一种含碳纳米管的高挤出效率的竹基复合材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及复合材料制备技术领域，具体涉及一种含碳纳米管的高挤出效率的竹基复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.木塑复合材料指利用聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯代替通常的树脂胶粘剂，与木粉、稻壳、秸秆等废植物纤维混合成新的木质材料，再经挤压、模压或注塑成型等塑料加工工艺制成板材。竹粉是指将竹子粉碎后得到的粉末材料；竹子较树木而言、生长迅速，因此，采用竹粉代替木粉来制备木塑材料有助于减少树木的砍伐以及为竹子的开发利用提供了一条有效的途径。碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构的一维量子材料；其作为塑料的增强材料加入到塑料中用于提高塑料的力学强度。钛白粉在塑胶制品中除了具有高遮盖力、高消色力等作用；它还能提高塑料制品的耐热、耐光、耐候性能，使塑料制品免受uv光的侵袭，改善塑料制品的机械性能和电性能。
3.但是，发明人在具体研究中发现，竹粉、聚氯乙烯、碳纳米管以及钛白粉在双螺杆挤出机中熔融共混时粘度过大，严重影响了双螺杆挤出机的挤出效率；因此，急需降低竹粉、聚氯乙烯、碳纳米管以及钛白粉熔融共混时的粘度，以提高双螺杆挤出机的挤出效率。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种含碳纳米管的高挤出效率的竹基复合材料。
5.本发明所述的技术方案如下：
6.一种含碳纳米管的高挤出效率的竹基复合材料，其特征在于，包含如下重量份的组分：
7.竹粉50～100份；聚氯乙烯30～60份；碳纳米管1～5份；钛白粉5～10份；润滑剂5～10份。
8.本发明通过加入润滑剂，可以有效地降低了竹粉、聚氯乙烯、碳纳米管以及钛白粉熔融混合时的粘度；在实际生产过程中，可以降低其在双螺杆挤出机中熔融共混时的粘度，进而可以有效地提高双螺杆挤出机的挤出效率。
9.优选地，所述的含碳纳米管的高挤出效率的竹基复合材料，其包含如下重量份的组分：
10.竹粉60～70份；聚氯乙烯40～50份；碳纳米管3～5份；钛白粉6～8份；润滑剂6～8份。
11.最优选地，所述的含碳纳米管的高挤出效率的竹基复合材料，其包含如下重量份的组分：
12.竹粉60份；聚氯乙烯50份；碳纳米管3份；钛白粉7份；润滑剂7份。
13.优选地，所述的润滑剂选自氧化聚乙烯蜡和微晶石蜡中的一种或二者的组合。
14.进一步，优选地，所述的润滑剂是由氧化聚乙烯蜡和微晶石蜡组成；所述的氧化聚乙烯蜡和微晶石蜡的重量比为2～4:1。
15.最优选地，所述的氧化聚乙烯蜡和微晶石蜡的重量比为3:1。
16.发明人在研究中表明：并不是所有的润滑剂都可以显著地降低竹粉、聚氯乙烯、碳纳米管以及钛白粉熔融混合时的粘度；发明人经过大量的实验研究，惊奇地发现：润滑剂由氧化聚乙烯蜡和微晶石蜡组成时可以显著的降低竹粉、聚氯乙烯、碳纳米管以及钛白粉熔融混合时的粘度；其对竹粉、聚氯乙烯、碳纳米管以及钛白粉熔融混合时的粘度的降低程度要远远大于润滑剂单独选用氧化聚乙烯蜡或微晶石蜡；这也说明由氧化聚乙烯蜡和微晶石蜡组成的润滑剂可以协同降低竹粉、聚氯乙烯、碳纳米管以及钛白粉熔融混合时的粘度。
17.优选地，所述的含碳纳米管的高挤出效率的竹基复合材料，还包括抗菌剂1～5份。
18.为了提高含碳纳米管的高挤出效率的竹基复合材料的抗菌性能；本领域技术人员可以根据实际需要添加抗菌剂；所述的抗菌剂可以为添加至塑料中的常用的任何抗菌剂；比如可以为纳米银。
19.优选地，所述的竹粉为改性竹粉；所述的改性竹粉通过如下方法制备得到：
20.(1)将竹粉放入碱性水溶液中浸泡处理；得碱处理后的竹粉；
21.(2)将碱处理后的竹粉与环十五内酯以及γ
‑
苯基
‑
γ
‑
丁内酯混合，接着加入催化剂(辛酸亚锡)，放入密炼机中在130～150℃下混炼1～2h；即得所述的改性竹粉。
22.优选地，步骤(1)中所述的碱性水溶液是指ph值为11～13的碱性水溶液。
23.优选地，步骤(2)中碱处理后的竹粉、环十五内酯、γ
‑
苯基
‑
γ
‑
丁内酯以及催化剂的重量比为100:20～30:10～20:1～5。
24.最优选地，步骤(2)中碱处理后的竹粉、环十五内酯、γ
‑
苯基
‑
γ
‑
丁内酯以及催化剂的重量比为100:25:15:3。
25.发明人进一步研究表明：竹粉采用由本发明上述全新方法制备得到的改性竹粉后，其与聚氯乙烯、碳纳米管以及钛白粉熔融混合时的粘度，要显著低于竹粉、聚氯乙烯、碳纳米管以及钛白粉熔融混合时的粘度；这说明，采用由本发明上述全新方法制备得到的改性竹粉替代竹粉可以进一步大幅地降低竹粉、聚氯乙烯、碳纳米管以及钛白粉熔融混合时的粘度。
26.本发明还提供了一种上述含碳纳米管的高挤出效率的竹基复合材料的制备方法，包含如下步骤：
27.将竹粉、聚氯乙烯、碳纳米管、钛白粉、润滑剂，或者将竹粉、聚氯乙烯、碳纳米管、钛白粉、润滑剂以及抗菌剂混合均匀得混合原料；然后将混合原料放入双螺杆挤出机中熔融共混挤出即得所述的含碳纳米管的高挤出效率的竹基复合材料。
28.有益效果：本发明提供了一种全新的含碳纳米管的高挤出效率的竹基复合材料；所述的含碳纳米管的高挤出效率的竹基复合材料通过加入由氧化聚乙烯蜡和微晶石蜡组成的润滑剂可以显著地降低竹粉、聚氯乙烯、碳纳米管以及钛白粉熔融混合时的粘度，进而可以有效地提高双螺杆挤出机的挤出效率；进一步地，通过本发明全新方法制备得到的改性竹粉代替竹粉后，可以进一步降低竹粉、聚氯乙烯、碳纳米管以及钛白粉熔融混合时的粘度。
具体实施方式
29.以下结合具体实施例来进一步解释本发明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。
30.以下实施例中所述的聚氯乙烯采用韩国韩华公司生产的牌号为kh
‑
60的聚氯乙烯；所述的氧化聚乙烯蜡采用美国霍尼韦尔生产的牌号为a
‑
c307a的氧化聚乙烯蜡；其它原料均为本领域技术人员通过常规购买途径可以购买得到的原料。
31.实施例1
32.竹基复合材料的重量份组成：竹粉60份；聚氯乙烯50份；多壁碳纳米管3份；钛白粉7份；润滑剂7份；
33.所述的润滑剂由氧化聚乙烯蜡和微晶石蜡按重量比3:1组成。
34.制备方法：将竹粉、聚氯乙烯、多壁碳纳米管、钛白粉、润滑剂混合均匀得混合原料；然后将混合原料放入双螺杆挤出机中熔融共混挤出即得所述的含碳纳米管的高挤出效率的竹基复合材料。
35.实施例2
36.竹基复合材料的重量份组成：竹粉50份；聚氯乙烯30份；多壁碳纳米管1份；钛白粉10份；润滑剂5份；
37.所述的润滑剂由氧化聚乙烯蜡和微晶石蜡按重量比2:1组成。
38.制备方法：将竹粉、聚氯乙烯、多壁碳纳米管、钛白粉、润滑剂混合均匀得混合原料；然后将混合原料放入双螺杆挤出机中熔融共混挤出即得所述的含碳纳米管的高挤出效率的竹基复合材料。
39.实施例3
40.竹基复合材料的的重量份组成：竹粉100份；聚氯乙烯60份；多壁碳纳米管5份；钛白粉5份；润滑剂10份；
41.所述的润滑剂由氧化聚乙烯蜡和微晶石蜡按重量比4:1组成。
42.制备方法：将竹粉、聚氯乙烯、多壁碳纳米管、钛白粉、润滑剂混合均匀得混合原料；然后将混合原料放入双螺杆挤出机中熔融共混挤出即得所述的含碳纳米管的高挤出效率的竹基复合材料。
43.实施例4
44.竹基复合材料的重量份组成：改性竹粉60份；聚氯乙烯50份；多壁碳纳米管3份；钛白粉7份；润滑剂7份；
45.所述的润滑剂由氧化聚乙烯蜡和微晶石蜡按重量比3:1组成；
46.所述的改性竹粉通过如下方法制备得到：
47.(1)将竹粉放入碱性水溶液中浸泡处理24h；浸泡后将竹粉取出干燥得碱处理后的竹粉；所述的碱性水溶液是指ph值为12的碱性水溶液；
48.(2)将碱处理后的竹粉与环十五内酯以及γ
‑
苯基
‑
γ
‑
丁内酯混合，接着加入催化剂辛酸亚锡，放入密炼机中在140℃下混炼1.5h；即得所述的改性竹粉；其中，碱处理后的竹粉、环十五内酯、γ
‑
苯基
‑
γ
‑
丁内酯以及催化剂的重量比为100:25:15:3。
49.制备方法：将改性竹粉、聚氯乙烯、多壁碳纳米管、钛白粉、润滑剂混合均匀得混合原料；然后将混合原料放入双螺杆挤出机中熔融共混挤出即得所述的含碳纳米管的高挤出
效率的竹基复合材料。
50.实施例4与实施例1的区别在于：实施例4采用了由全新方法制备得到的改性竹粉代替了实施例1中的竹粉。
51.对比例1
52.竹基复合材料的重量份组成：竹粉60份；聚氯乙烯50份；多壁碳纳米管3份；钛白粉7份；
53.制备方法：将竹粉、聚氯乙烯、多壁碳纳米管、钛白粉混合均匀得混合原料；然后将混合原料放入双螺杆挤出机中熔融共混挤出即得所述的含碳纳米管的高挤出效率的竹基复合材料。
54.对比例1与实施例1的区别在于，对比例1不加入润滑剂。
55.对比例2
56.竹基复合材料的重量份组成：竹粉60份；聚氯乙烯50份；多壁碳纳米管3份；钛白粉7份；润滑剂7份；
57.所述的润滑剂为氧化聚乙烯蜡。
58.制备方法：将竹粉、聚氯乙烯、多壁碳纳米管、钛白粉、润滑剂混合均匀得混合原料；然后将混合原料放入双螺杆挤出机中熔融共混挤出即得所述的含碳纳米管的高挤出效率的竹基复合材料。
59.对比例2与实施例1的区别在于，对比例2采用氧化聚乙烯蜡作为润滑剂；而实施例1则是采用由氧化聚乙烯蜡和微晶石蜡组成的润滑剂。
60.对比例3
61.竹基复合材料的重量份组成：竹粉60份；聚氯乙烯50份；多壁碳纳米管3份；钛白粉7份；润滑剂7份；
62.所述的润滑剂为微晶石蜡。
63.制备方法：将竹粉、聚氯乙烯、多壁碳纳米管、钛白粉、润滑剂混合均匀得混合原料；然后将混合原料放入双螺杆挤出机中熔融共混挤出即得所述的含碳纳米管的高挤出效率的竹基复合材料。
64.对比例3与实施例1的区别在于，对比例3采用微晶石蜡作为润滑剂；而实施例1则是采用由氧化聚乙烯蜡和微晶石蜡组成的润滑剂。
65.对比例4
66.竹基复合材料的重量份组成：改性竹粉60份；聚氯乙烯50份；多壁碳纳米管3份；钛白粉7份；润滑剂7份；
67.所述的润滑剂由氧化聚乙烯蜡和微晶石蜡按重量比3:1组成；
68.所述的改性竹粉通过如下方法制备得到：
69.(1)将竹粉放入碱性水溶液中浸泡处理24h；浸泡后将竹粉取出干燥得碱处理后的竹粉；所述的碱性水溶液是指ph值为12的碱性水溶液；
70.(2)将碱处理后的竹粉与环十五内酯混合，接着加入催化剂辛酸亚锡，放入密炼机中在140℃下混炼1.5h；即得所述的改性竹粉；其中，碱处理后的竹粉、环十五内酯以及催化剂的重量比为100:40:3。
71.制备方法：将改性竹粉、聚氯乙烯、多壁碳纳米管、钛白粉、润滑剂混合均匀得混合
原料；然后将混合原料放入双螺杆挤出机中熔融共混挤出即得所述的含碳纳米管的高挤出效率的竹基复合材料。
72.对比例4与实施例4的区别在于，对比例4仅仅采用环十五内酯与碱处理后的竹粉反应制备改性竹粉；而实施例4则是采用环十五内酯和γ
‑
苯基
‑
γ
‑
丁内酯共同与碱处理后的竹粉反应制备改性竹粉。
73.对比例5
74.竹基复合材料的重量份组成：改性竹粉60份；聚氯乙烯50份；多壁碳纳米管3份；钛白粉7份；润滑剂7份；
75.所述的润滑剂由氧化聚乙烯蜡和微晶石蜡按重量比3:1组成；
76.所述的改性竹粉通过如下方法制备得到：
77.(1)将竹粉放入碱性水溶液中浸泡处理24h；浸泡后将竹粉取出干燥得碱处理后的竹粉；所述的碱性水溶液是指ph值为12的碱性水溶液；
78.(2)将碱处理后的竹粉与γ
‑
苯基
‑
γ
‑
丁内酯混合，接着加入催化剂辛酸亚锡，放入密炼机中在140℃下混炼1.5h；即得所述的改性竹粉；其中，碱处理后的竹粉、环十五内酯以及催化剂的重量比为100:40:3。
79.制备方法：将改性竹粉、聚氯乙烯、多壁碳纳米管、钛白粉、润滑剂混合均匀得混合原料；然后将混合原料放入双螺杆挤出机中熔融共混挤出即得所述的含碳纳米管的高挤出效率的竹基复合材料。
80.对比例5与实施例4的区别在于，对比例5仅仅采用γ
‑
苯基
‑
γ
‑
丁内酯与碱处理后的竹粉反应制备改性竹粉；而实施例4则是采用环十五内酯和γ
‑
苯基
‑
γ
‑
丁内酯共同与碱处理后的竹粉反应制备改性竹粉。
81.实验例1
82.将竹粉或改性竹粉、聚氯乙烯、多壁碳纳米管、钛白粉以及润滑剂分别按实施例1～4以及对比例1～4的组成混合后，采用dnj79型粘度计测试各组成竹基复合材料在200℃熔融共混状态下的粘度；测试结果见表1。
83.表1.各组竹基复合材料的粘度
84.[0085][0086]
从表1粘度数据可以看出，实施例1～3所述的组竹基复合材料与对比例1相比，其粘度值得到的大幅得降低；这说明本发明所述的组竹基复合材料通过加入由氧化聚乙烯蜡和微晶石蜡组成的润滑剂可以显著地大幅度地降低竹粉、聚氯乙烯、碳纳米管以及钛白粉熔融混合时的粘度。
[0087]
此外，由实施例1～3与对比例2～3的对比例数据可以看出，对比例1～2所述的组竹基复合材料其粘度值虽然比对比例1低，但是降低幅度不大，其降低幅度远远不及实施例1～3；这说明：只有选用由氧化聚乙烯蜡和微晶石蜡组成的润滑剂时才可以显著的降低竹粉、聚氯乙烯、碳纳米管以及钛白粉熔融混合时的粘度；而润滑剂单独选用氧化聚乙烯蜡或微晶石蜡并不能显著地降低竹粉、聚氯乙烯、碳纳米管以及钛白粉熔融混合时的粘度；这也说明由氧化聚乙烯蜡和微晶石蜡组成的润滑剂可以协同降低竹粉、聚氯乙烯、碳纳米管以及钛白粉熔融混合时的粘度。
[0088]
从表1实验数据还可以看出，实施例4所述的组竹基复合材料的粘度值与实施例1的135pa.s相比，进一步得到了大幅地降低，达到了58pa.s；远远低于对比例1的212pa.s；由此可见：竹粉采用由本发明所述全新方法制备得到的改性竹粉替代后，其与聚氯乙烯、碳纳米管以及钛白粉熔融混合时的粘度，要显著低于竹粉、聚氯乙烯、碳纳米管以及钛白粉熔融混合时的粘度；这说明：采用由本发明所述全新方法制备得到的改性竹粉可以进一步大幅降低竹粉、聚氯乙烯、碳纳米管以及钛白粉熔融混合时的粘度。
[0089]
从表1实验数据还可以看出，实施例4所述的组竹基复合材料的粘度值要远远低于对比例4和5；这说明必须按照本发明所述的方法采用由环十五内酯和γ
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苯基
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γ
‑
丁内酯共同与碱处理后的竹粉反应制备改性竹粉代替竹粉，才能进一步大幅降低竹粉、聚氯乙烯、碳纳米管以及钛白粉熔融混合时的粘度；而仅仅采用环十五内酯或γ
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苯基
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γ
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丁内酯与碱处理后的竹粉反应制备改性竹粉代替竹粉，并不能进一步大幅降低竹粉、聚氯乙烯、碳纳米管以及钛白粉熔融混合时的粘度。