一種高強度劍麻纖維改性SBS複合材料及其製備方法與流程
2023-07-08 01:32:26 4
本發明涉及一種sbs複合材料改性技術領域，更具體的說，涉及一種高強度劍麻纖維改性sbs複合材料及其製備方法。
背景技術：
劍麻屬龍舌蘭科，是一種廣泛種植的多年生麻類經濟植物，取自其葉片的劍麻纖維具有色澤潔白，耐海水腐蝕，質地堅韌，密度小，拉伸強度和模量高，來源廣泛，價格低廉，因此，劍麻纖維用於製備高強高模價廉的纖維增強聚合物基複合物具有明顯優勢。
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(sbs)是以苯乙烯為單體的嵌段共聚物，兼有塑料和橡膠的特性，具有化學穩定性好，低溫性能優異，價格低廉和加工便利等優勢，是工業中重要的通用塑料之一，但是其衝擊強度不高，易變形，強度不高，以至於其應用受到了限制。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種強度高，具有抗菌功能的sbs複合材料。
為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：一種高強度劍麻纖維改性sbs複合材料，包括以下組分：sbs40～70份，eva樹脂10～20份，馬來酸酐5～10份，改性劍麻纖維10～20份,1,6-己二異氰酸酯3～6份，改性白炭黑3～7份，改性二氧化鈦0.2～0.7份，抗氧化劑0.5～2份，潤滑劑0.5～1份，氧化鋅0.01～0.05份，所述高強度劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)將50～70份sbs、5～10份馬來酸酐與0.01～0.05份氧化鋅，置於高壓反應釜中，抽除釜內空氣，注入二氧化碳，將高壓反應釜置於水浴槽中，打開輻射裝置，在磁力攪拌下升溫至反應溫度，進行反應，獲得接枝sbs；
2)將步驟1)獲得的接枝sbs，改性劍麻纖維10～20份，eva樹脂10～20份，1,6-己二異氰酸酯3～6份，改性白炭黑3～7份，改性二氧化鈦0.2～0.7份，抗氧化劑0.5～2份，潤滑劑0.5～1混合併攪拌均勻，置於密煉機中進行密練，循環水冷卻後經切粒機造粒，烘乾，獲得高強度劍麻纖維改性的sbs複合材料。
優選的是，步驟1)中，釜內的二氧化碳的壓力為20～50mpa，反應的溫度為60～80℃，反應時間為1～2h，所述的輻射裝置的輻射源為鈷-60，輻射劑量為30～60kgy，磁力攪拌的轉速為50～100r/min。
優選的是，所述的改性劍麻纖維的製備方法為：將劍麻纖維機械破碎為0.5～1cm，在0.05～0.1mol/l的硫酸中浸泡5～10h，取出洗滌至中性，置於高壓罐內，進行爆破處理，獲得改性劍麻纖維。
優選的是，爆破處理的罐內溫度為150～200℃，罐內壓強為2～5mpa，保持10～15min，罐內壓力釋放時間為0.01～0.1s。
優選的是，所述的改性白炭黑的製備方法為：將5～10g粒徑為10～30nm的炭黑加入50～100ml的環己烷中，攪拌均勻，加入0.5～1ml甲苯-2,4-二異氰酸酯進行反應,水浴加熱至70～80℃反應20～50min，繼續加入0.1～0.3g的硬脂酸，反應20～30min，洗滌，乾燥獲得改性白炭黑。
優選的是，改性二氧化鈦的製備方法為：將2～5份粒徑為30～50nm的二氧化鈦與5～10份烷基單異氰酸酯混合均勻，水浴加熱至70～80℃，在攪拌條件下進行反應20～50min，乾燥獲得改性二氧化鈦。
優選的是，所述的抗氧化劑為苯基-β-耐胺、三(2,4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯與硬酯醯單寧酸酯，按質量比為(1～2):(1～2):(0.5～1)混合組成。
優選的是，所述的潤滑劑為硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、矽酮母粒中的一種或幾種。
優選的是，密煉機中的密練溫度為180～220℃，螺杆轉速為50～100r/min，時間為60～80min。
本發明的優點：在超臨界二氧化碳中使馬來酸酐在sbs中的具有較好的擴散能力，在催化劑氧化鋅的作用下通過鈷-60輻射使馬來酸酐接枝sbs，接枝成功率高，比傳統的接枝方法提高30％以上；白炭黑經過改性，能均勻的分散在sbs中，解決了其在sbs中團聚的問題，提高了白炭黑的補強性能；劍麻纖維經過硫酸浸泡後再進行蒸氣爆破獲得的改性劍麻纖維，纖維素含量達99.7％以上；二氧化鈦經過改性後分散性好，加入sbs複合材料中，不影響其的力學性能，但使sbs複合材料具有優良的抗菌性能；1,6-己二異氰酸酯能與改性劍麻纖維上的羥基，接枝sbs及eva樹脂上的酯基形成較強的共價鍵，使製備的sbs複合材料具有交聯度高，強度高等特點。通過本發明方法製備的sbs複合材料其拉伸強度比普通sbs複合材料高出30％以上，其扯斷強度比普通sbs複合材料高出24％以上。
具體實施方式
本發明的其它優點、目標和特徵將部分通過下面的說明體現，部分還將通過對本發明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。
下述實施例用於進一步說明但不限於本發明。
實施例1
一種高強度劍麻纖維改性sbs複合材料，包括以下組分：sbs40份，eva樹脂10份，馬來酸酐5份，改性劍麻纖維10份,1,6-己二異氰酸酯3份，改性白炭黑3份，改性二氧化鈦0.2份，抗氧化劑0.5份，潤滑劑0.5份，氧化鋅0.01份所述高強度劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)將50份sbs、5份馬來酸酐與氧化鋅0.01份置於高壓反應釜中，攪拌混合均勻，抽除釜內空氣，注入二氧化碳，將高壓反應釜置於水浴槽中，打開輻射裝置，在磁力攪拌下升溫至反應溫度，進行反應，獲得接枝sbs；
2)將步驟1)獲得的接枝sbs，改性劍麻纖維10份，eva樹脂10份，1,6-己二異氰酸酯3份，改性白炭黑3份，改性二氧化鈦0.2份，抗氧化劑0.5份，潤滑劑0.5份混合併攪拌均勻，置於密煉機中進行密練，循環水冷卻後經切粒機造粒，烘乾，獲得高強度劍麻纖維改性的sbs複合材料。
超臨界二氧化碳作為反應的介質，具有粘度低、擴散係數大、無毒、不然及化學惰性等優點，在超臨界二氧化碳中使馬來酸酐在sbs中的具有較好的擴散能力，在催化劑的作用下通過鈷-60輻射使馬來酸酐接枝sbs，不僅接枝成功率高，比傳統的接枝方法提高30％以上，還不用使用引發劑，減少了雜質的引入及副反應的發生；白炭黑經過改性，能均勻的分散在sbs中，解決了其在sbs中團聚的問題，提高了白炭黑的補強性能；劍麻纖維經過硫酸浸泡後再進行蒸氣爆破獲得的改性劍麻纖維，纖維素含量達99.7％以上；二氧化鈦經過改性後分散性好，加入sbs複合材料中，不影響其的力學性能，但使sbs複合材料具有優良的抗菌性能；1,6-己二異氰酸酯能與改性劍麻纖維上的羥基，接枝sbs及eva樹脂上的酯基形成較強的共價鍵，使製備的sbs複合材料具有交聯度高，強度高等特點。通過本發明方法製備的sbs複合材料其拉伸強度比普通sbs複合材料高出30％以上，其扯斷強度比普通sbs複合材料高出24％以上。
實施例2
一種高強度劍麻纖維改性sbs複合材料，包括以下組分：sbs70份，eva樹脂20份，馬來酸酐10份，改性劍麻纖維20份,1,6-己二異氰酸酯6份，改性白炭黑7份，改性二氧化鈦0.7份，抗氧化劑2份，潤滑劑1份，氧化鋅0.05份，所述高強度劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)將70份sbs，10份馬來酸酐與氧化鋅0.05份置於高壓反應釜中，攪拌混合均勻，抽除釜內空氣，注入二氧化碳，至釜內壓力為20mpa，將高壓反應釜置於水浴槽中，打開輻射源為鈷-60的輻射裝置進行輻射，輻射劑量為30kgy，在轉速為50r/min的磁力攪拌下升溫至60℃，反應1h，反應結束，烘乾獲得接枝sbs；
2)將步驟1)獲得的接枝sbs，改性劍麻纖維20份，eva樹脂20份，1,6-己二異氰酸酯6份，改性白炭黑7份，改性二氧化鈦0.7份，抗氧化劑2份，潤滑劑1份混合併攪拌均勻，置於密煉機中進行密練，循環水冷卻後經切粒機造粒，烘乾，獲得高強度劍麻纖維改性的sbs複合材料。
實施例3
一種高強度劍麻纖維改性sbs複合材料，包括以下組分：sbs70份，eva樹脂20份，馬來酸酐10份，改性劍麻纖維20份,1,6-己二異氰酸酯6份，改性白炭黑7份，改性二氧化鈦0.7份，抗氧化劑2份，潤滑劑1份，氧化鋅0.05份，所述高強度劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)將70份sbs，10份馬來酸酐與0.05份氧化鋅置於高壓反應釜中，攪拌混合均勻，抽除釜內空氣，注入二氧化碳，至釜內壓力為50mpa，將高壓反應釜置於水浴槽中，打開輻射源為鈷-60的輻射裝置進行輻射，輻射劑量為60kgy，在轉速為100r/min的磁力攪拌下升溫至80℃，反應2h，反應結束，烘乾獲得接枝sbs；
2)將步驟1)獲得的接枝sbs，改性劍麻纖維20份，eva樹脂20份，1,6-己二異氰酸酯6份，改性白炭黑7份，改性二氧化鈦0.7份，抗氧化劑2份，潤滑劑1份混合併攪拌均勻，置於密煉機中進行密練，循環水冷卻後經切粒機造粒，烘乾，獲得高強度劍麻纖維改性的sbs複合材料，其中，所述的改性劍麻纖維的製備方法為：將劍麻纖維機械破碎為0.5cm，在0.05mol/l的硫酸中浸泡5h，取出洗滌至中性，置於高壓罐內，進行爆破處理獲得改性劍麻纖維。
實施例4
一種高強度劍麻纖維改性sbs複合材料，包括以下組分：sbs70份，eva樹脂20份，馬來酸酐10份，改性劍麻纖維20份,1,6-己二異氰酸酯6份，改性白炭黑7份，改性二氧化鈦0.7份，抗氧化劑2份，潤滑劑1份，氧化鋅0.04份，所述高強度劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)將70份sbs，10份馬來酸酐與0.04份氧化鋅置於高壓反應釜中，攪拌混合均勻，抽除釜內空氣，注入二氧化碳，至釜內壓力為50mpa，將高壓反應釜置於水浴槽中，打開輻射源為鈷-60的輻射裝置進行輻射，輻射劑量為60kgy，在轉速為100r/min的磁力攪拌下升溫至80℃，反應2h，反應結束，烘乾獲得接枝sbs；
2)將步驟1)獲得的接枝sbs，改性劍麻纖維20份，eva樹脂20份，1,6-己二異氰酸酯6份，改性白炭黑7份，改性二氧化鈦0.7份，抗氧化劑2份，潤滑劑1份混合併攪拌均勻，置於密煉機中進行密練，循環水冷卻後經切粒機造粒，烘乾，獲得高強度劍麻纖維改性的sbs複合材料，其中，所述的改性劍麻纖維的製備方法為：將劍麻纖維機械破碎為1cm，在0.1mol/l的硫酸中浸泡10h，取出洗滌至中性，置於高壓罐內，進行爆破處理，爆破處理的罐內溫度為150℃，罐內壓強為2mpa，保持10min，罐內壓力釋放時間為0.01s，獲得改性劍麻纖維。
實施例5
一種高強度劍麻纖維改性sbs複合材料，包括以下組分：sbs70份，eva樹脂20份，馬來酸酐6份，改性劍麻纖維20份,1,6-己二異氰酸酯6份，改性白炭黑7份，改性二氧化鈦0.7份，抗氧化劑2份，潤滑劑1份，所述高強度劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)將70份sbs、6份馬來酸酐與0.05份氧化鋅置於高壓反應釜中，攪拌混合均勻，抽除釜內空氣，注入二氧化碳，至釜內壓力為50mpa，將高壓反應釜置於水浴槽中，打開輻射源為鈷-60的輻射裝置進行輻射，輻射劑量為60kgy，在轉速為100r/min的磁力攪拌下升溫至80℃，反應2h，反應結束，烘乾獲得接枝sbs；
2)將步驟1)獲得的接枝sbs，改性劍麻纖維20份，eva樹脂20份，1,6-己二異氰酸酯6份，改性白炭黑7份，改性二氧化鈦0.7份，抗氧化劑2份，潤滑劑1份混合併攪拌均勻，置於密煉機中進行密練，循環水冷卻後經切粒機造粒，烘乾，獲得高強度劍麻纖維改性的sbs複合材料，其中，所述的改性劍麻纖維的製備方法為：將劍麻纖維機械破碎為1cm，在0.1mol/l的硫酸中浸泡10h，取出洗滌至中性，置於高壓罐內，進行爆破處理，爆破處理的罐內溫度為200℃，罐內壓強為5mpa，保持15min，罐內壓力釋放時間為0.1s，獲得改性劍麻纖維；所述的改性白炭黑的製備方法為：將5g粒徑為10nm的炭黑加入50ml的環己烷中，攪拌均勻，加入0.5ml甲苯-2,4-二異氰酸酯進行反應,水浴加熱至70℃反應20min，繼續加入0.1g的硬脂酸，反應20min，洗滌，乾燥獲得改性白炭黑。
實施例6
一種高強度劍麻纖維改性sbs複合材料，包括以下組分：sbs70份，eva樹脂20份，馬來酸酐10份，改性劍麻纖維20份,1,6-己二異氰酸酯6份，改性白炭黑7份，改性二氧化鈦0.7份，抗氧化劑2份，潤滑劑1份，氧化鋅0.05份所述高強度劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)將70份sbs、10份馬來酸酐與0.05份置於高壓反應釜中，攪拌混合均勻，抽除釜內空氣，注入二氧化碳，至釜內壓力為50mpa，將高壓反應釜置於水浴槽中，打開輻射源為鈷-60的輻射裝置進行輻射，輻射劑量為60kgy，在轉速為100r/min的磁力攪拌下升溫至80℃，反應2h，反應結束，烘乾獲得接枝sbs；
2)將步驟1)獲得的接枝sbs，改性劍麻纖維20份，eva樹脂20份，1,6-己二異氰酸酯6份，改性白炭黑7份，改性二氧化鈦0.7份，抗氧化劑2份，潤滑劑1混合併攪拌均勻，置於密煉機中進行密練，循環水冷卻後經切粒機造粒，烘乾，獲得高強度劍麻纖維改性的sbs複合材料，其中，所述的改性劍麻纖維的製備方法為：將劍麻纖維機械破碎為1cm，在0.1mol/l的硫酸中浸泡10h，取出洗滌至中性，置於高壓罐內，進行爆破處理，爆破處理的方法為罐內溫度為200℃，罐內壓強為5mpa，保持15min，罐內壓力釋放時間為0.1s，獲得改性劍麻纖維；所述的改性白炭黑的製備方法為：將5g粒徑為10nm的炭黑加入50ml的環己烷中，攪拌均勻，加入0.5ml甲苯-2,4-二異氰酸酯進行反應,水浴加熱至70℃反應20min，繼續加入0.1g的硬脂酸，反應20min，洗滌，乾燥獲得改性白炭黑；所述的改性二氧化鈦的製備方法為：將2份粒徑為30nm的二氧化鈦與5份烷基單異氰酸酯混合均勻，水浴加熱至70℃，在攪拌條件下進行反應20min，乾燥獲得改性二氧化鈦。
二氧化鈦毒性低、安全性高、對皮膚無刺激、廣譜抗菌能力強且具有即效抗菌效果，二氧化鈦經過改性，其在sbs複合材料中的分散性良好，添加改性二氧化鈦後對sbs複合材料的機械性能無影響，抗菌效果顯著。
實施例7
一種高強度劍麻纖維改性sbs複合材料，包括以下組分：sbs70份，eva樹脂20份，馬來酸酐10份，改性劍麻纖維20份,1,6-己二異氰酸酯6份，改性白炭黑7份，改性二氧化鈦0.7份，抗氧化劑2份，潤滑劑1份，氧化鋅0.05份所述高強度劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)將70份sbs、10份馬來酸酐與0.05份氧化鋅置於高壓反應釜中，攪拌混合均勻，抽除釜內空氣，注入二氧化碳，至釜內壓力為50mpa，將高壓反應釜置於水浴槽中，打開輻射源為鈷-60的輻射裝置進行輻射，輻射劑量為60kgy，在轉速為100r/min的磁力攪拌下升溫至80℃，反應2h，反應結束，烘乾獲得接枝sbs；
2)將步驟1)獲得的接枝sbs，改性劍麻纖維20份，eva樹脂20份，1,6-己二異氰酸酯6份，改性白炭黑7份，改性二氧化鈦0.7份，抗氧化劑2份，潤滑劑1份混合併攪拌均勻，置於密煉機中進行密練，循環水冷卻後經切粒機造粒，烘乾，獲得高強度劍麻纖維改性的sbs複合材料，其中，所述的抗氧化劑為苯基-β-耐胺、三(2,4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯與硬酯醯單寧酸酯，按質量比為1:1:0.5混合組成。
通過加入抗氧化劑能能緩解sbs複合材料的自動氧化反應，延長sbs複合材料的使用壽命。
實施例8
一種高強度劍麻纖維改性sbs複合材料，包括以下組分：sbs70份，eva樹脂20份，馬來酸酐10份，改性劍麻纖維20份,1,6-己二異氰酸酯6份，改性白炭黑7份，改性二氧化鈦0.7份，抗氧化劑2份，潤滑劑1份，氧化鋅0.05份，所述高強度劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)將70份sbs，10份馬來酸酐與0.05份氧化鋅置於高壓反應釜中，攪拌混合均勻，抽除釜內空氣，注入二氧化碳，至釜內壓力為50mpa，將高壓反應釜置於水浴槽中，打開輻射源為鈷-60的輻射裝置進行輻射，輻射劑量為60kgy，在轉速為100r/min的磁力攪拌下升溫至80℃，反應2h，反應結束，烘乾獲得接枝sbs；
2)將步驟1)獲得的接枝sbs，改性劍麻纖維20份，eva樹脂20份，1,6-己二異氰酸酯6份，改性白炭黑7份，改性二氧化鈦0.7份，抗氧化劑2份，潤滑劑硬脂酸鋅1份混合併攪拌均勻，置於密煉機中進行密練，循環水冷卻後經切粒機造粒，烘乾，獲得高強度劍麻纖維改性的sbs複合材料，其中，所述的抗氧化劑為苯基-β-耐胺、三(2,4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯與硬酯醯單寧酸酯，按質量比為1:1:0.5混合組成。
實施例9
一種高強度劍麻纖維改性sbs複合材料，包括以下組分：sbs70份，eva樹脂20份，馬來酸酐10份，改性劍麻纖維20份,1,6-己二異氰酸酯6份，改性白炭黑7份，改性二氧化鈦0.7份，抗氧化劑2份，潤滑劑1份，氧化鋅0.05份，所述高強度劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)將70份sbs，10份馬來酸酐與0.05份氧化鋅置於高壓反應釜中，攪拌混合均勻，抽除釜內空氣，注入二氧化碳，至釜內壓力為50mpa，將高壓反應釜置於水浴槽中，打開輻射源為鈷-60的輻射裝置進行輻射，輻射劑量為60kgy，在轉速為100r/min的磁力攪拌下升溫至80℃，反應2h，進行反應，反應結束，烘乾獲得接枝sbs；
2)將步驟1)獲得的接枝sbs，改性劍麻纖維20份，eva樹脂20份，1,6-己二異氰酸酯6份，改性白炭黑7份，改性二氧化鈦0.7份，抗氧化劑2份，潤滑劑硬脂酸鋅1份混合併攪拌均勻，置於密煉機中進行密練，密煉機中的密練溫度為180℃，螺杆轉速為50r/min，密練時間為60min，循環水冷卻後經切粒機造粒，低溫烘乾，獲得高強度劍麻纖維改性的sbs複合材料。
在密煉機中，1,6-己二異氰酸酯與sbs，eva樹脂及改性劍麻纖維反應形成結合能力較強的共價鍵，通過攪拌作用使改性白炭黑、改性二氧化鈦、抗氧化劑及潤滑劑均勻的分布在1,6-己二異氰酸酯與sbs，eva樹脂及改性劍麻纖維反應形成的複合物中，與複合物形成界面結合良好sbs複合材料，提高了sbs複合材料的強度10％以上。
儘管本發明的實施方案已公開如上，但其並不僅僅限於說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用於各種適合本發明的領域，對於熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同範圍所限定的一般概念下，本發明並不限於特定的細節和這裡示出與描述的實施例。