一種木塑復(fù)合材料用潤滑劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于木塑復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種木塑復(fù)合材料用潤滑劑及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]木塑復(fù)合材料(WPC)是由木粉或木纖維和熱塑性聚合物復(fù)合，通過熔融加工成型而形成的具有新的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異綜合性能的新型材料，具有較好的耐候性、耐微生物性、可回收、可生物降解、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，在建筑、家具、裝飾、運(yùn)輸和汽車內(nèi)襯等領(lǐng)域顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢并得到了迅速發(fā)展。今年隨著全球資源日趨枯竭，社會環(huán)境意識日漸高漲，對木材和石化產(chǎn)品應(yīng)用提出了更高要求。在這樣的背景下，木塑復(fù)合材料這種既能發(fā)揮材料中各組分的優(yōu)點(diǎn)，克服木材料強(qiáng)度低、變異性大及有機(jī)材料彈性模量低等造成的使用局限性，又能充分利用廢棄的木材和塑料，減少環(huán)境污染。因此，提高木塑復(fù)合材料附加值的產(chǎn)品愈來愈受到人們廣泛關(guān)注。商業(yè)化WPC產(chǎn)品的木質(zhì)纖維填充量在40?60%，甚至超過70 %。高的木質(zhì)纖維填充量造成了 WPC擠出加工困難，主要表現(xiàn)為不穩(wěn)定流動及表面撕裂等現(xiàn)象的出現(xiàn)。由此導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量差，加工效率低，通常需加入偶聯(lián)劑、潤滑劑、光穩(wěn)定劑、吸水劑、抗菌劑等添加劑，其中最主要的為偶聯(lián)劑和潤滑劑。
[0003]為降低木纖維吸水性，提高木纖維與塑料間相容性與分散性，使復(fù)合材料力學(xué)性能提高，偶聯(lián)劑的加入必不可少。而為減少物料與加工設(shè)備之間的摩擦，改善熔體流動性，提高制品的表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率，WPC加工企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)過程中都會考慮添加潤滑劑。和標(biāo)準(zhǔn)塑料相比，WPC要使用大約2倍的潤滑劑。50?60%木纖維含量的HDPE潤滑劑用量可為4?5%，而相同的木塑/PP復(fù)合材料一般用量為I?2%。因此開發(fā)和生產(chǎn)出高效復(fù)合型添加劑是當(dāng)下木塑復(fù)合材料領(lǐng)域的趨勢。為在保證纖維高填充量的前提下，確保WPC的高加工流動性、樹脂與木粉之間的良好相容性以達(dá)到最佳力學(xué)性能，最終用較低生產(chǎn)成本生產(chǎn)出具有較高使用性能的WPC制品，本發(fā)明開發(fā)了一種應(yīng)用于木塑復(fù)合材料的潤滑劑，該添加劑兼具偶聯(lián)劑和潤滑劑作用，大大提高了樹脂與填料的相容性和制品的力學(xué)性能，顯著改善了加工性能和表面質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種木塑復(fù)合材料用潤滑劑。本發(fā)明的潤滑劑為改性的高級脂肪醇，其存在的極性基團(tuán)對聚合物樹脂具有優(yōu)異的加工潤滑作用和低溫防粘結(jié)作用；其分子可以插入聚合物樹脂內(nèi)部，降低樹脂分子間的相互作用，起到內(nèi)潤滑作用，其分子由樹脂內(nèi)部迀移到表面，減少樹脂粒子間、樹脂熔體與加工設(shè)備間的相互摩擦，起到外潤滑作用，兼具內(nèi)外潤滑作用，可有效提高樹脂與填料的相容性及制品的力學(xué)性能。
[0005]本發(fā)明另一目的在于提供一種上述木塑復(fù)合材料用潤滑劑的制備方法。
[0006]本發(fā)明再一目的在于提供上述木塑復(fù)合材料用潤滑劑在PVC、PE、PP、PS或ABS樹脂的木塑復(fù)合材料中的應(yīng)用。
[0007]本發(fā)明的目的通過下述方案實(shí)現(xiàn):
[0008]一種木塑復(fù)合材料用潤滑劑，由以下質(zhì)量份的原料反應(yīng)得到:
[0009]40?80份高級脂肪醇、5?25份潤滑劑、10?30份馬來酸酐和/或馬來酸酐接枝聚合物、3?9份無機(jī)填料、2?10份高分子分散劑；
[0010]所述高級脂肪醇由以下方法制備得到:
[0011]將植物油在銅鉻催化劑催化下，250?320°C，8?15MPa氫化裂解4?8h，分離，得到高級脂肪醇。
[0012]所述的植物油可包括椰油、花生油、菜籽油、玉米油等，原料易得且環(huán)保。
[0013]所述的馬來酸酐接枝聚合物包括馬來酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MA)，馬來酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MA)，馬來酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物(SEBS-g-MA)等。本發(fā)明所用馬來酸酐接枝聚合物添加到木塑復(fù)合材料可以顯著提高材料的力學(xué)性能，也是一種最行之有效的界面相容劑。
[0014]上述氫化裂解反應(yīng)結(jié)束后，得到上層為產(chǎn)物、下層為催化劑的體系，將上層油狀物分離、水洗、干燥后，減壓蒸餾，離心取上清液，即得到純化后的產(chǎn)物高級脂肪醇。
[0015]上述銅鉻催化劑的用量為催化量即可，可為每90?99質(zhì)量份植物油加入I?10質(zhì)量份銅鉻催化劑。所用的銅鉻催化劑并無特別限制，為本領(lǐng)域常用的即可，反應(yīng)完成后無需經(jīng)任何處理可直接循環(huán)使用。
[0016]所述的高分子分散劑并無特別限制，主要為高分子聚電解質(zhì)類分散劑，如聚丙烯酸(PAA)及其鹽類、聚甲基丙烯酸(PMAA)及其鹽類，苯乙烯-馬來酸酐共聚物(SMA)的銨土卜筆
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[0017]所述的潤滑劑可為任意本領(lǐng)域常用的潤滑劑，如石蠟、聚乙烯石蠟、有機(jī)硅等，優(yōu)選為石蠟。
[0018]所述的無機(jī)填料可為任意本領(lǐng)域常用的無機(jī)填料，如碳酸鈣、滑石粉、云母粉、硅灰石和硅藻土等，優(yōu)選為碳酸鈣。
[0019]本發(fā)明還提供了一種上述木塑復(fù)合材料用潤滑劑的制備方法，包括以下步驟:將40?80質(zhì)量份高級脂肪醇、5?25質(zhì)量份潤滑劑、10?30質(zhì)量份馬來酸酐或馬來酸酐接枝聚合物、3?9質(zhì)量份無機(jī)填料混合，加熱，再加入2?10質(zhì)量份高分子分散劑，混合反應(yīng)，得到木塑復(fù)合材料用潤滑劑。
[0020]所述加熱優(yōu)選加熱至120?200°C。
[0021]上述混合反應(yīng)的時(shí)間優(yōu)選為4?8h，上述反應(yīng)優(yōu)選在密閉反應(yīng)釜中進(jìn)行。
[0022]本發(fā)明以氫化裂解得到的高級脂肪醇為主要原料，通過潤滑劑、馬來酸酐或其接枝聚合物、無機(jī)填料、高分子擴(kuò)散劑改性，制備得到綜合性能優(yōu)異的木塑復(fù)合材料用潤滑劑，為淺黃色蠟狀物，兼具偶聯(lián)劑和潤滑劑作用，可提高木纖維與塑料之間的相容性，從而使得材料的力學(xué)性能提高，且具有高溫潤滑性和低溫防粘性，并保持內(nèi)外潤滑兩種效果，可廣泛應(yīng)用于PVC、PE、PP、PS或ABS樹脂的木塑復(fù)合材料中。
[0023]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0024]本發(fā)明以植物油為主要原料，通過銅鉻催化劑催化加氫制備得到高級脂肪醇，所用原料廣泛易得，方法簡單，所用催化劑可重復(fù)使用。通過對高級脂肪醇進(jìn)行改性，使其兼具偶聯(lián)劑和潤滑劑作用，得到的脂肪醇類潤滑劑存在的極性基團(tuán)對聚合物樹脂具有優(yōu)異的加工潤滑作用和低溫防粘結(jié)作用；其分子可以插入聚合物樹脂內(nèi)部，降低樹脂分子間的相互作用，起到內(nèi)潤滑作用，其分子由樹脂內(nèi)部迀移到表面，減少樹脂粒子間、樹脂熔體與加工設(shè)備間的相互摩擦，起到外潤滑作用，兼具內(nèi)外潤滑作用，可有效提高樹脂與填料的相容性及制品的力學(xué)性能；具有高溫潤滑性和低溫防粘性，應(yīng)用于木塑復(fù)合材料可提高制品的外觀質(zhì)量、拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。且本發(fā)明制備方法無需使用任何有機(jī)溶劑，綠色環(huán)保。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0026]下列實(shí)施例中，各性能參數(shù)的測試方法如下:
[0027](I)根據(jù)GB/T1040-92《塑料拉伸性能標(biāo)準(zhǔn)測試方法》測定PVC木塑復(fù)合材料制品的拉伸強(qiáng)度。將本發(fā)明的木塑復(fù)合材料專用潤滑劑應(yīng)用于PVC木塑復(fù)合材料，拉伸強(qiáng)度最尚可提尚32%。
[0028](2)根據(jù)ASTM-D 790-2008《塑料彎曲性能標(biāo)準(zhǔn)測試方法測定PVC木塑復(fù)合材料制品的彎曲強(qiáng)度。將本發(fā)明的木塑復(fù)合材料專用潤滑劑應(yīng)用于PVC木塑復(fù)合材料，彎曲強(qiáng)度最尚可提尚29%。
[0029]潤滑劑的組成和含量對聚合物木塑復(fù)合材料的作用效果不同，本發(fā)明將不同組成和含量制備得到的木塑復(fù)合材料專用潤滑劑添加到PVC和木粉以1:1混合的PVC木塑復(fù)合材料中，比較其前后效果。
[0030]實(shí)施例1:木塑復(fù)合材料用潤滑劑的制備
[0031](I)高級脂肪醇的制備:在高壓反應(yīng)釜中加入90g植物油和1g銅鉻催化劑，裝好密封，加熱至320°C，通氫氣于SMPa條件下進(jìn)行氫化裂解，保溫反應(yīng)5小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，分離出油層，水洗、干燥，減壓蒸餾，離心取上清液，即得產(chǎn)物高級脂肪醇。
[0032](2)木塑復(fù)合材料用潤滑劑的制備:將上述制備得到的高級脂肪醇40g、石蠟25g、馬來酸酐20g和碳酸鈣5g依次加入密閉反應(yīng)釜中混合攪拌，升溫至120°C，加入高分子分散劑(PAA) 1g,在氮?dú)獗Ｗo(hù)下混合反應(yīng)4小時(shí)，冷卻至室溫，得木塑復(fù)合材料用潤滑劑。
[0033](3)作用效果:將上述木塑復(fù)合材料用潤滑劑應(yīng)用于PVC木塑復(fù)合材料中，添加量為3wt%，得到的制品表面較光滑，拉伸強(qiáng)度提高了 26%，彎曲強(qiáng)度提高了 25%。
[0034]實(shí)施例2:木塑復(fù)合材料用潤滑劑的制備
[0035](I)高級脂肪醇的制備同實(shí)施例1。
[0036](2)木塑復(fù)合材料用潤滑劑的制備:將上述制備得到的高級脂肪醇80g、石蠟5g、PE-g-MA 1g和碳酸鈣