摘 要:本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种红麻粉改性塑料材料及其制备方法和应用。本发明红麻粉改性塑料材料包括以下重量份的原料：聚丙烯60 70份、红麻粉10 20份、改性纤维素纤维4 6份、相容剂5 8份、分散剂1 2份、抗氧剂0.3 0.5份、抗紫外线剂0.1 0.3份、增韧剂5 7份、润滑剂1 3份。本发明提供的一种红麻粉改性塑料材料，以聚丙烯作为主要基体原料，与红麻粉、改性纤维素纤维、润滑剂等组合使用，制备得到的红麻粉改性塑料材料具有较高的力学性能、优良的阻燃性能，符合各种工业产品的使用要求。
权利要求书
1.一种红麻粉改性塑料材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：聚丙烯60 70份、红麻粉10 20份、改性纤维素纤维4 6份、相容剂5 8份、分散剂1 2份、抗氧剂0.3 0.5份、抗紫外线剂0.1 0.3份、增韧剂5 7份、润滑剂1 3份；
所述改性纤维素纤维的制备过程如下：
（1）取纤维素纤维加入含有表面活性剂的水中，再加入硅烷偶联剂，加热反应，过滤后水洗、干燥得到硅烷偶联剂修饰的纤维素纤维；
（2）将步骤（1）硅烷偶联剂修饰的纤维素纤维加入含有聚乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯的溶剂中，再加入引发剂，加热反应，过滤、洗涤、干燥，即得。
2.根据权利要求1所述的红麻粉改性塑料材料，其特征在于，步骤（1）中，所述纤维素纤维、表面活性剂和硅烷偶联剂的质量比为1：0.5 1.2：（0.1 0.3），所述表面活性剂在水中的质量分数为0.5 1%；所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠，所述硅烷偶联剂为γ 甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
3.根据权利要求1所述的红麻粉改性塑料材料，其特征在于，步骤（1）中，所述加热反应的温度为50 60℃，时间为3 5h。
4.根据权利要求1所述的红麻粉改性塑料材料，其特征在于，步骤（2）中，所述硅烷偶联剂修饰的纤维素纤维、聚乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯和引发剂的质量比为100:(10 15):(0.5 1.2)；所述引发剂为偶氮二异丁腈，所述聚乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯在溶剂中的质量分数为1.5 3%；所述溶剂为DMF。
5.根据权利要求1所述的红麻粉改性塑料材料，其特征在于，步骤（2）中，所述加热反应的温度为60 70℃，时间为3 5h。
6.根据权利要求1所述的红麻粉改性塑料材料，其特征在于，所述润滑剂的制备过程如下：将硬脂酸钙加入至硅溶胶中，加热搅拌，得到润滑剂。
7.根据权利要求6所述的红麻粉改性塑料材料，其特征在于，所述硬脂酸钙、硅溶胶的质量比为1:(0.4 0.6)；所述加热搅拌的温度为50 60℃，时间为2 3h。
8.根据权利要求1所述的红麻粉改性塑料材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，所述分散剂为乙撑双硬脂酸酰胺，所述抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂168，所述抗紫外线剂为UV 531，所述增韧剂为POE。
9.根据权利要求1 8任一项所述的红麻粉改性塑料材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.按照上述重量份称取各原料，搅拌混匀，干燥得到混合物；将混合物经双螺杆挤出机熔融挤出造粒，得到粒料；
S2.将粒料加入模具中，于150℃~180℃、5~10MPa下热压30 50min，待成型后脱模；即得。10.权利要求1 8任一项所述的红麻粉改性塑料材料在制备汽车配饰、替塑颗粒或生物燃料中的应用。
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种红麻粉改性塑料材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚丙烯（PP）是由丙烯单体聚合而成的一种热塑性合成树脂，是目前存在的最轻的聚合物，具有良好的透明度、耐热性、吸水性、价格低等优势，在电子电器、汽车工业、家用电器等领域具有广泛的应用，在目前具有极大的消费量。但是，聚丙烯也存在一定的缺陷，比如抗冲击性能较差、易燃的缺点，这些缺点限制了聚丙烯材料在一些领域的应用。
近年来，随着人们的环保意识的逐渐提高，利用植物纤维作为增强材料开发高性能、可降解的塑料材料已成为当今重点研究的热点之一。高端替塑原料应需要大量使用玉米淀粉和红薯淀粉成本极高，使用不安全，分解，降解效果低。使用红麻木粉制成的替塑原料具有透明度高、硬度好，耐热，抗菌，使用安全的特点。将红麻粉引入塑料基体，不仅能降低对石油基原料的依赖，还能够解决白色垃圾处理问题，提升复合材料的生态友好性。但是，目前存在的聚丙烯塑料材料的悬臂梁缺口冲击、弯曲模量、弯曲强度、阻燃性等综合性能仍然有待提升。
基于此，开发兼具高性能、高阻燃性的可降解塑料复合材料具有重要意义。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的第一目的在于提供一种红麻粉改性塑料材料。
本发明的第二目的在于提供一种红麻粉改性塑料材料的制备方法。
本发明的第三目的在于提供一种红麻粉改性塑料材料的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种红麻粉改性塑料材料，包括以下重量份的原料：聚丙烯60 70份、红麻粉10 20份、改性纤维素纤维4 6份、相容剂5 8份、分散剂1 2份、抗氧剂0.3 0.5份、抗紫外线剂0.1 0.3份、增韧剂5 7份、润滑剂1 3份；
所述改性纤维素纤维的制备过程如下：
（1）取纤维素纤维加入含有表面活性剂的水中，再加入硅烷偶联剂，加热反应，过滤后水洗、干燥得到硅烷偶联剂修饰的纤维素纤维；
（2）将步骤（1）硅烷偶联剂修饰的纤维素纤维加入含有聚乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯的溶剂中，再加入引发剂，加热反应，过滤、洗涤、干燥，即得。
进一步地，步骤（1）中，所述纤维素纤维、表面活性剂和硅烷偶联剂的质量比为1：0.5 1.2：（0.1 0.3），所述表面活性剂在水中的质量分数为0.5 1%；所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠，所述硅烷偶联剂为γ 甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
进一步地，步骤（1）中，所述加热反应的温度为50 60℃，时间为3 5h。
进一步地，步骤（2）中，所述硅烷偶联剂修饰的纤维素纤维、聚乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯和引发剂的质量比为100：（10 15）：（0.5 1.2）；所述引发剂为偶氮二异丁腈，所述聚乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯在溶剂中的质量分数为1.5 3%；所述溶剂为DMF。
进一步地，步骤（2）中，所述加热反应的温度为60 70℃，时间为3 5h。
进一步地，所述润滑剂的制备过程如下：将硬脂酸钙加入至硅溶胶中，加热搅拌，得到润滑剂。
进一步地，所述硬脂酸钙、硅溶胶的质量比为1：（0.4 0.6）；所述加热搅拌的温度为50 60℃，时间为2 3h。
进一步地，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，所述分散剂为乙撑双硬脂酸酰胺，所述抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂168，所述抗紫外线剂为UV 531，所述增韧剂为POE。
本发明红麻粉改性塑料材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.按照上述重量份称取各原料，搅拌混匀，干燥得到混合物；将混合物经双螺杆挤出机熔融挤出造粒，得到粒料；
S2.将粒料加入模具中，于150℃~180℃、5~10MPa下热压30 50min，待成型后脱模；即得。
本发明红麻粉改性塑料材料在制备汽车配饰、替塑颗粒或生物燃料中的应用。
本发明相对于现有技术具有如下效果：
本发明提供的一种红麻粉改性塑料材料，以聚丙烯作为主要基体原料，与红麻粉、改性纤维素纤维、润滑剂等组合使用，制备得到的红麻粉改性塑料材料具有较高的力学性能、优良的阻燃性能，符合各种塑料产品的使用要求。
并且，本发明引入的改性纤维素纤维，是先用硅烷偶联剂修饰纤维素纤维，在其表面引入双键，然后在引发剂的作用下，硅烷偶联剂的双键和聚乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯反应，在纤维素纤维表面实现聚乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯的包覆，一方面可以改善纤维素纤维在塑料基体中的相容性，可以更好的分散在塑料材料中，提高塑料材料的弯曲模量；另一方面，磷元素在受热时分解生成磷酸、聚磷酸等强脱水剂，催化聚合物脱水成碳，形成致密炭层，可隔绝氧气和热量，抑制可燃气体释放，显著降低燃烧速率，具有良好的阻燃效果。
同时，本发明引入改性后的硬脂酸钙作为润滑剂，硬脂酸钙经二氧化过硅包覆后，一方面可以改善塑料熔体的流动性提高其润滑性；另一方面可以提高塑料材料的致密性，改善其力学性能。
本发明提供的一种红麻粉改性塑料材料的制备方法，该制备工艺操作简单，适用于大规模工业化生产，有利于拓展该塑料材料在制备汽车配饰、替塑颗粒、生物燃料中的应用。
附图说明
图1为本发明实施例1所得改性纤维素纤维的电镜图。
图1
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。下列实施例中未注明具体实验条件的试验方法，通常按照常规实验条件或按照制造厂所建议的实验条件。除非特别说明，本发明所用试剂和原材料均可通过市售获得。
本发明所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，马来酸酐接枝率为1%；所述分散剂为乙撑双硬脂酸酰胺（EBS），所述抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂168；所述抗紫外线剂为UV 531，所述增韧剂为POE。
本发明纤维素纤维的直径为5 50µm，纤维长度为1 3mm。
红麻粉制备过程如下：将成熟红麻的麻皮和麻杆剪成3cm左右的小段，置于烘箱中，100℃烘烤4h，然后把麻皮和麻杆分别用粉碎机进行粉碎，过100目筛，然后混合均匀，即得红麻粉。
实施例1
一种红麻粉改性塑料材料，包括以下重量份的原料：
聚丙烯67.5份、红麻粉10份、改性纤维素纤维5.5份、相容剂（马来酸酐接枝聚丙烯）7份、分散剂（EBS）2份、抗氧剂（抗氧剂1010）0.3份、抗紫外线剂（UV 531）0.2份、增韧剂（POE）6份、润滑剂1.5份；
改性纤维素纤维的制备过程如下：
（1）取纤维素纤维加入含有十二烷基硫酸钠的水中，再加入γ 甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，所述纤维素纤维、十二烷基硫酸钠和γ 甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的质量比为1：1：0.2，所述十二烷基硫酸钠在水中的质量分数为0.8%；置于55℃反应4h，过滤后水洗、干燥得到硅烷偶联剂修饰的纤维素纤维；
（2）将步骤（1）硅烷偶联剂修饰的纤维素纤维加入含有聚乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯的N,N 二甲基甲酰胺（DMF）中，再加入偶氮二异丁腈，所述硅烷偶联剂修饰的纤维素纤维、聚乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯和引发剂的质量比为100：12：1；所述聚乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯在DMF中的质量分数为2%；65℃反应4h，反应完成后过滤、洗涤、干燥，得到改性纤维素纤维。
所述润滑剂的制备过程如下：将硬脂酸钙加入至硅溶胶中，所述硬脂酸钙、硅溶胶的质量比为1：0.5，55℃加热搅拌2.5h，置于60℃烘干，再球磨至2000目，得到润滑剂。
本发明还提供上述红麻粉改性塑料材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.按照上述重量份称取各原料，搅拌混匀，干燥得到混合物；将混合物经双螺杆挤出机熔融挤出造粒，得到粒料；
S2.将粒料加入模具中，于160℃、7MPa下热压40min，待成型后脱模；即得。
实施例2
一种红麻粉改性塑料材料，包括以下重量份的原料：
聚丙烯60份、红麻粉15份、改性纤维素纤维5份、相容剂（马来酸酐接枝聚丙烯）8份、分散剂（EBS）2份、抗氧剂（抗氧剂168）0.4份、抗紫外线剂（UV 531）0.2份、增韧剂（POE）7份、润滑剂2.4份；
改性纤维素纤维的制备过程如下：
（1）取纤维素纤维加入含有十二烷基硫酸钠的水中，再加入γ 甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，所述纤维素纤维、十二烷基硫酸钠和γ 甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的质量比为1：1：0.2，所述十二烷基硫酸钠在水中的质量分数为0.75%；置于55℃反应4h，过滤后水洗、干燥得到硅烷偶联剂修饰的纤维素纤维；
（2）将步骤（1）硅烷偶联剂修饰的纤维素纤维加入含有聚乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯的DMF中，再加入偶氮二异丁腈，所述硅烷偶联剂修饰的纤维素纤维、聚乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯和引发剂的质量比为100：14：1；所述聚乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯在DMF中的质量分数为2.5%；65℃反应4h，反应完成后过滤、洗涤、干燥，得到改性纤维素纤维。
所述润滑剂的制备过程如下：
将硬脂酸钙加入至硅溶胶中，所述硬脂酸钙、硅溶胶的质量比为1：0.5，50℃加热搅拌2.5h，置于60℃烘干，再球磨至2000目，得到润滑剂。
本发明还提供上述红麻粉改性塑料材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.按照上述重量份称取各原料，搅拌混匀，干燥得到混合物；将混合物经双螺杆挤出机熔融挤出造粒，得到粒料；
S2.将粒料加入模具中，于170℃、9MPa下热压40min，待成型后脱模；即得。
实施例3
一种红麻粉改性塑料材料，包括以下重量份的原料：
聚丙烯62份、红麻粉20份、改性纤维素纤维4份、相容剂（马来酸酐接枝聚丙烯）5份、分散剂（EBS）1.2份、抗氧剂（抗氧剂1010）0.5份、抗紫外线剂（UV 531）0.3份、增韧剂（POE）5份、润滑剂2份；
改性纤维素纤维的制备过程如下：
（1）取纤维素纤维加入含有十二烷基硫酸钠的水中，再加入γ 甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，所述纤维素纤维、十二烷基硫酸钠和γ 甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的质量比为1：1.2：0.3，所述十二烷基硫酸钠在水中的质量分数为1%；置于60℃反应3h，过滤后水洗、干燥得到硅烷偶联剂修饰的纤维素纤维；
（2）将步骤（1）硅烷偶联剂修饰的纤维素纤维加入含有聚乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯的DMF中，再加入偶氮二异丁腈，所述硅烷偶联剂修饰的纤维素纤维、聚乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯和引发剂的质量比为100：15：1.2；所述聚乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯在DMF中的质量分数为3%；70℃反应3h，反应完成后过滤、洗涤、干燥，得到改性纤维素纤维。
所述润滑剂的制备过程如下：将硬脂酸钙加入至硅溶胶中，所述硬脂酸钙、硅溶胶的质量比为1：0.6，60℃加热搅拌3h，置于60℃烘干，再球磨至2000目，得到润滑剂。
本发明还提供上述红麻粉改性塑料材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.按照上述重量份称取各原料，搅拌混匀，干燥得到混合物；将混合物经双螺杆挤出机熔融挤出造粒，得到粒料；
S2.将粒料加入模具中，于180℃、5MPa下热压30min，待成型后脱模；即得。
对比例1
本对比例1和实施例1基本相同，区别在于：将改性纤维素纤维替换为纤维素纤维。
对比例2
本对比例2和实施例1基本相同，区别在于：将改性纤维素纤维替换为硅烷偶联剂修饰的纤维素纤维。
对比例3
本对比例3和实施例1基本相同，区别在于：将润滑剂替换为硬脂酸钙。
测试例
为了对本发明实施例1 3和对比例1 3所得塑料材料的性能进行测试，进行如下试验：
（1）拉伸强度和断裂伸长率：ASTMD 638的标准进行测试。
（2）弯曲模量：ASTMD 790的标准进行测试。
（3）弯曲强度：ASTMD 790的标准进行测试。
（4）缺口冲击强度：ASTMD 256的标准进行测试。
（5）极限氧指数（LOI）测试：参照GB/T2406.2 2009的标准进行测试，样品尺寸：130mm×10mm×3m。
上述测试结果见表1。
表1
由表1的数据可知，本发明实施例1 3所得塑料材料的屈服拉伸强度、弯曲模量、弯曲强度、悬臂梁缺口冲击强度等性能均高于对比例1 3，并且具有优异的阻燃性能。
与实施例1相比，本发明对比例1将改性纤维素纤维替换为纤维素纤维，对比例2将改性纤维素纤维替换为硅烷偶联剂修饰的纤维素纤维；对比例3分别将润滑剂替换为硬脂酸钙。所得塑料材料的力学性能均不如实施例1，说明改性纤维素纤维在提升材料的阻燃性能和力学性能方面具有重要作用，润滑剂能进一步地改善材料的力学性能。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
文章摘自国家发明专利，一种红麻粉改性塑料材料及其制备方法和应用，发明人:张煜，张彦杰，潘政明，张蓉，董文涛，宋志成，申请号:202511262431.X，申请日:2025.09.05。
