[发明专利]一种聚丁烯‑1/天然纤维复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种聚丁烯-1/天然纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

聚丁烯-1(PB-1)是以1-丁烯为单体在催化剂的作用下聚合而成的一种热塑性聚合物，具有良好的机械性能、耐热性和填充性，被誉为“塑料黄金”。由于其机械性能受温度影响小，尤其适合用于水暖管道等方面。用聚丁烯-1制成的管材由于节能效果明显且可完全回收，对环境危害性小，是一种符合环保要求的绿色管材产品。但是，我国对聚丁烯-1的研究成果较少，原料主要依赖进口，价格昂贵，且聚丁烯-1有结晶速率低、晶型转变慢、成型周期长等缺点，在某种程度上大大限制了其应用

天然纤维作为一种生物可降解材料，具有质轻、价廉、原料易得等优点，作为填料对聚合物进行填充改性制备复合材料是近年来的研究热点。竹粉、木粉、玉米秸秆粉作为天然纤维的代表，具有很高的比强度和比模量，是一类优良的增强材料。如果天然纤维与聚丁烯-1成功复合，既可以保证聚丁烯-1良好性能，还可以大大降低聚丁烯-1的价格。

但是，由于天然纤维与聚丁烯-1是热力学上不相容的聚合物对，导致天然纤维在聚丁烯-1基体中分散不均匀、与基体树脂的界面相容性较差。目前常用的改善天然纤维与树脂间表面相容性的方法一般为加入偶联剂，已市场化的偶联剂品种主要有：硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝钛酸酯偶联剂等。硅烷偶联剂可用于不同材料界面的改性，因此塑料、弹性体、填缝剂、涂料、黏合剂等各种材料都可使用，以提高机械性、电气性能、耐水性、耐候性、粘着性、加工性等，但一般硅烷偶联剂上的有机基与聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS树脂等热塑性聚合物缺乏足够的反应性，在这些体系中偶联效能差；钛酸酯偶联剂对聚烯烃等热塑性塑料的表面改性效果明显，这类偶联剂在热塑性塑料、热固性塑料及橡胶等填充体系中都具有较好的偶联效果。但是由于其分子链上有钛原子，导致其价格昂贵；铝酸酯偶联剂可用于各种无机粉体的改性，可增强无机粉体和有机树脂界面间的表面相容性，不仅可以改善无机粉体和塑料制品的加工性能，而且也可以明显改善塑料制品的物理机械性能。本发明为了提高天然纤维与聚丁烯-1基体的相容性，使用铝钛酸酯偶联剂对天然纤维进行表面处理。经检索未发现有现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低，高力学性能的聚丁烯-1/天然纤维复合材料及其制备方法。

本发明所涉及的天然纤维均为有机粉体，改性效果相对较差；铝钛酸酯偶联剂结合了铝酸酯偶联剂和钛酸酯偶联剂的优点的同时，还较钛酸酯偶联剂具有价格优势，因此应用日趋广泛。铝钛酸酯偶联剂是一种区别于传统的硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂的一种偶联剂，由于铝原子部分代替了昂贵的钛原子，使其价格低于钛酸酯偶联剂，而且兼备钛系、铝系偶联剂的特点，效果优于单一的钛酸酯、铝酸酯以及两者简单的混合物，通过对天然纤维的预处理，可以显著提高复合材料的力学性能。

本发明为了提高天然纤维与聚丁烯-1基体的相容性，需要使用铝钛酸酯偶联剂对天然纤维进行表面处理。

一种聚丁烯-1/天然纤维复合材料，以重量百分数计，其组成为：

聚丁烯-1均聚物(iPB)75-95wt％，表面改性天然纤维5-25wt％。

所述表面改性的天然纤维是由铝钛酸酯偶联剂对对天然纤维进行表面改性制备的，可以降低天然纤维的极性，使天然纤维在聚丁烯-1基体中形成纳米分散，从而在降低聚丁烯-1材料成本的同时提高以天然纤维的聚丁烯-1复合材料的性能。

如上所述的天然纤维为竹粉、木粉、玉米秸秆粉中的一种。

如上所述的表面改性过天然纤维的粒径为20-200nm。

本发明提供一种聚丁烯-1/天然纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将天然纤维在80-100℃干燥24-48h，用球磨机粉碎至粒径为20-200nm的天然纤维，称取100重量份的上述天然纤维、0.1-10重量份铝钛酸酯偶联剂，依次加入到高速搅拌机中，搅拌机转速设置为1000-5000rpm，搅拌10-60min，得到表面改性天然纤维；

(2)将75-95wt％的聚丁烯-1均聚物和5-25wt％的表面改性天然纤维进行混合得到混合物，然后将混合物用双螺杆挤出机在一区温度为110-140℃、二区温度为150-190℃、三区温度为150-180℃、四区温度为160-180℃下进行熔融共混挤出、铸带、造粒和注塑，即制得所述以聚丁烯-1/天然纤维复合材料。

本发明的有益效果是：