬脂酸鈣75g放入 高速混合機中，混合5分鐘，其間均勻加入溶有引發(fā)劑和阻交聯(lián)劑的白油。充分混合 后加入到雙螺桿擠出機中進行熔融擠出，切粒，干燥，得降解聚丙烯。擠出機轉(zhuǎn)速為 30轉(zhuǎn)/分鐘；溫度設定 一區(qū)160。C， 二區(qū)180。C，三區(qū)20(TC，四區(qū)190°C，五區(qū)200 °C。
b. 降解聚烯烴熔融接枝稱取過氧化二異丙苯80g和阻交聯(lián)劑亞磷酸二苯酯10g溶于 200g白油中。稱取步驟a制備的降解聚丙烯10kg、馬來酸酐1.5kg、苯乙烯1.5kg、 硬脂酸150g放入高速混合機中，混合10分鐘，其間均勻加入溶有引發(fā)劑的白油。充 分混合后加入到雙螺桿擠出機中進行熔融擠出，切粒，干燥，得木塑復合材料用界面 相容劑。擠出機轉(zhuǎn)速為40轉(zhuǎn)/分鐘；溫度設定 一區(qū)15(TC， 二區(qū)18(TC，三區(qū)190 °C，四區(qū)200。C，五區(qū)20(TC。
所得界面相容劑用丙酮洗滌，抽濾，真空干燥。實驗測得該界面相容劑的接枝率為 14.52%。應用于熔融擠出法制備聚丙烯基木塑復合材料，在界面相容劑添加5% (質(zhì)量比)， 木粉(60目，含水量低于1%)添加60% (質(zhì)量比)時，所制木塑復合材料按GB/T1040-1992 規(guī)定測得的拉伸強度與用市售的界面相容劑在相同工藝條件下制得的木塑復合材料相比，由 24.5證a提高到29.43MPa;按GB/T1043-1993規(guī)定測得的沖擊強度由5.9kJ/m—2提高的 6.5kJ/m—2。
實施例4:
a. 聚烯烴斷鏈降解稱取過氧化二異丙苯150g、過氧化二異叔丁基50g和亞磷酸二苯 酯30g溶于200g白油中。稱取聚丙烯10kg、硬脂酸100g、硬脂酸鈣50g放入高速混 合機中，混合5分鐘，其間均勻加入溶有引發(fā)劑和阻交聯(lián)劑的白油。充分混合后加入 到雙螺桿擠出機中進行熔融擠出，切粒，干燥，得降解聚丙烯。擠出機轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/ 分鐘；溫度設定 一區(qū)160。C， 二區(qū)180。C，三區(qū)200。C，四區(qū)190°C，五區(qū)200。C。
b. 降解聚烯烴熔融接枝稱取過氧化二異丙苯80g和阻交聯(lián)劑10g溶于150g白油中。 稱取步驟a制備的降解聚丙烯10kg、馬來酸酐0.5kg、甲基丙烯酸甘油酯0.5kg、苯 乙烯lkg、硬脂酸120g放入高速混合機中，混合10分鐘，其間均勻加入溶有引發(fā)劑 的白油。充分混合后加入到雙螺桿擠出機中進行熔融擠出，切粒，干燥，得木塑復合 材料用界面相容劑。擠出機轉(zhuǎn)速為40轉(zhuǎn)/分鐘；溫度設定 一區(qū)15(TC， 二區(qū)18(TC， 三區(qū)19(TC，四區(qū)200。C，五區(qū)20(TC。
8所得界面相容劑用丙酮洗滌，抽濾，真空干燥。實驗測得該界面相容劑的接枝率為9.84%。 應用于熔融擠出法制備聚丙烯基木塑復合材料，在界面相容劑添加5% (質(zhì)量比)，木粉(60 目，含水量低于1%)添加60% (質(zhì)量比)時，所制木塑復合材料按GB/T1040-1992規(guī)定測 得的拉伸強度與用市售的界面相容劑在相同工藝條件下制得的木塑復合材料相比，由 30.44MPa提高到32.76MPa;按GB/T1043-1993規(guī)定測得的沖擊強度由6.4kJ/m—2提高的 6.8kJ/m—2。
權利要求
1. 一種木塑復合材料用界面相容劑，以聚烯烴為主鏈，接枝支鏈為馬來酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸或它們的衍生物中的至少一種，與苯乙烯或其衍生物形成的嵌段共聚物或交替共聚物；通過熔融擠出法得到，其特征在于界面相容劑主鏈的分子量為1000～6000；支鏈接枝率為5％～15％。
2. 根據(jù)權利要求1所述的木塑復合材料用界面相容劑，其特征在于所述的聚烯烴為低密 度聚乙烯、高密度聚乙烯、線形低密度聚乙烯、聚丙烯中的至少一種。
3. 根據(jù)權利要求1所述的木塑復合材料用界面相容劑，其特征在于所述的馬來酸酐衍生物 為馬來酸酐二丁酯、富馬酸酐、富馬酸二甲酯、富馬酸二乙酯或富馬酸二丁酯。
4. 根據(jù)權利要求l所述的木塑復合材料用界面相容劑，其特征在于所述的丙烯酸衍生物為 丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸異丁酯或丙烯酸縮水甘油酯。
5. 根據(jù)權利要求1所述的木塑復合材料用界面相容劑，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. 根據(jù)權利要求1所述的木塑復合材料用界面相容劑，其特征在于所述的苯乙烯衍生物為 鄰甲基苯乙烯或?qū)谆揭蚁?br> 7. —種制備根據(jù)權利要求1所述的木塑復合材料用界面相容劑的方法，其特征在于該方法的具體步驟如下a) 聚烯烴斷鏈降解按質(zhì)量份數(shù)，將聚烯烴50 100份，自由基引發(fā)劑O. 1 5份，白 油1 10份，阻交聯(lián)劑O. 1 1份，加工助劑O. 1 5份；充分混合5 20分鐘，用雙 螺桿擠出機熔融擠出，切粒，干燥后得到降解聚烯烴；擠出機轉(zhuǎn)速20 60轉(zhuǎn)/分鐘， 擠出溫度120。C 210。C;b) 降解聚烯烴熔融接枝按質(zhì)量份數(shù)，將步驟a所得降解聚烯烴50 100份，接枝單體 1 40份，自由基引發(fā)劑O. 1 5份，阻交聯(lián)劑O. 1 1份，白袖1 10份，加工助劑 0. 1 5質(zhì)量份充分混合2 20分鐘，用雙螺桿擠出機熔融接枝，切粒，干燥后得到 界面相容劑；擠出機轉(zhuǎn)速10 40轉(zhuǎn)/分鐘，擠出溫度120°C 210°C。
8. 根據(jù)權利要求7所述的木塑復合材料用界面相容劑制備方法，其特征在于所述的聚烯烴 為低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、線形低密度聚乙烯、聚丙烯中的至少一種。
9. 根據(jù)權利要求7所述的木塑復合材料用界面相容劑的制備方法，其特征在于所述的單體 為馬來酸酐、丙烯酸、苯乙烯、甲基丙烯酸以及它們的衍生物中的至少一種。
10. 根據(jù)權利要求7所述的木塑復合材料用界面相容劑的制備方法，其特征在于所述的引發(fā) 劑為過氧化二異丙苯、過氧化二叔丁基、2,5 — 二甲基一2,5 — 二 (叔丁基過氧基)己垸、過氧苯甲酸叔丁酯中的至少一種。
11. 根據(jù)權利要求7所述的木塑復合材料用界面相容劑的制備方法，其特征在于所述的阻交聯(lián)劑為亞磷酸二苯酯。
12. 根據(jù)權利要求7所述的木塑復合材料用界面相容劑的制備方法，其特征在于所述的加工助劑為硬脂酸或硬脂酸鈣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于木塑復合材料的界面相容劑及其制備方法。本發(fā)明采用兩步法制備專用于木塑復合材料的界面相容劑，該界面相容劑的優(yōu)點在于大分子主鏈上接枝率高，分子支鏈上活性反應點比例高，并且大分子主鏈保持適當?shù)姆肿恿?，既能滿足與塑料基體纏結和相互作用的需要，又使界面相容劑具有良好的熔融流動性，能顯著提高木粉在塑料基體中的分散，對木塑復合材料界面改善效果優(yōu)異，從而提高木塑復合材料的力學性能，特別適用于木粉填充量高的情況。
文檔編號C08F255/02GK101456933SQ200910044838
公開日2009年6月17日 申請日期2009年1月4日 優(yōu)先權日2009年1月4日
發(fā)明者俞成丙, 呂希林, 云 張, 趙秀蘭 申請人:上海大學