一种聚丙烯/纤维素插层纳米晶体组合物及其制备方法技术

本发明专利技术涉及塑料领域的一种聚丙烯/纤维素插层纳米晶体组合物及其制备方法。所述聚丙烯/纤维素插层纳米晶体组合物，包含有共混的以下组分：聚丙烯、纤维素插层纳米晶体；本发明专利技术的聚丙烯/纤维素插层纳米晶体组合物，显著提高了CNCs在聚丙烯的分散性，以及CNCs与聚丙烯的界面相容性，并有效提高了CNCs的热降解温度，适宜于熔融共混挤出工艺，此外也提高了聚丙烯的结晶度，进而显著提高了聚丙烯组合物的刚性，操作工艺简单，适用于刚性要求较高的高档汽车材料、家电材料、医用和食品包装材料等领域。

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..

【技术实现步骤摘要】
一种聚丙烯/纤维素插层纳米晶体组合物及其制备方法
本专利技术涉及塑料领域的一种聚丙烯组合物，进一步地说，是涉及一种聚丙烯/纤维素插层纳米晶体组合物及其制备方法。
技术介绍
纤维素是自然界中来源最广泛，储量最大的天然生物质材料。在适当条件下，无定形区纤维素分子链中β-1,4-糖苷键优先断裂得到棒状纤维素纳米晶体(celllulosenanocrystals,CNCs)(B.G.ActaChemicaScandinavica,1949,3,649-650.)。该材料具有高的结晶度、力学强度、反应活性和透明性，巨大的比表面积，良好的生物相容性，以及独特的液晶性质和手性行为等特性(MoonR.J.,MartiniA.,NairnJ.,SimonsenJ.,YoungbloodJ.ChemicalSocietyReviews,2011,40,3941-3994.)，已成为纤维素深加工利用的研究热点，在材料和化工等领域具有广阔的应用前景。高结晶度和高力学强度的特性使得CNCs可成为一种优异的聚合物增强用添加剂。截至目前，研究人员已报道了大量CNCs增强聚合物的工作，如CNCs增强聚乳酸(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)原料来源丰富、价格便宜，与其他的通用塑料相比具有较好的综合性能，如相对密度小、加工性能优良，拉伸强度、屈服强度以及弹性模量较高，电绝缘性良好，耐化学药品及耐应力龟裂性能较佳等；制品无毒无味、光泽性好，被广泛应用于包装、机械、家电、汽车等领域，己成为五大通用合成树脂中增长最快速的品种之一。目前，聚丙烯下游消费向高技术含量、高附加值方向发展，对差异化、高性能化材料的需求不断增长。其中，高刚性聚丙烯的研发是重要发展方向之一。CNCs在聚合物中的分散行为以及CNCs与聚合物间界面相容性质显著影响到CNCs增强聚合物的力学强度等性能。现阶段，CNCs的制备普遍采用硫酸水解法，该方法水解条件相对温和，可在较低温度和较短时间内完成，且纤维素表面部分羟基向硫酸根负离子的转变赋予CNCs良好的水分散性。然而，CNCs的亲水性致使其与疏水聚合物间界面相容性差，极大制约了CNCs在增强疏水聚合物领域中的应用。此外，CNCs因表面硫酸根负离子具备的催化热降解特性也极大限制了CNCs增强疏水聚合物的加工和使用温度范围。这些均不利于CNCs增强高刚性聚丙烯的制备。目前，关于CNCs增强聚丙烯材料的研究报道较少。大多采用CNCs表面化学修饰或物理吸附技术来提高CNCs与聚丙烯的相容性，进而改善原有聚丙烯材料杨氏模量低的问题。如Khoshkava等人(KhoshkavaV.,KamalM.R.Biomacromolecules,2013,14,3155-3163.)通过CNCs表面琥珀酸酐反应以提高CNCs与聚丙烯的相容性，并采用熔融压片法制得CNCs增强聚丙烯，但表面琥珀酸酐修饰CNCs在聚丙烯中分散较差；Ljungberg等人(LjungbergN.,BoniniC.,BortolussiF.,BoissonC.,HeuxL.,CavailléJ.Y.Biomacromolecules,2005,6,2732-2739.)通过CNCs表面吸附TX-10磷酸酯表面活化剂以提高CNCs与无规聚丙烯的相容性，并采用浇膜法制备CNCs增强无规聚丙烯薄膜，但高温下TX-10磷酸酯表面活化剂易自CNCs表面脱附，极大制约了CNCs增强无规聚丙烯薄膜在高温环境中的使用；Nagalakshmaiah等人(NagalakshmaiahM.,KissiN.E.,DufresneA.ACSAppliedMaterials&Interfaces,2016,8,8755-8764.)通过CNCs表面静电吸附季胺盐以提高CNCs与聚丙烯的相容性，并采用熔融挤出法制备CNCs增强聚丙烯，但强酸碱环境下季胺盐易自CNCs表面解离，极大限制了CNCs增强聚丙烯在酸碱环境中的使用。上述工作虽然对提高CNCs与聚丙烯的相容性进而改善原有聚丙烯材料低杨氏模量能够起到一定作用，但依然存在CNCs与聚丙烯酸相容较差，CNCs热降解温度难以满足熔融共混挤出加工，CNCs增强聚丙烯材料使用范围受限等问题。此外，CNCs因表面硫酸根负离子诱导的催化热降解问题依然存在，也大大影响了CNCs增强聚丙烯材料的品质。因此，亟待改善CNCs和聚丙烯的相容性并提高CNCs的热降解温度，以开发CNCs增强高刚性聚丙烯。为此，本专利技术涉及一种聚丙烯/纤维素插层纳米晶体组合物及其制备方法，实现CNCs增强高刚性聚丙烯的制备。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术致力于提供一种高刚性聚丙烯/纤维素插层纳米晶体组合物及其制备方法。针对现有的CNCs与聚丙烯相容性差以及CNCs热降解温度低等问题。本专利技术的目的是提供一种聚丙烯/纤维素插层纳米晶体组合物及其制备方法。本专利技术的技术方案为：一种聚丙烯纤维素插层纳米晶体组合物，包含有共混的以下组分：聚丙烯、纤维素插层纳米晶体。所述的聚丙烯纤维素插层纳米晶体组合物，其组分及重量份为：聚丙烯为100重量份，纤维素插层纳米晶体为0.3～10重量份。还可以为，所述的聚丙烯纤维素插层纳米晶体组合物，其组分及重量份为：其组分及重量份为：聚丙烯为100重量份，纤维素插层纳米晶体为0.5～6重量份。优选的，所述的聚丙烯纤维素插层纳米晶体组合物，其组分及重量份为：聚丙烯为100重量份，纤维素插层纳米晶体为0.5～3重量份。所述纤维素插层纳米晶体具有高的热降解温度，热降解起始温度(氮气气氛)为200～260℃；优选220～240℃。如上任一所述的聚丙烯纤维素插层纳米晶体组合物，所述纤维素插层纳米晶体长度50～500nm；宽度为4～6nm；高度为40～80nm；长链烷烃取代CNCs羟基官能团为33％～67％；含硫量为0。如上所述的一种纤维素插层纳米晶体组合物的制备方法：将聚丙烯、纤维素插层纳米晶体的组分混合均匀，熔融共混制得所述的聚丙烯/纤维素插层纳米晶体组合物。所述的一种聚丙烯/纤维素插层纳米晶体组合物的制备方法：包括以下步骤：第1步：将所述纤维素插层纳米晶体和所述抗氧剂充分混合得到预混料；第2步：将包括以上所得预混料、干燥处理过的所述聚丙烯树脂在内的各组分按所述含量在混合设备中混合均匀，获得预混物；第3步：将所述预混物熔融共混挤出造粒后得到所述纤维素插层纳米晶体增强聚丙烯组合物。优选的，物料熔融共混温度为180℃～220℃；熔融共混设备的螺杆转速为300～450rpm。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚丙烯纤维素插层纳米晶体组合物，其特征在于：包含有共混的以下组分：聚丙烯、纤维素插层纳米晶体。

【技术特征摘要】
1.一种聚丙烯纤维素插层纳米晶体组合物，其特征在于：包含有共混的以下组分：聚丙烯、纤维素插层纳米晶体。2.如权利要求1所述的聚丙烯纤维素插层纳米晶体组合物，其特征在于：其组分及重量份为：聚丙烯为100重量份，纤维素插层纳米晶体为0.3～10重量份。3.如权利要求2所述的聚丙烯纤维素插层纳米晶体组合物，其特征在于：其组分及重量份为：聚丙烯为100重量份，纤维素插层纳米晶体为0.5～6重量份。4.如权利要求2所述的聚丙烯纤维素插层纳米晶体组合物，其特征在于：其组分及重量份为：聚丙烯为100重量份，纤维素插层纳米晶体为0.5～3重量份。5.如权利要求1所述的聚丙烯纤维素插层纳米晶体组合物，其特征在于：所述纤维素插层纳米晶体的热降解起始温度为200～260℃。6.如权利要求5所述的聚丙烯纤维素插层纳米晶体组合物，其特征在于：所述纤维素插层纳米晶体的热降解起始温度为220～240℃。7.如权利要求1至6任一所述的聚丙烯纤维素插层纳米晶体组合物，其特征在于：所述纤维素插层纳米晶体长度50～500nm；宽度为4～6nm；高度为40～80nm；长链烷烃取代CNCs羟基官能团为33％～67％；含硫量为0。8.如权利要求1至6所述的一种纤维素插层纳米晶体组合物的制备方法：其特征在于：将聚丙烯、纤维素插层纳米晶体的组分混合均匀，熔融共混制得所述的聚丙烯/纤维素插层纳米晶体组合物。9.如权利要求8所述的一种聚丙烯/纤维素插层纳米晶体组合物的制备方法：其特征在于：包括以下步骤：第1步：将所述纤维素插层纳米晶体和所述抗氧剂充分混合得到预混料；第2步：将包括以上所得预混料、干燥处理过的所述聚丙烯树脂在内的各组分按所述含量在混合设备中混合均匀，获得预混物；第3步：将所述预混物熔融共混挤出造粒后得到所述纤维素插层纳米晶体增强聚丙烯组合物。10.如权利要求9所述的一种聚丙烯/纤维素插层纳米晶体组合物的制备方法，其特征在于：物料熔融共混温度为180℃～220℃；熔融共混设备的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭娟，焦立超，余敏，卢芸，殷亚方，姜笑梅，张永刚，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院木材工业研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11