一种棕榈纤维增强微发泡踏板材料及其制备方法与流程

1.本发明属于海洋养殖装备材料技术领域，具体涉及一种棕榈纤维增强微发泡踏板材料。


背景技术：

2.在海洋养殖技术中，养殖装备的发展是影响海洋经济的关键因素，而踏板是海洋养殖网箱、海上平台、养殖渔排等海洋养殖重要装备元件之一。
3.在传统海洋养殖业中，都是以竹、木材质的养殖装备为主，在海洋环境中，竹、木材质易老化腐蚀，使用寿命短；在现代海洋养殖业中，养殖装备以塑料材质为主，塑料装备具有耐老化、耐腐蚀、不会产生塑料微粒污染、价格低等众多优点，其中踏板以高密度聚乙烯（hdpe）材质居多，一般来说，塑料踏板是具有内部中空结构壁状的板材，上板面具有各种形状的防滑纹理，其主要作用就是作为养殖系统的框架、供人行走、作业、绑系网衣、绑系浮球等。
4.深海养殖可降低近岸养殖密度，减缓水域养殖压力，改善近岸养殖环境，深海资源丰富，可提高鱼苗存活率与水产质量，然而，在深海养殖海域，海上情况错综复杂，风浪强度远远大于近岸，而hdpe为柔韧性材料，强度较低，一般拉伸强度低于22mpa，这就对hdpe塑料踏板的抗风浪性能有了更高的要求，因此提供一种增强型渔排踏板是亟待解决的问题。
5.为了提高hdpe塑料踏板的物理性能，通常会采用材料复合的方式使制品的拉伸强度、弯曲强度等性能提高，一是采用钢塑复合的方法，此类方法虽然可以大幅度提高踏板的强度，但制造成本很高，且装备重量大，运输成本与浮力设计成本高，并且，一旦内部钢结构外露，将会加速装备老化，养殖风险增加；二是采用多种材料共混改性的方式，将hdpe的物理性能提高，此类方法是当下研究的热门方向，通过多种材料的配合获得满足使用要求的性能结果。


技术实现要素：

6.为了提高现有hdpe塑料踏板的物理性能，本发明采用的技术方案为：一种棕榈纤维增强微发泡踏板材料，其原材料按重量份计，包括：高密度聚乙烯100份改性棕榈纤维5～15份复合发泡剂5～8份相容剂5～10份润滑剂0.5～1份抗氧剂2～5份色母3～4份。
7.所述棕榈纤维为十六烷基三甲氧基硅烷表面改性棕榈纤维。
8.所述复合发泡剂为4,4
’‑
氧代-双苯磺酰肼（obsh）复合中空二氧化硅（sio2）发泡
剂。
9.本发明的有益效果在于：本发明提供的一种棕榈纤维增强微发泡材料，以纤维增强技术，利用十六烷基三甲氧基硅烷表面改性棕榈纤维作为增强材料，增加了棕榈纤维的疏水性能，同时改善了棕榈纤维与hdpe的相容性，提高了hdpe的拉伸强度、弯曲强度和模量等性能，并且利用天然生物资源，利于资源循环、废物利用、降低成本；利用尺寸均匀、比表面积大、吸附能力强的中空二氧化硅微球作为担载体，担载obsh，制备的高分散复合发泡剂，提高了中空二氧化硅的分散性，可使材料在挤出生产中各部位均匀发泡且泡孔尺寸较小而均匀，保证材料整体强度的同时而降低材料密度，减少用料成本。
附图说明
10.图1为复合发泡剂制备技术路线示意图。
11.图2为踏板的结构示意图，1为纹理面，2为踏板结构层。
具体实施方式
12.为详细地说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
13.本发明最关键的构思在于：采用十六烷基三甲氧基硅烷表面改性棕榈纤维作为增强材料，提高hdpe的强度和模量；采用obsh复合中空二氧化硅微球作为高分散复合发泡剂，提高挤出发泡过程中发泡的均匀性，降低材料密度。
14.本发明提供一种棕榈纤维增强微发泡踏板材料，按其原材料重量份计，包括：高密度聚乙烯100份改性棕榈纤维5～15份复合发泡剂5～8份相容剂5～10份润滑剂0.5～1份抗氧剂2～5份色母3～4份。
15.所述棕榈纤维为十六烷基三甲氧基硅烷表面改性棕榈纤维。
16.所述复合发泡剂为4,4
’‑
氧代-双苯磺酰肼（obsh）复合中空二氧化硅（sio2）发泡剂。
17.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明提供的一种棕榈纤维增强微发泡材料，一是利用十六烷基三甲氧基硅烷表面改性棕榈纤维作为增强材料，增加了棕榈纤维在hdpe中的相容性，能够有效提升复合增强效果；同时，棕榈纤维来源于棕榈树和棕榈果壳，来源较广，产量大，价格低廉，能够大幅度降低生产成本，且又保证了性能效果；另外，通过棕榈纤维的表面改性，增加了复合材料的熔体流动性，加工性能得以提高，利于加工成型。
18.二是利用中空二氧化硅微球担载obsh作为高分散复合发泡剂，可在挤出过程中均匀地分散发泡，且泡孔尺寸均一稳定，确保了性能的同时，降低了材料的密度，降低生产成本。
19.进一步的，所述改性棕榈纤维采用以下制备方法。
20.s1：取一定重量的棕榈纤维，置于热风干燥机中，在80℃温度条件下，烘干24小时，经水分测试仪检测含水量小于2%后即可取出包装备用。
21.s2：将干燥后的棕榈纤维加入到质量分数为20%的naoh溶液中浸泡24小时，然后用纯水清洗至中性，抽滤后烘干，得到碱处理的棕榈纤维。
22.s3：将s2中碱处理的棕榈纤维加入到质量分数为5%的十六烷基三甲氧基硅烷的甲醇溶液中，采用醋酸调节溶液ph值为5，磁力搅拌并于25℃下反应24h，反应完成后采用大量纯水清洗未反应的单体，抽滤后于90℃真空烘箱中烘干，即制得表面改性棕榈纤维材料。
23.进一步的，所述复合发泡剂采用以下制备方法。
24.s1：在质量分数为10%的naoh溶液中，加入十六烷基三甲基溴化铵（ctab）作为结构导向剂，再加入聚苯乙烯微球（ps），可在ps微球表面反应，而形成具有“核壳”结构的表面改性聚苯乙烯微球。
25.s2：在s1形成的表面改性聚苯乙烯微球中加入正硅酸乙酯作为硅源，搅拌24小时后形成聚苯乙烯-二氧化硅（ps/sio2）核壳结构微粒，再经800℃煅烧，去除聚苯乙烯模板，形成中空sio2微球。
26.s3：在室温下，以中空sio2微球粉末浸渍在质量分数为30%～50%的发泡剂obsh溶液中，经磁力搅拌24h、抽滤、洗涤2～3次、烘干制得obsh/sio2复合发泡剂。
27.进一步的，所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯。
28.进一步的，所述润滑剂为氧化聚乙烯蜡。
29.进一步的，所述抗氧剂为硫代受阻酚抗氧剂736、抗氧剂1010中的一种。
30.进一步的，所述色母为黄色母和黑色母，黄色母为纹理面着色，黑色母为踏板结构层着色。
31.进一步的，一种棕榈纤维增强微发泡踏板采用以下制备方法制备。
32.s1：将高密度聚乙烯、改性棕榈纤维、相容剂、润滑剂、抗氧剂和色母加入到高速搅拌机中，在温度60℃～80℃，200rpm～400rpm下预混10min。
33.s2：将s1步骤中的预混料挤出造粒即得造粒料。
34.s3：将造粒料与复合发泡剂在室温下120rpm～180rpm搅拌15min，投入挤出机中，以两台挤出机共挤出的工艺，其中一台挤出机挤出纹理面层，纹理面层添加的色母为黄色母，另一台挤出机挤出踏板结构层，添加的色母为黑色母，通过口模定型、真空水冷、纹理面层预热、压花、真空水冷、牵引、激光喷码和定长切割工艺，即可获得棕榈纤维增强微发泡踏板。
35.实施例1～3。
36.一种棕榈纤维增强微发泡踏板材料，按原材料重量份数计，包括下表1组分。
37.表1
。
38.上述实施例1～3中，棕榈纤维增强微发泡踏板采用以下制备方法制备。
39.s1：将高密度聚乙烯、改性棕榈纤维、复合发泡剂、相容剂、润滑剂、抗氧剂和色母加入到高速搅拌机中，在温度60℃，300rpm下预混10min，得到预混料。
40.s2：将s1步骤中的预混料挤出造粒即得造粒料。
41.s3：将造粒料直接投入挤出机中，以两台挤出机共挤出的工艺，其中一台挤出机挤出纹理面层，纹理面层添加的色母为黄色母，另一台挤出机挤出踏板结构层，添加的色母为黑色母，通过口模定型、真空水冷、纹理面层预热、压花、真空水冷、牵引、激光喷码和定长切割工艺，即可获得棕榈纤维增强微发泡踏板。
42.对比例1。
43.一种棕榈纤维增强微发泡踏板材料，按其原材料重量份计，包括以下组分，高密度聚乙烯100份、未改性棕榈纤维5份、复合发泡剂5份、马来酸酐接枝聚乙烯5份、氧化聚乙烯蜡0.5份、硫代受阻酚抗氧剂7362份、黄色母/黑色母3份。
44.一种棕榈纤维增强微发泡踏板的结构和制备方法同实施例1。
45.对比例2。
46.一种棕榈纤维增强发泡踏板材料，按其原材料重量份计，包括以下组分，高密度聚乙烯100份、改性棕榈纤维5份、偶氮二甲酰胺发泡剂5份、马来酸酐接枝聚乙烯5份、氧化聚乙烯蜡0.5份、硫代受阻酚抗氧剂7362份、黄色母/黑色母3份。
47.一种棕榈纤维增强发泡踏板的结构和制备方法同实施例1。
48.对比例3。
49.一种微发泡踏板材料，按其原材料重量份计，包括以下组分，高密度聚乙烯100份、复合发泡剂5份、马来酸酐接枝聚乙烯5份、氧化聚乙烯蜡0.5份、硫代受阻酚抗氧剂7362份、黄色母/黑色母3份。
50.一种微发泡踏板的结构和制备方法同实施例1。
51.对比例4。
52.一种棕榈纤维增强踏板材料，按其原材料重量份计，包括以下组分，高密度聚乙烯100份、改性棕榈纤维5份、马来酸酐接枝聚乙烯5份、氧化聚乙烯蜡0.5份、硫代受阻酚抗氧剂7362份、黄色母/黑色母3份。
53.一种棕榈纤维增强踏板的结构和制备方法同实施例1。
54.对比例5。
55.普通hdpe踏板材料，按其原材料重量份计，包括以下组分，高密度聚乙烯100份、硫代受阻酚抗氧剂7362份、黄色母/黑色母3份。
56.普通hdpe踏板结构同实施例1，制备方法如下。
57.s1：将高密度聚乙烯、硫代受阻酚抗氧剂736、黑色母加入到高速搅拌机中，在温度60℃～80℃，200rpm～400rpm下预混10min。
58.s2：将s1步骤中的预混料挤出造粒即得踏板结构层造粒料，同理以黄色母替代黑色母可得纹理层造粒料。
59.s3：将造粒料投入挤出机中，以两台挤出机共挤出的工艺，其中一台挤出机挤出纹理面层，纹理面层添加的色母为黄色母，另一台挤出机挤出踏板结构层，添加的色母为黑色母，通过口模定型、真空水冷、纹理面层预热、压花、真空水冷、牵引、激光喷码和定长切割工艺，即可获得hdpe踏板。
60.试验结果。
61.将实施例1～3，对比例1～5均制成75mm
×
500mm（高
×
宽）的踏板，然后裁切测试样品进行性能测试，裁切部位为踏板结构层底面，测试方法及结果如下表2所示。
62.表2。
63.从上述实施例和对比例的检测结果分析可知，通过改性棕榈纤维和复合发泡剂在踏板材料中的应用，有效地提高了踏板的拉伸强度、简支梁缺口冲击强度、弯曲强度和弯曲模量，由性能结果可知，棕榈纤维增强微发泡踏板的性能相较于当下普遍使用的hdpe踏板，均有较为明显的提升，可以更好地适应复杂的海域环境，对比例2中使用高发泡型聚乙烯发
泡剂替代复合发泡剂，虽然能有效降低踏板的密度，但由于泡孔不均且过大的原因，导致强度性能大大降低。
64.本发明的上述实施例仅为解释说明本发明的举例，并非是对实施本发明的限定，凡是对本发明所作的等同变换，均同理包括在本发明的专利保护范围内。