一種聚丙烯/細菌纖維素復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料技術領域，具體涉及一種聚丙烯復合材料，特別涉及一種聚丙烯/細菌纖維素復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]聚丙烯(iPP)由于具有熔點高、拉伸強度高、相對密度低、耐腐蝕等優(yōu)良性能，成為現(xiàn)有五大通用樹脂中消費增長速度最快的樹脂，被廣泛應用于航空航天、電氣、汽車等領域。雖然聚丙烯具有結構規(guī)整、結晶度高等優(yōu)良性能，但傳統(tǒng)的聚丙烯具有沖擊性能差，脆化溫度高，等不可忽視的缺點。所以在某種程度上大大限制了其應用范圍。
[0003]天然纖維增強聚丙烯是近年來研究工作關注的重點。天然纖維雖然具有質輕、價廉、原料易得等優(yōu)點，而且在大多數情況下復合體系的強度可以滿足一般的應用要求。但是天然纖維的不均勻性和與基體樹脂的不相容性大大限制了其在聚丙烯中的應用。
[0004]細菌纖維素(BC)雖然與植物天然纖維素有相同的分子結構單元，但與天然纖維素比較具有許多特有的性質。如外貌結構均一、表面光滑；結晶度、聚合度較高；拉伸強度、彈性模量高；在生物合成時可人工調控等。基于以上特性，細菌纖維素與聚丙烯復合，不僅可以具備聚丙烯/天然纖維復合材料的優(yōu)點，又可以彌補天然纖維的不足，從而賦予聚丙烯更好的力學性能。
[0005]為了提高細菌纖維素與聚丙烯基體的相容性，需要對細菌纖維素進行預處理。通常，處理方法有偶聯(lián)劑處理、酯化改性等。通過對細菌纖維素的預處理，可以顯著提高復合材料的力學性能，結晶性能等。關于此類研究未見相關報道。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種高力學性能的聚丙烯/細菌纖維素復合材料。
[0007]本發(fā)明的另一目的在于采用辛酰氯作為酯化改性劑，在特定溫度下對細菌纖維素進行酯化改性，制備出酯化改性的細菌纖維素粉末。
[0008]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術方案如下:一種聚丙烯/細菌纖維素復合材料，以重量百分數計，由以下組分組成:聚丙烯均聚物97?99.5wt%和酯化改性的細菌纖維素粉末0.5?3wt%。本發(fā)明提供一種高力學性能的聚丙烯/細菌纖維素復合材料。
[0009]優(yōu)選地，所述酯化改性的細菌纖維素粉末是由辛酰氯酯化改性細菌纖維素得到。對細菌纖維素進行酯化改性，可以使細菌纖維素親油性增強，使細菌纖維素在聚丙烯基體中可以形成納米分散，從而提高聚丙烯/細菌纖維素復合材料的性能。
[0010]優(yōu)選地，所述酯化改性的細菌纖維素通過以下方法制備:將100重量份的細菌纖維素、1000?3000重量份辛酰氯和500?4000重量份吡啶，依次加入到反應容器中，在60?100°C條件下，反應4?8小時，將反應產物沖洗并烘干，得到酯化改性的細菌纖維素。
[0011]進一步的，將所述酯化改性的細菌纖維素用去離子水洗滌至中性，經干燥、粉碎和過篩，得到所述酯化改性的細菌纖維素粉末，所述酯化改性的細菌纖維素粉末的粒徑為20 ?200nm。
[0012]優(yōu)選地，以重量百分數計，由以下組分組成:聚丙烯均聚物98%和酯化改性的細菌纖維素粉末2%。當所述酯化改性的細菌纖維素粉末在聚丙烯/細菌纖維素復合材料中的重量百分數為2%時，所得聚丙烯/細菌纖維素復合材料的拉伸強度和沖擊強度最高，超過2%時復合材料的拉伸強度和沖擊強度都有一定程度的下降；當酯化改性的細菌纖維素粉末在聚丙烯/細菌纖維素復合材料中的含量增大，所得聚丙烯/細菌纖維素復合材料的拉伸模量顯著提高。
[0013]優(yōu)選地，所述酯化改性的細菌纖維素粉末的粒徑為20?200nm，所述聚丙烯均聚物的重均分子量為20?40萬。
[0014]本發(fā)明還提出一種聚丙烯/細菌纖維素復合材料的制備方法，其由以下步驟組成:將97?99.5wt%的聚丙烯均聚物和0.5?3wt%的酯化改性的細菌纖維素粉末進行混合得到混合物，然后將所述混合物用雙螺桿擠出機在溫度為170?200°C下進行熔融共混擠出、鑄帶、造粒和注塑，即制得所述聚丙烯/細菌纖維素復合材料。本發(fā)明通過雙螺桿擠出機將聚丙烯均聚物與酯化改性的細菌纖維素粉末共混，使酯化改性的細菌纖維素粉末能均勻分散于聚丙烯均聚物基體中。
[0015]優(yōu)選地，所述酯化改性的細菌纖維素粉末的粒徑為20?200nm，所述聚丙烯均聚物的重均分子量為20?40萬。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過雙螺桿擠出機將聚丙烯均聚物與酯化改性的細菌纖維素粉末共混，使細菌纖維素粉末能均勻分散于聚丙烯均聚物基體中，所得的聚丙烯/細菌纖維素復合材料的拉伸強度相對純聚丙烯提高約13%，沖擊強度與純聚丙烯相比提高約18%，拉伸模量與純聚丙烯相比也提高了約13%。
【附圖說明】
[0017]附圖1為聚丙烯均聚物與本發(fā)明實施例1?4及其對比例I和對比例2的聚丙烯/細菌纖維素復合材料的拉伸強度隨酯化改性的細菌纖維素含量的變化圖；
[0018]附圖2為聚丙烯均聚物與本發(fā)明實施例1?4及其對比例I和對比例2的聚丙烯/細菌纖維素復合材料的拉伸模量隨酯化改性的細菌纖維素含量的變化圖；
[0019]附圖3為聚丙烯均聚物與本發(fā)明實施例1?4及其對比例I和對比例2的聚丙烯/細菌纖維素復合材料的沖擊強度隨酯化改性的細菌纖維素含量的變化圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合具體實例，進一步闡明本發(fā)明。應該理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明，而不用于限定本發(fā)明的保護范圍。在實際應用中技術人員根據本發(fā)明做出的改進和調整，仍屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0021]除特別說明，本發(fā)明使用的原料、試劑和設備為本技術領域常規(guī)市購，本發(fā)明采用的方法為本技術領域常規(guī)使用的方法。
[0022]其中，聚丙烯共聚物S1003購自北京燕山石油化工有限公司，聚丙烯均聚物為S1003，聚丙烯均聚物的重均分子量為20?40萬；細菌纖維素由海南億德食品有限公司提供，乙酰氯、丙酰氯、辛酰氯由阿拉丁試劑有限公司提供，吡啶由天津大茂化工廠提供。
[0023]拉伸強度、拉伸模量和沖擊強度的測試方法依據GB/T1040.2-2006塑料拉伸性能的測定。
[0024]實施例1
[0025]將薄膜狀的細菌纖維素用大量去離子水洗滌至中性，放入冷凍干燥機中干燥24h，用球磨機粉碎，然后將細菌纖維素粉末過網篩，得到粒徑為20?200nm的細菌纖維素粉末。
[0026]將烘干的100重量份的細菌纖維素粉末，2000重量份辛酰氯，2000重量份吡啶，在80°C條件下，反應6小時，反應結束后用去離子水以及乙醇沖洗產物并烘干，得到辛酰氯酯化改性的細菌纖維素(CO)。
[0027]以重量百分數計，將99.5%的聚丙烯均聚物和0.5%的辛酰氯酯化改性的細菌纖維素粉末進行均勻混合得到混合物，然后將混合物用雙螺桿擠出機在溫度為170?200°C下進行熔融共混，后經注塑機注塑得到iPP/CO復合材料。
[0028]對比例I
[0029]將薄膜狀的細菌纖維素用大量去離子水洗滌至中性，放入冷凍干燥機中干燥24h，用球磨機粉碎，然后將細菌纖維素粉末過網篩，得到粒徑為20?200nm的細菌纖維素粉末。
[0030]將烘干的100重量份的細菌纖維素粉末，2000重量份乙酰氯，2000重量份吡啶，在80°C條件下，反應6小時，反應結束后用去離子水以及乙醇沖洗產物并烘干，得到乙酰氯酯化改性的細菌纖維素(CA)。
[0031]以重量百分數計，將99.5%的聚丙烯均聚物和0.5%的乙酰氯酯化改性的細菌纖維素粉末進行均勻混合得到混合物，然后將混合物用雙螺桿擠出機在溫度為170?200°C下進行熔融共混，后經注塑機注塑得到iPP/CA復合材料。
[0032]對比例2
[0033]將薄膜狀的細菌纖維素用大量去離子水洗滌至中性，放入冷凍干燥機中干燥24h，用球磨機粉碎，然后將細菌纖維素粉末過網篩，得到粒徑為20?200nm的細菌纖維素粉末。
[0034]將烘干的100重量份的細菌纖維素粉末，2000重量份丙酰氯，2000重量份吡啶，在80°C條件下，反應6小時，反應結束后用去離子水以及乙醇沖洗產物并烘干，得到丙酰氯酯化改性的細菌纖維素(CP)。
[0035]以重量百分數計，將99.5%的聚丙烯均聚物和0.5%的丙酰氯酯化改性的細菌纖維素粉末進行均勻混合得到混合物，然后將混合物用雙螺桿擠出機在溫度為170?200°C下進行熔融共混，后經注塑機注塑得到iPP/CP復合材料。
[0036]實施例2
[0037]將薄膜狀的細菌纖維素用大量去離子水洗滌至中性，放入冷凍干燥機中干燥24h，用球磨機粉碎，然后將細菌纖維素粉末過網篩，得到粒徑為20?200nm的細菌纖維素粉末。
[0038]將烘干的100重量份的細菌纖維素粉末，2000重量份辛酰氯，2000重量份吡啶，在80°C條件下，反應6小時，反應結束后用去離子水以及乙醇沖洗產物并烘干，得到辛酰氯酯化改性的細菌纖維素(CO)。
[0039]以重量百分數計，將99%的聚丙烯均聚物和I %的辛酰氯酯化改性的細菌纖維素粉末進行均勻混合得到混合物，然后將混合物用雙螺桿擠出機在溫度為170?200°C下進行熔融共混，后經注塑機注塑得到iPP/CO復合材料。
[0040]對比例I
[0041]將薄膜狀的細菌纖維素用大量去離子水洗滌至中性，放入冷凍干燥機中干燥24h，用球磨機粉碎，然后將細菌纖維素粉末過網篩，得到粒徑為20?200nm的細菌纖維素粉末。
[0042]將烘干的100重量份的細菌纖維素粉末，2000重量份乙酰氯，2000重量份吡啶，在80°C條件下，反應6小時，反應結束后用去離子水以及乙醇沖洗產物并烘干，得到乙酰氯酯化改性的細菌纖維素(CA)。
[0043]以重量百分數計，將99%的聚丙烯均聚物和1%的乙酰氯酯化改性的細菌纖維素粉末進行均勻混合得到混合物，然后將混合物用雙螺桿擠出機在溫度為170?200°C下進行熔融共混，后經注塑機注塑得到iPP/CA復合材料。<