一种防老化吨包托盘用复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及高分子复合材料，具体涉及一种防老化吨包托盘用复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、吨包托盘又称集装袋托盘，是物流仓储领域中用于承载和运输吨袋物料的关键装备，广泛应用于建材、化工、粮食等行业，由于吨包托盘通常需要在户外环境下长期使用，不可避免地会受到紫外辐射和热氧老化的双重作用，导致以聚丙烯为基体的托盘材料发生分子链断裂，表面黄变，力学性能劣化等问题，严重影响到吨包托盘的服役寿命和使用安全性，因此在聚丙烯复合材料中添加抗氧剂和紫外线吸收剂等抗老化功能助剂，是延长吨包托盘使用寿命的常规技术手段。

2、然而，现有技术中的吨包托盘材料在兼顾阻燃性能与抗老化性能方面存在显著的技术矛盾，一方面为了满足防火安全要求，吨包托盘材料中通常需要加阻燃剂，其中三聚氰胺聚磷酸盐因其阻燃效率高被广泛应用，但其作为膨胀型阻燃剂，在受热分解过程中会产生磷酸、多聚磷酸等酸性物质，这些酸性分解产物会攻击体系中的受阻酚类抗氧剂，使其化学结构被破坏或活性丧失，同时还会削弱阻燃剂的膨胀成炭效率，这种阻燃剂与抗氧剂之间的相互拮抗作用，导致现有技术难以在保证阻燃等级的同时维持长期的热氧老化稳定性，并且现有的吨包托盘材料的抗老化能力主要依赖于物理共混添加的游离型小分子抗氧剂和紫外吸收剂，这类小分子助剂在聚丙烯基体中具有良好的初期分散性和一定的迁移能力，在使用过程中会向材料表面迁移，并因挥发、雨水冲刷或摩擦损耗而不断流失，因此材料表面的抗紫外和抗热氧能力下降，不具有持久的抗老化功能，严重影响到吨包托盘的使用寿命。

3、公告号为cn118165411b的专利公开了一种托盘用防霉变木塑复合材料及其制备方法，通过塑料树脂、植物纤维以及助剂制成，该专利制备出来的托盘用材料具有优异的抗菌防霉以及防白蚁的作用，但是制备时助剂如抗氧剂等均采用直接添加的方式，小分子抗氧剂在使用过程中容易迁移，长时间使用时容易导致复合材料降低抗氧化效果，影响到托盘的使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种防老化吨包托盘用复合材料及其制备方法，解决了以下几点技术问题：（1）阻燃剂酸性分解产物会攻击抗氧剂导致普通的吨包托盘阻燃性能与抗老化能力难以兼顾的问题;（2）普通吨包托盘表面磨损后抗老化功能大幅降低，影响使用寿命的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种防老化吨包托盘用复合材料，包括以下重量份的原料：100-110份聚丙烯、70-80份改性木粉、8-10份二苯甲酮改性玄武岩纤维、10-12份三聚氰胺聚磷酸盐、2-3份润滑剂、0.2-0.4份抗氧剂；所述改性木粉是由功能性桥接剂与乙醇水溶液喷淋于木粉上制得；所述功能性桥接剂是由γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷与中间体反应制得；所述中间体是由3,5-二叔丁基-4-羟基苄醇与2-氨基乙基磷酸反应制得；所述二苯甲酮改性玄武岩纤维是由马来酸酐改性玄武岩纤维与4-（甲基丙烯酰氧基）-2-羟基二苯甲酮反应制得；所述马来酸酐改性玄武岩纤维是由马来酸酐对活化后的玄武岩纤维进行表面改性制得。

4、进一步地，所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯蜡中的任意一种；所述抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂1076。

5、进一步地，所述改性木粉的制备方法包括以下步骤：

6、s1：将3,5-二叔丁基-4-羟基苄醇与2-氨基乙基磷酸置于无水二氯甲烷中，0-4℃冰浴，加入质量比是0.6-0.8:11.3-12的4-二甲氨基吡啶与二环己基碳二亚胺，且二环己基碳二亚胺需在30min内分5批次加入，升至室温，500-600rpm的转速下搅拌12-15h，反应结束后进行后处理，得到中间体；

7、s2：将中间体置于无水乙醇中充分混合搅拌后，滴加γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷与无水乙醇的混合液，升温至70-75℃反应5-6h，旋转蒸发除去溶剂至粘稠状流体，收集产物得到功能性桥接剂；

8、s3:将功能性桥接剂溶于质量分数为70-75%的乙醇水溶液中，使用浓度为0.5-1mol/l的冰醋酸调节ph为4-5，均匀喷淋于杨木粉上，室温下通风放置12-24h，105-115℃干燥2-3h后得到改性木粉。

9、进一步地，步骤s1中，所述3,5-二叔丁基-4-羟基苄醇与2-氨基乙基磷酸的质量比为11.8-12.5:6.5-8.3。

10、进一步地，步骤s2中，所述中间体与γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的质量比为8.5-9.8:6.2-7.9。

11、进一步地，步骤s3中，所述功能性桥接剂与杨木粉的质量比为10-15:100。

12、通过上述技术方案，3,5-二叔丁基-4-羟基苄醇与2-氨基乙基磷酸在复合催化剂的作用下发生酯化反应，得到中间体，再与带有环氧基团的硅烷偶联剂反应，通过氨基与环氧基团的开环反应，生成带有硅氧烷的功能性桥接剂，再将功能性桥接剂与乙醇水溶液混合后喷淋在杨木粉上，从而将受阻酚和磷酸酯基团以化学键合的方式连接在杨木粉表面，得到改性木粉。

13、进一步地，步骤s1中，所述后处理具体为对产物进行抽滤、滤液依次用饱和碳酸氢钠溶液洗涤2次、去离子水和饱和食盐水洗涤1次、无水硫酸钠干燥后使用质量比为1:3的无水乙醇与石油醚混合液进行重结晶后收集产物。

14、进一步地，步骤s3中，所述杨木粉的粒径为60-80目，含水率＜2%。

15、进一步地，所述二苯甲酮改性玄武岩纤维的制备方法包括以下步骤：

16、 ss1：将长度为4-6mm的玄武岩纤维通过常压空气等离子体处理活化后备用，将活化后的玄武岩纤维置于n,n-二甲基甲酰胺中，加入马来酸酐与吡啶，充分混合后，升温至80-85℃搅拌反应4-6h后过滤，所得纤维依次用n,n-二甲基甲酰胺与去离子水各洗涤三次，100-110℃真空干燥后得到马来酸酐改性玄武岩纤维；

17、ss2：将马来酸酐改性玄武岩纤维分散于二甲苯中，加入4-（甲基丙烯酰氧基）-2-羟基二苯甲酮、苯乙烯与过氧化苯甲酰，通入氮气，升温至80-85℃反应7-8h，结束后抽滤、索式提取洗涤，再经60-70℃真空干燥至恒重，得到二苯甲酮改性玄武岩纤维。

18、进一步地，步骤ss1中，所述玄武岩纤维、马来酸酐与吡啶的质量比为20-25:2-3：0.1-0.2。

19、进一步地，步骤ss2中，所述马来酸酐改性玄武岩纤维、4-（甲基丙烯酰氧基）-2-羟基二苯甲酮、苯乙烯与过氧化苯甲酰的质量比为20-25:2-3:1-2:0.05-0.1。

20、通过上述技术方案，将玄武岩纤维经过常压空气等离子体处理，通过高能粒子轰击纤维表面，在玄武岩纤维表面引入活性羟基等极性基团引入化学接枝反应位点，活化后的玄武岩纤维表面羟基与马来酸酐中的酸酐基团在吡啶的作用下，发生开环反应，在玄武岩纤维表面引入活性双键，得到马来酸酐改性玄武岩纤维，再在过氧化苯甲酰以及加热条件下，引发4-（甲基丙烯酰氧基）-2-羟基二苯甲酮与苯乙烯发生自由基聚合反应，再与马来酸酐改性玄武岩纤维表面的活性双键接枝共聚从而将二苯甲酮类紫外吸收基团以化学键合的方式牢固连接与玄武岩纤维表面，引入的苯乙烯共聚单体可以有效的降低空间位阻，提升接枝率。

21、进一步地，步骤ss1中，所述常压空气等离子体处理的功率为300-350w，时间为3-5min。

22、进一步地，步骤ss2中，所述索式提取洗涤具体为依次用二甲苯和丙酮分别进行索式提取洗涤各12h。

23、一种防老化吨包托盘用复合材料的制备方法，包括以下步骤：

24、步骤一、将聚丙烯、改性木粉、二苯甲酮改性玄武岩纤维、三聚氰胺聚磷酸盐、润滑剂、抗氧剂置于高速混合机中，150-200rpm转速下混合15-20min,得到预混料；

25、步骤二、将预混料加入双螺杆挤出机中，挤出机各段温度设定为：一区150-155℃、二区160-165℃、三区170-175℃、四区175-180℃、机头温度为170-175℃，设置螺杆转速为220-260rpm进行熔融挤出造粒，得到防老化吨包托盘用复合材料。

26、本发明的有益效果：

27、（1）本发明将受阻酚抗氧基团与磷酸酯阻燃基团通过化学键合的方式接枝于木粉表面，使得抗氧基团以共价键形式锚定，即便是阻燃剂分解产生酸性环境，抗氧基团也不会被酸性物质萃取或者迁移流失，从而能够实现阻燃性能与抗老化性能协同兼容，使得制备出来的复合材料在具有优异阻燃性能的同时能够保持长期的热氧稳定性；

28、（2）本发明将二苯甲酮类紫外吸收剂通过共价键形式接枝于玄武岩纤维表面，再将改性纤维均匀的分散于聚丙烯基体中，当吨包托盘表面发生磨损后，暴露出新的表面依然含有纤维携带的紫外吸收基团，抗老化的功能不随表面磨损产生急剧衰减，显著延长了吨包托盘在户外苛刻环境下的使用寿命；

29、（3）本发明将硅烷偶联剂桥接在木粉表面，引入的有机长链与聚丙烯具有良好的亲和性，同时玄武岩纤维经表面改性后与基体的界面结合力增强，发挥出增强的效果，有效提升复合材料的力学性能。

30、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。