CN108948777B - 一种环保高强度材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环保高强度材料的制备方法，包括如下步骤：（1）改性纤维制备、（2）原料称取备用、（3）混合炼制处理、（4）成品制备。本发明提供了一种新型材料的制备方法，整体工艺简单，各步骤搭配合理，易于复制制造，最终制得的材料具有很好的强度、耐磨、止滑特性，并且易于降解，绿色环保，极具市场竞争力和推广应用价值。

Description

一种环保高强度材料的制备方法
技术领域
本发明属于材料加工处理技术领域，具体涉及一种环保高强度材料的制备方法。
背景技术
塑料是现代玩具制造中的必须原料，消耗量巨大。传统塑料因其质轻价廉、耐油防水等优点，占据了日常玩具塑料消费的主要市场份额。然而，废弃的塑料材料在自然条件下不可降解，造成了严重的环境污染，此外，传统塑料材料以不可再生的石化资源为原料，而石化资源的大量消耗又造成了全球能源危机。因此，为解决环境污染及资源短缺的严重问题，研究开发可降解的新材料成为 20 世纪 70 年代以来的重要课题。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种环保高强度材料的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种环保高强度材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）改性纤维制备：
1）先将玉米纤维放入到清水中浸泡处理5~10min后取出备用；
2）将操作1）处理后的玉米纤维放入到紫外线辐照仪内辐照处理10~15min，完成后取出备用；
3）将操作2）处理后的玉米纤维浸入到溶液A中，加热保持溶液A的温度为45~50℃，不断搅拌处理35~40min后将玉米纤维取出备用；所述的溶液A由如下重量份的物质组成：8~12份玉米醇溶蛋白、5~7份环糊精、0.5~1份双乙酸钠、0.2~0.4份乙二胺四乙酸二钠、200~240份去离子水；
4）将操作3）处理后的玉米纤维预热至55~60℃，然后浸入到温度为85~90℃的溶液B中，超声震荡处理1~2h后将玉米纤维滤出备用；所述的溶液B由如下重量份的物质组成：3~4份正硅酸乙酯、23~26份去离子水、40~45份无水乙醇、0.15~0.25份氨水、1~2份硬脂酸锌；
5）将操作4）处理后的玉米纤维放入到干燥箱内干燥处理40~50min后取出，得改性纤维备用；
（2）原料称取备用：
按对应重量份称取下列原料备用：8~11份步骤（1）制得的改性纤维、14~18份塑胶原料、0.1~0.2份微晶石蜡；
（3）混合炼制处理：
先将步骤（2）称取的所有原料共同放入到密炼机内密炼处理30~35min后取出，然后再放入到开炼机内开炼处理45~50min后取出，得混合炼制料备用；
（4）成品制备：
将步骤（3）所得的混合炼制料放入到油压机内进行硫化发泡处理，发泡结束后取出，放入到阴凉处自然冷却至室温后即得成品。
进一步的，步骤（1）操作2）中所述的辐照处理时控制紫外线辐照仪内的功率为1200~1400W，紫外线的波长为280~340nm。
进一步的，步骤（1）操作3）中所述的搅拌处理的搅拌转速为700~900转/分钟。
进一步的，步骤（1）操作4）中所述的超声震荡处理时控制超声的频率为480~520kHz。
进一步的，步骤（1）操作5）中所述的干燥处理时控制干燥箱内的温度为80~85℃。
进一步的，步骤（3）中所述的开炼处理时控制开炼机内的温度为118~122℃。
进一步的，步骤（4）中所述的油压机内的温度为172~178℃，控制发泡的时长为30~36min。
塑胶是主要由碳、氧、氢和氮及其他有机或无机元素所构成，成品为固体，在制造过程中是熔融状的液体，因此可以加热使其熔化、加压力使其流动、冷却使其固化，形成各种形状，此庞大而变化多端的材料族群成为塑胶。此材料在现有玩具的制造中已被广泛使用，其扔存在着常见塑料相同的不易降解的问题，同时其强度等特性仍达不到人们日益提升的需求。对此本发明提供了一种新的材料的制备方法，其中使用了塑胶成分，并又添加了一种特制的改性纤维成分，其是以玉米纤维为主体物质改性而成，先对玉米纤维进行了紫外线辐照处理，利用紫外线诱发改变了玉米纤维的表面活性基团种类和含量，提升了其反应活性，利于后续的处理操作，然后用溶液A对玉米纤维进行了浸泡处理，其内的玉米醇溶蛋白和环糊精成分在其余成分及一定温度作用下能够交联复合固定在玉米纤维的表面上，改善了玉米纤维的表面组织结构，以及其与塑胶基体间的相容能力，之后又用溶液B进行了浸泡处理，在浸泡过程中，生成了大量的纳米二氧化硅颗粒，其粒径在38nm左右，在超声波的作用下均匀分散，直接生成固定在了玉米纤维的表面上，两者间稳定结合，提升了玉米纤维的强度、耐磨性等，同时在浸泡时受高温作用，玉米纤维的柔韧性也得到增强。最后制得的改性纤维与塑胶原料融合制成了一种高品质的新型材料。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明提供了一种新型材料的制备方法，整体工艺简单，各步骤搭配合理，易于复制制造，最终制得的材料具有很好的强度、耐磨、止滑特性，并且易于降解，绿色环保，极具市场竞争力和推广应用价值。
具体实施方式
实施例1
一种环保高强度材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）改性纤维制备：
1）先将玉米纤维放入到清水中浸泡处理5min后取出备用；
2）将操作1）处理后的玉米纤维放入到紫外线辐照仪内辐照处理10min，完成后取出备用；
3）将操作2）处理后的玉米纤维浸入到溶液A中，加热保持溶液A的温度为45℃，不断搅拌处理35min后将玉米纤维取出备用；所述的溶液A由如下重量份的物质组成：8份玉米醇溶蛋白、5份环糊精、0.5份双乙酸钠、0.2份乙二胺四乙酸二钠、200份去离子水；
4）将操作3）处理后的玉米纤维预热至55℃，然后浸入到温度为85℃的溶液B中，超声震荡处理1h后将玉米纤维滤出备用；所述的溶液B由如下重量份的物质组成：3份正硅酸乙酯、23份去离子水、40份无水乙醇、0.15份氨水、1份硬脂酸锌；
5）将操作4）处理后的玉米纤维放入到干燥箱内干燥处理40min后取出，得改性纤维备用；
（2）原料称取备用：
按对应重量份称取下列原料备用：8份步骤（1）制得的改性纤维、14份塑胶原料、0.1份微晶石蜡；
（3）混合炼制处理：
先将步骤（2）称取的所有原料共同放入到密炼机内密炼处理30min后取出，然后再放入到开炼机内开炼处理45min后取出，得混合炼制料备用；
（4）成品制备：
将步骤（3）所得的混合炼制料放入到油压机内进行硫化发泡处理，发泡结束后取出，放入到阴凉处自然冷却至室温后即得成品。
进一步的，步骤（1）操作2）中所述的辐照处理时控制紫外线辐照仪内的功率为1200W，紫外线的波长为280~340nm。
进一步的，步骤（1）操作3）中所述的搅拌处理的搅拌转速为700转/分钟。
进一步的，步骤（1）操作4）中所述的超声震荡处理时控制超声的频率为480kHz。
进一步的，步骤（1）操作5）中所述的干燥处理时控制干燥箱内的温度为80℃。
进一步的，步骤（3）中所述的开炼处理时控制开炼机内的温度为118℃。
进一步的，步骤（4）中所述的油压机内的温度为172℃，控制发泡的时长为30min。
实施例2
一种环保高强度材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）改性纤维制备：
1）先将玉米纤维放入到清水中浸泡处理8min后取出备用；
2）将操作1）处理后的玉米纤维放入到紫外线辐照仪内辐照处理13min，完成后取出备用；
3）将操作2）处理后的玉米纤维浸入到溶液A中，加热保持溶液A的温度为47℃，不断搅拌处理38min后将玉米纤维取出备用；所述的溶液A由如下重量份的物质组成：10份玉米醇溶蛋白、6份环糊精、0.8份双乙酸钠、0.3份乙二胺四乙酸二钠、220份去离子水；
4）将操作3）处理后的玉米纤维预热至58℃，然后浸入到温度为87℃的溶液B中，超声震荡处理1.5h后将玉米纤维滤出备用；所述的溶液B由如下重量份的物质组成：3.6份正硅酸乙酯、24份去离子水、43份无水乙醇、0.2份氨水、1.5份硬脂酸锌；
5）将操作4）处理后的玉米纤维放入到干燥箱内干燥处理45min后取出，得改性纤维备用；
（2）原料称取备用：
按对应重量份称取下列原料备用：10份步骤（1）制得的改性纤维、16份塑胶原料、0.15份微晶石蜡；
（3）混合炼制处理：
先将步骤（2）称取的所有原料共同放入到密炼机内密炼处理33min后取出，然后再放入到开炼机内开炼处理47min后取出，得混合炼制料备用；
（4）成品制备：
将步骤（3）所得的混合炼制料放入到油压机内进行硫化发泡处理，发泡结束后取出，放入到阴凉处自然冷却至室温后即得成品。
进一步的，步骤（1）操作2）中所述的辐照处理时控制紫外线辐照仪内的功率为1300W，紫外线的波长为280~340nm。
进一步的，步骤（1）操作3）中所述的搅拌处理的搅拌转速为800转/分钟。
进一步的，步骤（1）操作4）中所述的超声震荡处理时控制超声的频率为500kHz。
进一步的，步骤（1）操作5）中所述的干燥处理时控制干燥箱内的温度为83℃。
进一步的，步骤（3）中所述的开炼处理时控制开炼机内的温度为120℃。
进一步的，步骤（4）中所述的油压机内的温度为176℃，控制发泡的时长为33min。
实施例3
一种环保高强度材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）改性纤维制备：
1）先将玉米纤维放入到清水中浸泡处理10min后取出备用；
2）将操作1）处理后的玉米纤维放入到紫外线辐照仪内辐照处理15min，完成后取出备用；
3）将操作2）处理后的玉米纤维浸入到溶液A中，加热保持溶液A的温度为50℃，不断搅拌处理40min后将玉米纤维取出备用；所述的溶液A由如下重量份的物质组成：12份玉米醇溶蛋白、7份环糊精、1份双乙酸钠、0.4份乙二胺四乙酸二钠、240份去离子水；
4）将操作3）处理后的玉米纤维预热至60℃，然后浸入到温度为90℃的溶液B中，超声震荡处理2h后将玉米纤维滤出备用；所述的溶液B由如下重量份的物质组成：4份正硅酸乙酯、26份去离子水、45份无水乙醇、0.25份氨水、2份硬脂酸锌；
5）将操作4）处理后的玉米纤维放入到干燥箱内干燥处理50min后取出，得改性纤维备用；
（2）原料称取备用：
按对应重量份称取下列原料备用：11份步骤（1）制得的改性纤维、18份塑胶原料、0.2份微晶石蜡；
（3）混合炼制处理：
先将步骤（2）称取的所有原料共同放入到密炼机内密炼处理35min后取出，然后再放入到开炼机内开炼处理50min后取出，得混合炼制料备用；
（4）成品制备：
将步骤（3）所得的混合炼制料放入到油压机内进行硫化发泡处理，发泡结束后取出，放入到阴凉处自然冷却至室温后即得成品。
进一步的，步骤（1）操作2）中所述的辐照处理时控制紫外线辐照仪内的功率为1400W，紫外线的波长为280~340nm。
进一步的，步骤（1）操作3）中所述的搅拌处理的搅拌转速为900转/分钟。
进一步的，步骤（1）操作4）中所述的超声震荡处理时控制超声的频率为520kHz。
进一步的，步骤（1）操作5）中所述的干燥处理时控制干燥箱内的温度为85℃。
进一步的，步骤（3）中所述的开炼处理时控制开炼机内的温度为122℃。
进一步的，步骤（4）中所述的油压机内的温度为178℃，控制发泡的时长为36min。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例2相比，省去了步骤（1）改性纤维制备中的操作3）处理，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例2相比，省去了步骤（1）改性纤维制备中的操作4）处理，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例3
本对比实施例3与实施例2相比，在步骤（2）原料称取备用中，用等质量份的玉米纤维取代步骤（1）制得的改性纤维成分，除此外的方法步骤均相同。
为了对比本发明效果，对上述实施例2、对比实施例1、对比实施例2、对比实施例3对应制得的材料进行性能测试，具体对比数据如下表1所示：
表1
干式动态摩擦系数 湿式动态摩擦系数 拉伸强度（MPa） 弯曲强度（MPa）
实施例2 0.83 0.94 72.5 145.3
对比实施例1 0.79 0.92 61.7 119.0
对比实施例2 0.75 0.89 57.2 106.8
对比实施例3 0.73 0.88 54.6 102.1
由上表1可以看出，本发明方法制得的材料的综合品质得到了明显的改善，环保性好，使用价值高，极具市场竞争力和生产效益。

Claims (7)

1.一种环保高强度材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）改性纤维制备：
1）先将玉米纤维放入到清水中浸泡处理5~10min后取出备用；
2）将操作1）处理后的玉米纤维放入到紫外线辐照仪内辐照处理10~15min，完成后取出备用；
3）将操作2）处理后的玉米纤维浸入到溶液A中，加热保持溶液A的温度为45~50℃，不断搅拌处理35~40min后将玉米纤维取出备用；所述的溶液A由如下重量份的物质组成：8~12份玉米醇溶蛋白、5~7份环糊精、0.5~1份双乙酸钠、0.2~0.4份乙二胺四乙酸二钠、200~240份去离子水；
4）将操作3）处理后的玉米纤维预热至55~60℃，然后浸入到温度为85~90℃的溶液B中，超声震荡处理1~2h后将玉米纤维滤出备用；所述的溶液B由如下重量份的物质组成：3~4份正硅酸乙酯、23~26份去离子水、40~45份无水乙醇、0.15~0.25份氨水、1~2份硬脂酸锌；
5）将操作4）处理后的玉米纤维放入到干燥箱内干燥处理40~50min后取出，得改性纤维备用；
（2）原料称取备用：
按对应重量份称取下列原料备用：8~11份步骤（1）制得的改性纤维、14~18份塑胶原料、0.1~0.2份微晶石蜡；
（3）混合炼制处理：
先将步骤（2）称取的所有原料共同放入到密炼机内密炼处理30~35min后取出，然后再放入到开炼机内开炼处理45~50min后取出，得混合炼制料备用；
（4）成品制备：
将步骤（3）所得的混合炼制料放入到油压机内进行硫化发泡处理，发泡结束后取出，放入到阴凉处自然冷却至室温后即得成品。
2.根据权利要求1所述的一种环保高强度材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）操作2）中所述的辐照处理时控制紫外线辐照仪内的功率为1200~1400W，紫外线的波长为280~340nm。
3.根据权利要求1所述的一种环保高强度材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）操作3）中所述的搅拌处理的搅拌转速为700~900转/分钟。
4.根据权利要求1所述的一种环保高强度材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）操作4）中所述的超声震荡处理时控制超声的频率为480~520kHz。
5.根据权利要求1所述的一种环保高强度材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）操作5）中所述的干燥处理时控制干燥箱内的温度为80~85℃。
6.根据权利要求1所述的一种环保高强度材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的开炼处理时控制开炼机内的温度为118~122℃。
7.根据权利要求1所述的一种环保高强度材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述的油压机内的温度为172~178℃，控制发泡的时长为30~36min。
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