木粉高填充改性聚丙烯再生料的研究

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木粉高填充改性聚丙烯再生料的研究
图 1 缺口冲击强度与木粉 用量关系图
图 3 弯曲强度 与木粉用量关系图
图 2 PP 的热变形温度与木粉用量关系图
图 4 弯曲模量 与木粉用量关系图
表 4 烘干 处理木粉对挤出的影响
处理方式 失重/ % 挤出情况
未处理 0 烟气大, 有刺激气味
120 、30 min
第 14 卷第 9 期 2000 年 9 月
中国塑料
CHINA PLASTICS
Vol 14 N o 9 Sep 2000
塑料与环境
木粉高填充改性聚丙烯再生料的研究
张国立 苑志伟 刘玉春 陈志达
( 中石化集团公司北京化工研究院, 北京 100013)
摘要
探讨了木粉填充改性、不同的木粉含量、种类以及木粉的预处理对聚丙烯再生料 的力学性能及挤出成型的影响。
表 2 不同木粉填充改性 P P 再生料的力学性能
性 能 指 标 冲击强度/ J m- 1 ( GB1843)
弯曲强度/ M Pa ( G B9341)
弯曲模量 / M Pa( G B9341)
热变形温度/ ( A STM D648)
配方
F1
F2
F1
F2
F1
F2
F1
粒状木粉改性 PP 再生料
45. 6
活性剂 B
邻苯二甲酸 二辛酯( DO P)
活性剂 B+ DO P
活性剂 A+
B
活性剂 A + B+ D OP
物料下料挤出 的效果
一般
较好
差
差
好
一般
注: 以上介质处理木粉的混料温度为 90~ 110 , 约 10 min; 木粉经处理后再加入 PP 再生料继续处理 5 min 即可备用。
的低温挥发性物质的存在, 使样品中有相当 的气 泡 存在, 故 力 学 性 能 受 到 较 大 影 响。 150 以上温度处理的木粉则对样品力学性 能基本没有影响。
ABSTRACT
Influences of wood flour and its surface pretreatment on mechanical properties and extrusion of recycled polypropylene are discussed.
Keywords: Recycled polypropylene, Wood flour, Extrusion, Pretreatm ent
1 实验
1 1 主要原料 PP 回收料( 市场直接购得, 熔体流动速
率 3. 6 g/ 10 m in) 、木粉和锯末; 添加剂: 分散剂、活性剂、邻苯二甲酸二
辛酯( DOP) 。 1 2 主要设备
30、 60 单螺杆 挤出机, C42 2 2E 型,
收稿日期: 2000 08 14
北京无线电工具设备厂; 混料捏合机, 10 L 型, 张家港贝尔机械厂; 烘箱, DF205 型, 北京医疗设备厂; 拉伸弯曲试验机, AG 1, 日本岛津; 压片机, T 3S 型冷热连用压机, 日本东
47. 1
23. 5
28. 7
1 377
1 680
153. 2
纤维状木粉改 性 PP 再生料
48. 6
48. 9
26. 7
28. 1
1 784
1 921
147. 8
锯末改性 PP 再生料
39. 5
41. 3
20. 4
26. 5
2 001
2 538
124. 6
注: F1 ! ! ! 经单螺杆挤出造粒后, 直接压片取样测试所得; F2 ! ! ! 经单螺杆挤出造粒后, 经双辊 180
4 结论
( 1) 长径比大的木粉除起到填充作用外, 还可提高材料的力学性能;
( 2) 木粉的加热除湿除气预处理
( 150 、3 h 以上) 有利于改善材料的加工性 及提高材料力学性能;
( 3) 合理的分散活性剂有利于共混料的 挤出加工性, 而对力学性能无影响;
( 4) 实验中发现, 高份数的木粉添充 P P 再生料需要设备具有较高的功率, 同时对模 具有特殊要求。
12 6 Ahmad Fuad M Y, Zaini M J. Jour nal of Applied
Polymer Science, 51: 1 875~ 1 882 7 Sain M M , Lmber C , K okta B V. Die angewandte
makro molekular e chemie, 1993, 210: 33~ 46 8 Chodak Iv an, Nogellov a Zuzana, Kokta Bohuslav.
可适当提高木粉的添加量。 2 5 木粉的预处理对挤出成型的影响情况 2 5. 1 烘干处理木粉对挤出成型的影响
烘干处理木粉对挤出的影响见表 4。 从试验知, 木粉在 150 处理 3 h 或以 上, 完全可达试验除湿、除木粉中低分子挥发 物质的目的, 由差热分析图也可看出同样的 结果, 即烘干温度 150~ 230 间, 木粉失重 基本保持不变。因此木粉烘干处理条件定为 150 、3 h, 试验中所用木粉 均在此条件下 获得。
( 3) 挤出速度较慢: 需要特殊模具并改造 牵引机。木塑产品可以勿需经过水冷定型, 只需空气冷却, 却需要特殊的挤出模具和成 型模具来配套。
( 4) 物料压力大: 改善配方体系, 加大挤 出机挤出量; 高份数或超高份数的木粉体系, 挤出时挤出机内压力非常大以及存在少量水 分和挥发性物质, 故需改善润滑体系, 增加排 气, 加大挤出机功率。
M acro mol Sy mp, 1998, 129: 151~ 161 9 A cierno D and dimaio L . Journal of Polymer Engi
neer ing , 1995, 14( 2, 3) : 127~ 139
Research of Recycled Polypropylene Filled and Modified with Wood Flour
理后的失重有时会达到 30 % 左右。本试验
未经烘干处理或烘干处理不到位( 如
使用的烘干处理前的木粉全部为表干木粉。 120 、30 m in 的处理方式) 的木粉填充改性
2 5. 2 木粉的表面处理对挤出的影响
PP 回收料, 由于木粉中残留的水分及木粉中
表 5 木粉的表面处理对挤出的影响
处理介质
活性剂 A
表 3 木粉填充量对挤出成型的影响
30 份
下料 挤 出 顺 利; 熔 体 粘 度 高; 材料韧性好。
50 份
下料挤出顺利; 熔体粘 度较 高; 材料韧性较好
100 份
下料挤出顺利; 熔 体粘度较 低; 材料 韧性 较差, 冒 烟并 有气味
120 份
下料 挤 出 顺 利; 熔 体 粘 度 低; 材 料韧 性差, 有 刺激 性 气味
4. 00 烟气较 大, 低温挤 出
时情况好转
150 、3 h 5. 65 略有气味, 有木香味
210 、3 h
6. 12 无气味, 有正常木 香
味
另外, 由于木粉的来源不一样, 烘干处理
木粉的表面处理对挤出的影响见表 5。
木粉后失重比例会不一样, 潮湿的木粉经处 2 6 木粉的预处理对力学性能的影响
关键词: 回收聚丙烯再生料 木粉 挤出 预处理
0 前言
用木 粉或植物纤维 来填充的塑 料再生 料, 经专用机器挤出、压制或注塑成可用来替 代某些场合木材制品的木塑制品尤为实用, 可节约大量森林资源、保护生态环境, 该成果 是近年来国外发展较快且经济效益显著的实 用型新技术。它可广泛用于包装、建筑等行 业, 可制成板材、型材、片材、管材, 并具有木 材的加工优点。实验室及工业化试验显示, 聚烯烃及 PVC 等均可由木粉高比例填充改 性研制生产木塑 材料。以 下仅就木 粉填充 PP 再生材料的研究情况做一介绍。
Zhang Guoli, Yuan Zhiw ei, Liu Yuchun and Chen Zhida
( Beijing Research Institute of Chem ical Industry, China Petrochem ical Corporat ion, Beijing 100013)
邦; 冲击实验机, XCJ 50, 承德试验机厂; 热变形试验机, 日本 148 HDR S。
2 结果与讨论
2 1 木粉种类对挤出的影响 本实验所用木粉有三种: 长径比为 1~ 2
的木粉( 100 目以上) , 称为粒状木粉; 长径比 为 10 以上的木粉, 称为纤维状木粉; 20~ 80 目的锯末, 称为锯末。三种木粉对 P P 再生 料挤出的影响如表 1。 2 2 木粉种类对力学性能的影响
压片取样测试所得。以上数据是以 50 份木粉改性 PP 体系为基础所得。
F2 156. 8 152. 7 130. 2 、5 min 开炼后,
经双辊开炼后 PP 改性体系中木粉的分 要一提的是纤维 状木粉改性体系经过双辊
布应该更加均匀, 更有利于材料的力学性能 后数据的变化并不大, 这是和纤维状木粉的
用活性介质处理木粉的表面后, 填充改 性 PP 再生料对材 料性能没有影响, 只对挤 出及下料有影响。
3 实验应用的可能性
利用木粉填充改性聚丙烯再生料加工木 塑制品的推广关键要改善或解决以下几点, 实际上国外商品化木塑制品的成功开发也是 如此。
( 1) 下料不均匀: 高填充的 木粉( 100 份 以上) 对挤出下料有较大影响, 因此需要调节
改性体系
挤出情况
粒状木粉改性 PP 再生料
挤出时下料不均或不下料, 采取强制下料后, 情况好转
纤维状木粉改性 PP 再生料
比粒状木粉体系更差
锯末改性 PP 再生料
用木粉填充改性 PP 料, 下料挤出及物料均匀情况最好
注: 以上木粉均在 150 烘干处理 3 h; 物料挤出温度要比 PE 体系高 30~ 50 。
的改善, 故大多数的数据有所提高, 提高率为 较长的结构本身就在物料体系中交错分布相
3 % ~ 25 % 。这样在实际 生产中经木粉改 对均匀的特性相一致。
性后的再生料体系中木粉是否均匀分布将最 2 3 木粉填充量对挤出成型的影响
终对木塑制品的力学性能有较大的影响。需
木粉用量对挤出成型的影响见表 3。
Baidu Nhomakorabea
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配方体系, 一方面使物料均匀, 另一方面适当 增加体系挤出时的熔体粘度, 从而使制品更 密实, 木粉和树脂相容性更好。
( 2) 挤出成型较差: 针对高填充的木粉 ( 100 份以上) 挤出成型较差的 特性, 应开发 专用设备如特殊螺杆、机筒等来满足生产的 需要; 国内外已有公司进行木塑产品专用设 备的研制, 预计 2001 年将有产品上市。
参考文献
1 罗世华. 塑料, 1995, 24( 3) : 7~ 13 2 李思良, 曾湘云, 刘易凡. 塑料加工, 1999, 27( 1) :
36~ 37 3 李 华. 塑料技术, 1990, ( 1) : 41~ 44 4 管立启. 塑料, 1992, 21( 6) : 37~ 40 5 姜 南, 薛 平, 等. 塑料工业, 1998, 26( 1) : 11~
2 4 木粉填充量对 P P 力学性能的影响 木粉填充量对 PP 力学性能的影 响, 结
果如图 1~ 4 所示。 由图 1~ 图 4 不难看 出, 随着木粉填充
量的增加, PP 再生料的弯曲强度、弯曲模量 及热变形温度也随着增加。说明随着木粉的 增加, 材料的刚度和耐热性都有所增加, 但是 增加的幅度并不大; 同时材料的韧性降低了, 表现为冲击强度随着木粉用量的增加而降低 了, 但降低的幅度都不大。这样实际生产木 塑制品中可考虑在满足性能需要的前提下,
三种木粉填充改性 PP 再生料的力学性 能如表 2。
相同份数木粉改 性 P P 再生 料, 纤维状 木粉改性后的材料力学性能好于粒状木粒改 性 PP 再生料, 这样纤维状木 粉除了起填充 作用外, 还起到部分增强的作用。锯末则完 全作为填充剂。
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表 1 木粉种 类对 PP 再 生料挤出的影响