CN110054838A - 一种纤维素杂化填料增强聚合物复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纤维素杂化填料增强聚合物复合材料及其制备方法，其原料如下：聚合物基体100份；相容剂5份；岗石废弃物/农林废弃物杂化填料1～40份。制备方法，包括：(1)将岗石废弃物和农林废弃物共混，通过加水配制成水分散液；(2)碾磨水分散液，制得微纳米杂化填料分散液；(3)微纳米杂化填料溶液进行抽滤，并烘干，机械粉碎，制得微纳米杂化填料粉体；(4)微纳米杂化填料粉体与聚合物、相容剂按共混，并搅拌；(5)将混合物机挤出造粒，并通过注塑机注射成型制得相应制品。本发明的优点在于：合理有效地实现其高值化利用，避免环境污染问题，有效的解决纤维素在非极性聚合物中易于团聚的问题，赋予聚合物复合材料优异的力学性能。

Description

一种纤维素杂化填料增强聚合物复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚合物复合材料技术领域，特别涉及一种人造岗石碳酸钙废渣/农林废弃物杂化填料增强聚合物复合材料及制备方法。
背景技术
人造岗石是以高分子、无机胶凝剂或两者混合物作为粘合材料，以天然石材碎料、氢氧化铝粉等为主要原材料，加入颜料及其他辅助剂，经搅拌混合、凝结固化等工序加工而成的石材。树脂基人造岗石是以大理石、石灰石等的碎料、粉料为主要原材料，以树脂作为粘合材料制成的人造石。人造岗石加工过程中会产生大量的废渣，废渣的主要成分为碳酸钙和不饱和聚酯，这些废渣难以降解且不能二次加工，处理不当会对环境造成污染。
农林废弃物是指整个农业生产过程中被丢弃的有机类物质，如农作物秸秆、蔗渣、稻壳、树皮等。农林废弃物中含有大量的天然纤维素，是一种重要的生物质资源，我国是农业大国，农林废弃物的不断堆积占据了大量的耕地，农民大多采用焚烧的方式解决问题，长此以往会对环境造成严重的污染。农林废弃物能源转化利用是可再生能源领域的研究热点之一。
农林废弃物，如秸秆、蔗渣等材料中富含纤维素，由于纤维素含有丰富的氢键，易于形成分子内氢键而难以剥离，实现微纳米纤维化，这使得纤维素在用于非极性聚合物的增强时，在非极性聚合物基体中的分散情况不理想，容易彼此相互聚集，造成团聚现象，使得复合材料力学性能得不到提升。因此改善纤维素与聚合物基体之间的界面相互作用对于纤维素增强复合材料的应用具有重要意义。目前大多采用溶剂置换、添加表面活性剂、原位聚合或者对纤维素直接进行表面改性提高纤维素与聚合物基体的界面相互作用，但是改善的效果往往不够理想，并且有机溶剂的使用，不仅会造成环境污染，也增加了成本，难以用于实际生产。因此，开发一种低成本、无毒害、环境友好的纤维素增强聚合物的制备方法具有非常重要的现实意义。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种纤维素杂化填料增强聚合物复合材料及其制备方法，能有效的解决上述现有技术存在的问题。
为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种纤维素杂化填料增强聚合物复合材料，其原料如下：
所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。
聚合物基体 100份；
相容剂 5份；
岗石废弃物/农林废弃物杂化填料 1～40份。
所述岗石废弃物/农林废弃物杂化填料中岗石废弃物与农林废弃物杂化填料的质量比为1:1～2:1。
进一步地，所述岗石废弃物为人造岗石碳酸钙废渣；农林废弃物为秸秆渣或干蔗渣；聚合物基体为聚丙烯等非极性聚合物。
进一步地，岗石废弃物/农林废弃物杂化填料的目数为200～500目。
进一步地，所述聚合物复合材料，其原料为：聚丙烯100份，相容剂5份，岗石废弃物/农林废弃物杂化填料10份，岗石废弃物与农林废弃物杂化填料的质量比为3：2。
本发明还公开了上述填料增强聚合物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将人造岗石碳酸钙废渣粉体与秸秆、蔗渣等农林废弃物按一定比例共混，通过加水配制成质量百分比浓度为0.5％～2％的水分散液；
(2)采用机械碾磨方式多次碾磨步骤(1)中所得的水分散液，实现秸秆、蔗渣等农林废弃物微纳米纤维化，制得微纳米杂化填料分散液；
(3)将步骤(2)中所得的微纳米杂化填料溶液进行抽滤，并在100℃～120℃下烘干2～3小时，并进一步通过高速粉碎机进行机械粉碎，制得微纳米杂化填料粉体；
(4)将步骤(3)中所得的微纳米杂化填料粉体与聚合物、相容剂按一定比例共混，并通过高速搅拌机搅拌10～20min；
(5)将步骤(4)中所得到的混合物通过双螺杆挤出机挤出造粒，并通过注塑机注射成型制得相应制品。
与现有技术相比本发明的优点在于：
(1)本发明采用人造岗石废弃物和农林废弃物，通过将其用于增强聚合物复合材料，合理有效地实现其高值化利用，避免环境污染问题。
(2)本发明采用多级剪切机械碾磨实现秸秆、蔗渣等农林废弃物微纳米纤维化，同时引入碳酸钙废渣辅助纤维素的剥离，利用碳酸钙废渣中的含氧基团与秸秆、蔗渣等天然纤维素上的羟基之间的氢键相互作用制备得到微纳米杂化填料。人造岗石废渣中含有的大量不饱和聚酯，能够增加纤维素与非极性聚合物基材之间的界面相互作用，改善纤维素在聚合物基体中的分散情况，有效的解决纤维素在非极性聚合物中易于团聚的问题，赋予聚合物复合材料优异的力学性能。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下举实施例，对本发明做进一步详细说明。
实施例1：
按质量称取聚丙烯100份，相容剂5份，人造岗石碳酸钙废渣与秸秆、蔗渣等农林废弃物的质量比为3:2，岗石废弃物/农林废弃物杂化填料5份。
首先将人造岗石碳酸钙废渣粉体与秸秆、蔗渣等农林废弃物按照1:2的比例共混，配制质量百分比浓度为5％的水溶液。经过多级剪切机械碾磨，实现秸秆、蔗渣等农林废弃物微纳米纤维化，制得微纳米杂化填料分散液，再将微纳米杂化填料溶液进行抽滤，放置于烘箱中在120℃下烘干3小时，用高速粉碎机粉碎制得微纳米杂化填料粉体，粉体目数为300目，然后将聚丙烯与微纳米杂化填料粉体按比例共混，加入高速搅拌机中搅拌10min，随后通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机螺杆温度设定为：170/180/185/190/190/180℃，螺杆转速为100rpm，然后通过注塑机在190℃条件下注塑制成哑铃型标准拉伸测试样条。
实施例2：
按质量称取聚丙烯100份，相容剂5份，人造岗石碳酸钙废渣与秸秆、蔗渣等农林废弃物的质量比为3:2，岗石废弃物/农林废弃物杂化填料10份。制备过程同实施例1。
实施例3：
按质量称取聚丙烯100份，相容剂5份，人造岗石碳酸钙废渣与秸秆、蔗渣等农林废弃物的质量比为3:2，岗石废弃物/农林废弃物杂化填料20份。制备过程同实施例1。
比较例1：
按质量称取聚丙烯100份，制备过程同实施例1。
表1检验结果
实施例1 实施例2 实施例3 比较例1
拉伸强度(MPa) 35.8 41.6 39.3 31.4
断裂伸长率(％) 48 32 18 76
杨氏模量(MPa) 1067.8 1176.8 1668.6 1270.2
冲击强度(kJ/m<sup>2</sup>) 10.8 11.4 14.8 9.3
从表1可以看出，本发明制备的一种人造岗石碳酸钙废渣/农林废弃物杂化填料增强聚合物复合材料具有更优异的力学性能。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种纤维素杂化填料增强聚合物复合材料，其特征在于：所述聚合物复合材料的原料如下：
所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数；
聚合物基体 100份；
相容剂 5份；
岗石废弃物/农林废弃物杂化填料 1～40份；
所述岗石废弃物/农林废弃物杂化填料中岗石废弃物与农林废弃物杂化填料的质量比为1:1～2:1。
2.根据权利要求1所述的一种纤维素杂化填料增强聚合物复合材料，其特征在于：所述岗石废弃物为人造岗石碳酸钙废渣；农林废弃物为秸秆渣或干蔗渣；聚合物基体为聚丙烯等非极性聚合物。
3.根据权利要求2所述的一种纤维素杂化填料增强聚合物复合材料，其特征在于：岗石废弃物/农林废弃物杂化填料的目数为200～500目。
4.根据权利要求1所述的一种纤维素杂化填料增强聚合物复合材料，其特征在于：所述聚合物复合材料，其原料为：聚丙烯100份，相容剂5份，岗石废弃物/农林废弃物杂化填料10份，岗石废弃物与农林废弃物杂化填料的质量比为3：2。
5.根据权利要求1所述的一种纤维素杂化填料增强聚合物复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将人造岗石碳酸钙废渣粉体与秸秆、蔗渣等农林废弃物按一定比例共混，通过加水配制成质量百分比浓度为0.5％～2％的水分散液；
(2)采用机械碾磨方式多次碾磨步骤(1)中所得的水分散液，实现秸秆、蔗渣等农林废弃物微纳米纤维化，制得微纳米杂化填料分散液；
(3)将步骤(2)中所得的微纳米杂化填料溶液进行抽滤，并在100℃～120℃下烘干2～3小时，并进一步通过高速粉碎机进行机械粉碎，制得微纳米杂化填料粉体；
(4)将步骤(3)中所得的微纳米杂化填料粉体与聚合物、相容剂按一定比例共混，并通过高速搅拌机搅拌10～20min；
(5)将步骤(4)中所得到的混合物通过双螺杆挤出机挤出造粒，并通过注塑机注射成型制得相应制品。
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