一種聚丙烯/纖維素插層納米晶體組合物及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及塑料領(lǐng)域的一種聚丙烯/纖維素插層納米晶體組合物及其制備方法。所述聚丙烯/纖維素插層納米晶體組合物，包含有共混的以下組分：聚丙烯、纖維素插層納米晶體；本發(fā)明專利技術(shù)的聚丙烯/纖維素插層納米晶體組合物，顯著提高了CNCs在聚丙烯的分散性，以及CNCs與聚丙烯的界面相容性，并有效提高了CNCs的熱降解溫度，適宜于熔融共混擠出工藝，此外也提高了聚丙烯的結(jié)晶度，進而顯著提高了聚丙烯組合物的剛性，操作工藝簡單，適用于剛性要求較高的高檔汽車材料、家電材料、醫(yī)用和食品包裝材料等領(lǐng)域。

Polypropylene / cellulose intercalation nano crystal composition and preparation method thereof

The invention relates to a polypropylene / cellulose intercalation nano crystal composition in the plastic field and a preparation method thereof. The polypropylene / nano crystal cellulose intercalation composition contains the blend of the following components: cellulose, polypropylene intercalation nano crystal; the invention of the PP / nano crystal cellulose intercalation composition, significantly improved the dispersion of CNCs in PP, CNCs and poly propylene and the interface compatibility, and effectively improve the heat the degradation temperature of CNCs, suitable for the extrusion process to melt blending, also improve the crystallinity of PP, which significantly improves the polypropylene composition rigidity, simple operation, suitable for the rigid requirements of high grade automobiles, household appliances, medical materials, materials and food packaging materials etc..

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種聚丙烯/纖維素插層納米晶體組合物及其制備方法
本專利技術(shù)涉及塑料領(lǐng)域的一種聚丙烯組合物，進一步地說，是涉及一種聚丙烯/纖維素插層納米晶體組合物及其制備方法。
技術(shù)介紹
纖維素是自然界中來源最廣泛，儲量最大的天然生物質(zhì)材料。在適當(dāng)條件下，無定形區(qū)纖維素分子鏈中β-1,4-糖苷鍵優(yōu)先斷裂得到棒狀纖維素納米晶體(celllulosenanocrystals,CNCs)(B.G.ActaChemicaScandinavica,1949,3,649-650.)。該材料具有高的結(jié)晶度、力學(xué)強度、反應(yīng)活性和透明性，巨大的比表面積，良好的生物相容性，以及獨特的液晶性質(zhì)和手性行為等特性(MoonR.J.,MartiniA.,NairnJ.,SimonsenJ.,YoungbloodJ.ChemicalSocietyReviews,2011,40,3941-3994.)，已成為纖維素深加工利用的研究熱點，在材料和化工等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。高結(jié)晶度和高力學(xué)強度的特性使得CNCs可成為一種優(yōu)異的聚合物增強用添加劑。截至目前，研究人員已報道了大量CNCs增強聚合物的工作，如CNCs增強聚乳酸(JohnM.J.,AnandjiwalaR.,OksmanK.,MathewA.P.JournalofAppliedPolymerScience,2013,127,274-281.)、聚氨酯(LiuH.,CuiS.,ShangS.,WangD.,SongJ.CarbohydratePolymers,2013,96,510-515.)、聚乙烯醇(RescignanoN.,FortunatiE.,MontesanoS.,EmilianiS.,KennyJ.M.,MartinoS.,ArmentanoI.CarbohydratePolymers,2014,99,47-58.)等。聚丙烯(polypropylene,PP)原料來源豐富、價格便宜，與其他的通用塑料相比具有較好的綜合性能，如相對密度小、加工性能優(yōu)良，拉伸強度、屈服強度以及彈性模量較高，電絕緣性良好，耐化學(xué)藥品及耐應(yīng)力龜裂性能較佳等；制品無毒無味、光澤性好，被廣泛應(yīng)用于包裝、機械、家電、汽車等領(lǐng)域，己成為五大通用合成樹脂中增長最快速的品種之一。目前，聚丙烯下游消費向高技術(shù)含量、高附加值方向發(fā)展，對差異化、高性能化材料的需求不斷增長。其中，高剛性聚丙烯的研發(fā)是重要發(fā)展方向之一。CNCs在聚合物中的分散行為以及CNCs與聚合物間界面相容性質(zhì)顯著影響到CNCs增強聚合物的力學(xué)強度等性能。現(xiàn)階段，CNCs的制備普遍采用硫酸水解法，該方法水解條件相對溫和，可在較低溫度和較短時間內(nèi)完成，且纖維素表面部分羥基向硫酸根負離子的轉(zhuǎn)變賦予CNCs良好的水分散性。然而，CNCs的親水性致使其與疏水聚合物間界面相容性差，極大制約了CNCs在增強疏水聚合物領(lǐng)域中的應(yīng)用。此外，CNCs因表面硫酸根負離子具備的催化熱降解特性也極大限制了CNCs增強疏水聚合物的加工和使用溫度范圍。這些均不利于CNCs增強高剛性聚丙烯的制備。目前，關(guān)于CNCs增強聚丙烯材料的研究報道較少。大多采用CNCs表面化學(xué)修飾或物理吸附技術(shù)來提高CNCs與聚丙烯的相容性，進而改善原有聚丙烯材料楊氏模量低的問題。如Khoshkava等人(KhoshkavaV.,KamalM.R.Biomacromolecules,2013,14,3155-3163.)通過CNCs表面琥珀酸酐反應(yīng)以提高CNCs與聚丙烯的相容性，并采用熔融壓片法制得CNCs增強聚丙烯，但表面琥珀酸酐修飾CNCs在聚丙烯中分散較差；Ljungberg等人(LjungbergN.,BoniniC.,BortolussiF.,BoissonC.,HeuxL.,CavailléJ.Y.Biomacromolecules,2005,6,2732-2739.)通過CNCs表面吸附TX-10磷酸酯表面活化劑以提高CNCs與無規(guī)聚丙烯的相容性，并采用澆膜法制備CNCs增強無規(guī)聚丙烯薄膜，但高溫下TX-10磷酸酯表面活化劑易自CNCs表面脫附，極大制約了CNCs增強無規(guī)聚丙烯薄膜在高溫環(huán)境中的使用；Nagalakshmaiah等人(NagalakshmaiahM.,KissiN.E.,DufresneA.ACSAppliedMaterials&Interfaces,2016,8,8755-8764.)通過CNCs表面靜電吸附季胺鹽以提高CNCs與聚丙烯的相容性，并采用熔融擠出法制備CNCs增強聚丙烯，但強酸堿環(huán)境下季胺鹽易自CNCs表面解離，極大限制了CNCs增強聚丙烯在酸堿環(huán)境中的使用。上述工作雖然對提高CNCs與聚丙烯的相容性進而改善原有聚丙烯材料低楊氏模量能夠起到一定作用，但依然存在CNCs與聚丙烯酸相容較差，CNCs熱降解溫度難以滿足熔融共混擠出加工，CNCs增強聚丙烯材料使用范圍受限等問題。此外，CNCs因表面硫酸根負離子誘導(dǎo)的催化熱降解問題依然存在，也大大影響了CNCs增強聚丙烯材料的品質(zhì)。因此，亟待改善CNCs和聚丙烯的相容性并提高CNCs的熱降解溫度，以開發(fā)CNCs增強高剛性聚丙烯。為此，本專利技術(shù)涉及一種聚丙烯/纖維素插層納米晶體組合物及其制備方法，實現(xiàn)CNCs增強高剛性聚丙烯的制備。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本專利技術(shù)致力于提供一種高剛性聚丙烯/纖維素插層納米晶體組合物及其制備方法。針對現(xiàn)有的CNCs與聚丙烯相容性差以及CNCs熱降解溫度低等問題。本專利技術(shù)的目的是提供一種聚丙烯/纖維素插層納米晶體組合物及其制備方法。本專利技術(shù)的技術(shù)方案為：一種聚丙烯纖維素插層納米晶體組合物，包含有共混的以下組分：聚丙烯、纖維素插層納米晶體。所述的聚丙烯纖維素插層納米晶體組合物，其組分及重量份為：聚丙烯為100重量份，纖維素插層納米晶體為0.3～10重量份。還可以為，所述的聚丙烯纖維素插層納米晶體組合物，其組分及重量份為：其組分及重量份為：聚丙烯為100重量份，纖維素插層納米晶體為0.5～6重量份。優(yōu)選的，所述的聚丙烯纖維素插層納米晶體組合物，其組分及重量份為：聚丙烯為100重量份，纖維素插層納米晶體為0.5～3重量份。所述纖維素插層納米晶體具有高的熱降解溫度，熱降解起始溫度(氮氣氣氛)為200～260℃；優(yōu)選220～240℃。如上任一所述的聚丙烯纖維素插層納米晶體組合物，所述纖維素插層納米晶體長度50～500nm；寬度為4～6nm；高度為40～80nm；長鏈烷烴取代CNCs羥基官能團為33％～67％；含硫量為0。如上所述的一種纖維素插層納米晶體組合物的制備方法：將聚丙烯、纖維素插層納米晶體的組分混合均勻，熔融共混制得所述的聚丙烯/纖維素插層納米晶體組合物。所述的一種聚丙烯/纖維素插層納米晶體組合物的制備方法：包括以下步驟：第1步：將所述纖維素插層納米晶體和所述抗氧劑充分混合得到預(yù)混料；第2步：將包括以上所得預(yù)混料、干燥處理過的所述聚丙烯樹脂在內(nèi)的各組分按所述含量在混合設(shè)備中混合均勻，獲得預(yù)混物；第3步：將所述預(yù)混物熔融共混擠出造粒后得到所述纖維素插層納米晶體增強聚丙烯組合物。優(yōu)選的，物料熔融共混溫度為180℃～220℃；熔融共混設(shè)備的螺桿轉(zhuǎn)速為300～450rpm。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種聚丙烯纖維素插層納米晶體組合物，其特征在于：包含有共混的以下組分：聚丙烯、纖維素插層納米晶體。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種聚丙烯纖維素插層納米晶體組合物，其特征在于：包含有共混的以下組分：聚丙烯、纖維素插層納米晶體。2.如權(quán)利要求1所述的聚丙烯纖維素插層納米晶體組合物，其特征在于：其組分及重量份為：聚丙烯為100重量份，纖維素插層納米晶體為0.3～10重量份。3.如權(quán)利要求2所述的聚丙烯纖維素插層納米晶體組合物，其特征在于：其組分及重量份為：聚丙烯為100重量份，纖維素插層納米晶體為0.5～6重量份。4.如權(quán)利要求2所述的聚丙烯纖維素插層納米晶體組合物，其特征在于：其組分及重量份為：聚丙烯為100重量份，纖維素插層納米晶體為0.5～3重量份。5.如權(quán)利要求1所述的聚丙烯纖維素插層納米晶體組合物，其特征在于：所述纖維素插層納米晶體的熱降解起始溫度為200～260℃。6.如權(quán)利要求5所述的聚丙烯纖維素插層納米晶體組合物，其特征在于：所述纖維素插層納米晶體的熱降解起始溫度為220～240℃。7.如權(quán)利要求1至6任一所述的聚丙烯纖維素插層納米晶體組合物，其特征在于：所述纖維素插層納米晶體長度50～500nm；寬度為4～6nm；高度為40～80nm；長鏈烷烴取代CNCs羥基官能團為33％～67％；含硫量為0。8.如權(quán)利要求1至6所述的一種纖維素插層納米晶體組合物的制備方法：其特征在于：將聚丙烯、纖維素插層納米晶體的組分混合均勻，熔融共混制得所述的聚丙烯/纖維素插層納米晶體組合物。9.如權(quán)利要求8所述的一種聚丙烯/纖維素插層納米晶體組合物的制備方法：其特征在于：包括以下步驟：第1步：將所述纖維素插層納米晶體和所述抗氧劑充分混合得到預(yù)混料；第2步：將包括以上所得預(yù)混料、干燥處理過的所述聚丙烯樹脂在內(nèi)的各組分按所述含量在混合設(shè)備中混合均勻，獲得預(yù)混物；第3步：將所述預(yù)混物熔融共混擠出造粒后得到所述纖維素插層納米晶體增強聚丙烯組合物。10.如權(quán)利要求9所述的一種聚丙烯/纖維素插層納米晶體組合物的制備方法，其特征在于：物料熔融共混溫度為180℃～220℃；熔融共混設(shè)備的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郭娟，焦立超，余敏，盧蕓，殷亞方，姜笑梅，張永剛，
申請(專利權(quán))人：中國林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：北京,11