一種改性高強竹塑複合材料的製備方法與流程
2023-07-02 10:53:46 1
本發明涉及一種改性高強竹塑複合材料的製備方法，屬於竹塑複合材料製備技術領域。
背景技術：
我國木材資源比較匱乏，但我國竹材資源豐富，主要分布在長江中下遊以及沿海一帶。竹材與木材兩者材性相近，主要化學成分相似，而且竹材性能優良，資源豐富，已成為木材的最佳替代品。近年來竹材被廣泛應用到製備竹塑複合材料中，竹塑複合材料的製造，不僅可以實現以竹代木，緩解我國木材供需的緊張局面，而且還可以成為回收塑料的一種利用方式。因此開發竹塑複合材料，對提高廢舊材料的利用率，減少環境汙染具有重要意義。
竹塑複合材料以竹纖維、竹粉的形態為增強材料或填料添加到熱塑性塑料中，並通過加熱使竹材與熔融狀態的熱塑性塑料進行複合而成或指將有機單體注入竹材的微細結構中，然後採用輻射法或觸媒法等處理，使有機單體與竹材組分產生接枝共聚或均聚物的一種材料。已被廣泛用於汽車製造、建築裝飾、室內裝潢、包裝運輸等領域。但由於竹粉表面含有大量的極性基團如羥基和酚羥基等，表現出較強的親水性，與熱塑性塑料相容性差，在塑料基質中極易團聚，且物料的熔融流動性較差，分散不均勻，導致複合材料力學性能下降。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題：針對竹粉與熱塑性塑料相容性差，在塑料基質中極易團聚，且物料的熔融流動性較差，分散不均勻，導致複合材料力學性能下降弊端，提供了一種收集羊毛晾乾，與鹽酸混合，過濾乾燥後，再與混合分解液混合，過濾得濾液，透析得濃縮角蛋白溶液，加入竹粉製得的竹粉漿料，攪拌混合乾燥後，與聚乙烯樹脂等混合擠出造粒製得改性高強竹塑複合材料的方法。本發明製備步驟簡單，充分利用羊毛製得的濃縮角蛋白溶液內大量的-COOH、-NH2等親水性基團，使竹粉吸收並讓分子間作用力重新調整，控制分子受力均勻，增強複合纖維強度，有效解決了竹粉與熱塑性塑料相容性差，在塑料基質中極易團聚的問題；物料熔融流動性好，分散均勻，有效提高了複合材料力學性能。
為解決上述技術問題，本發明採用如下所述的技術方案是：
（1）收集羊毛洗淨並晾乾，按質量比1:5，將乾燥羊毛與質量分數15%鹽酸攪拌混合，在室溫下靜置2～3h後，過濾並用去離子水洗滌3～5次，再在55～60℃下乾燥6～8h，製備得酸洗羊毛；
（2）按體積比1:5，將質量分數10%氫氧化鈉溶液和質量分數10%雙氧水溶液攪拌混合，靜置陳化6～8h後，製備得混合分解液，再按質量比1:5，將上述製備的酸洗羊毛與混合分解液攪拌混合，並置於三角燒瓶中，在45～50℃下水浴加熱2～3h，隨後過濾並收集濾液，用分子量8000～10000的透析袋進行透析，收集濃縮角蛋白溶液，備用；
（3）選取竹粉，並置於球磨罐中，在250～300r/min下球磨3～5h，過125～130目篩，收集得球磨竹粉，隨後按質量比1:5，將球磨竹粉與去離子水攪拌混合，在200～300W下超聲分散處理10～15min，得竹粉漿液；
（4）按體積比1:3，將上述竹粉漿液與步驟（2）備用濃縮角蛋白溶液混合，並置於三口燒瓶中，在45～50℃下攪拌混合3～5h，控制攪拌速度為550～600r/min，得角蛋白改性漿料，隨後將其置於45～50℃下，乾燥6～8h，再在350～400r/min下球磨3～5h，製備得角蛋白改性竹粉；
（5）按重量份數計，分別稱量45～50份聚乙烯樹脂、10～15份上述製備的角蛋白改性竹粉、2～3份偶聯劑KH-550和3～5份馬來酸酐置於雙螺杆擠出機中，控制擠出機長徑比為40:1，擠出機頭溫度為150～165℃，螺杆轉速為120r/min，擠出並切割造粒，冷卻至室溫，即可製備得一種改性高強竹塑複合材料。
本發明製得的改性高強竹塑複合材料拉伸強度為26.5～38.2MPa，彎曲強度為40.8～43.2MPa，衝擊強度為7.8～9.6kJ·m2，在-29～25℃下，抗彎應力為22.35～25.65MPa，抗彎載荷為280～302N，抗彎彈性模量為2710～2780MPa。
本發明與其他方法相比，有益技術效果是：
（1）本發明製備步驟簡單，充分利用羊毛製得的濃縮角蛋白溶液，複合竹粉漿液、聚乙烯樹脂等製得竹塑複合材料，針對性強，有效解決了竹粉與熱塑性塑料相容性差，在塑料基質中極易團聚的問題；
（2）物料熔融流動性好，分散均勻，有效提高了複合材料力學性能。
具體實施方式
首先收集羊毛洗淨並晾乾，按質量比1:5，將乾燥羊毛與質量分數15%鹽酸攪拌混合，在室溫下靜置2～3h後，過濾並用去離子水洗滌3～5次，再在55～60℃下乾燥6～8h，製備得酸洗羊毛；然後按體積比1:5，將質量分數10%氫氧化鈉溶液和質量分數10%雙氧水溶液攪拌混合，靜置陳化6～8h後，製備得混合分解液，再按質量比1:5，將上述製備的酸洗羊毛與混合分解液攪拌混合，並置於三角燒瓶中，在45～50℃下水浴加熱2～3h，隨後過濾並收集濾液，用分子量8000～10000的透析袋進行透析，收集濃縮角蛋白溶液，備用；再選取竹粉，並置於球磨罐中，在250～300r/min下球磨3～5h，過125～130目篩，收集得球磨竹粉，隨後按質量比1:5，將球磨竹粉與去離子水攪拌混合，在200～300W下超聲分散處理10～15min，得竹粉漿液；按體積比1:3，將上述竹粉漿液與備用濃縮角蛋白溶液混合，並置於三口燒瓶中，在45～50℃下攪拌混合3～5h，控制攪拌速度為550～600r/min，得角蛋白改性漿料，隨後將其置於45～50℃下，乾燥6～8h，再在350～400r/min下球磨3～5h，製備得角蛋白改性竹粉；最後按重量份數計，分別稱量45～50份聚乙烯樹脂、10～15份上述製備的角蛋白改性竹粉、2～3份偶聯劑KH-550和3～5份馬來酸酐置於雙螺杆擠出機中，控制擠出機長徑比為40:1，擠出機頭溫度為150～165℃，螺杆轉速為120r/min，擠出並切割造粒，冷卻至室溫，即可製備得一種改性高強竹塑複合材料。
實例1
首先收集羊毛洗淨並晾乾，按質量比1:5，將乾燥羊毛與質量分數15%鹽酸攪拌混合，在室溫下靜置2h後，過濾並用去離子水洗滌3次，再在55℃下乾燥6h，製備得酸洗羊毛；然後按體積比1:5，將質量分數10%氫氧化鈉溶液和質量分數10%雙氧水溶液攪拌混合，靜置陳化6h後，製備得混合分解液，再按質量比1:5，將上述製備的酸洗羊毛與混合分解液攪拌混合，並置於三角燒瓶中，在45℃下水浴加熱2h，隨後過濾並收集濾液，用分子量8000的透析袋進行透析，收集濃縮角蛋白溶液，備用；再選取竹粉，並置於球磨罐中，在250r/min下球磨3h，過125目篩，收集得球磨竹粉，隨後按質量比1:5，將球磨竹粉與去離子水攪拌混合，在200W下超聲分散處理10min，得竹粉漿液；按體積比1:3，將上述竹粉漿液與備用濃縮角蛋白溶液混合，並置於三口燒瓶中，在45℃下攪拌混合3h，控制攪拌速度為550r/min，得角蛋白改性漿料，隨後將其置於45℃下，乾燥6h，再在350r/min下球磨3h，製備得角蛋白改性竹粉；最後按重量份數計，分別稱量45份聚乙烯樹脂、10份上述製備的角蛋白改性竹粉、2份偶聯劑KH-550和3份馬來酸酐置於雙螺杆擠出機中，控制擠出機長徑比為40:1，擠出機頭溫度為150℃，螺杆轉速為120r/min，擠出並切割造粒，冷卻至室溫，即可製備得一種改性高強竹塑複合材料。
本發明製備步驟簡單，充分利用羊毛製得的濃縮角蛋白溶液，複合竹粉漿液、聚乙烯樹脂等製得竹塑複合材料，針對性強，有效解決了竹粉與熱塑性塑料相容性差，在塑料基質中極易團聚的問題；物料熔融流動性好，分散均勻，有效提高了複合材料力學性能；製得的改性高強竹塑複合材料拉伸強度為26.5MPa，彎曲強度為40.8MPa，衝擊強度為7.8kJ·m-2，在-29℃下，抗彎應力為22.35MPa，抗彎載荷為280N，抗彎彈性模量為2710MPa。
實例2
首先收集羊毛洗淨並晾乾，按質量比1:5，將乾燥羊毛與質量分數15%鹽酸攪拌混合，在室溫下靜置3h後，過濾並用去離子水洗滌4次，再在58℃下乾燥7h，製備得酸洗羊毛；然後按體積比1:5，將質量分數10%氫氧化鈉溶液和質量分數10%雙氧水溶液攪拌混合，靜置陳化7h後，製備得混合分解液，再按質量比1:5，將上述製備的酸洗羊毛與混合分解液攪拌混合，並置於三角燒瓶中，在48℃下水浴加熱3h，隨後過濾並收集濾液，用分子量9000的透析袋進行透析，收集濃縮角蛋白溶液，備用；再選取竹粉，並置於球磨罐中，在275r/min下球磨4h，過128目篩，收集得球磨竹粉，隨後按質量比1:5，將球磨竹粉與去離子水攪拌混合，在250W下超聲分散處理13min，得竹粉漿液；按體積比1:3，將上述竹粉漿液與備用濃縮角蛋白溶液混合，並置於三口燒瓶中，在48℃下攪拌混合4h，控制攪拌速度為575r/min，得角蛋白改性漿料，隨後將其置於48℃下，乾燥7h，再在375r/min下球磨4h，製備得角蛋白改性竹粉；最後按重量份數計，分別稱量48份聚乙烯樹脂、13份上述製備的角蛋白改性竹粉、3份偶聯劑KH-550和4份馬來酸酐置於雙螺杆擠出機中，控制擠出機長徑比為40:1，擠出機頭溫度為158℃，螺杆轉速為120r/min，擠出並切割造粒，冷卻至室溫，即可製備得一種改性高強竹塑複合材料。
本發明製備步驟簡單，充分利用羊毛製得的濃縮角蛋白溶液，複合竹粉漿液、聚乙烯樹脂等製得竹塑複合材料，針對性強，有效解決了竹粉與熱塑性塑料相容性差，在塑料基質中極易團聚的問題；物料熔融流動性好，分散均勻，有效提高了複合材料力學性能；製得的改性高強竹塑複合材料拉伸強度為32.3MPa，彎曲強度為42.0MPa，衝擊強度為8.7kJ·m-2，在-2℃下，抗彎應力為23.55MPa，抗彎載荷為291N，抗彎彈性模量為2745MPa。
實例3
首先收集羊毛洗淨並晾乾，按質量比1:5，將乾燥羊毛與質量分數15%鹽酸攪拌混合，在室溫下靜置3h後，過濾並用去離子水洗滌5次，再在60℃下乾燥8h，製備得酸洗羊毛；然後按體積比1:5，將質量分數10%氫氧化鈉溶液和質量分數10%雙氧水溶液攪拌混合，靜置陳化8h後，製備得混合分解液，再按質量比1:5，將上述製備的酸洗羊毛與混合分解液攪拌混合，並置於三角燒瓶中，在50℃下水浴加熱3h，隨後過濾並收集濾液，用分子量10000的透析袋進行透析，收集濃縮角蛋白溶液，備用；再選取竹粉，並置於球磨罐中，在300r/min下球磨5h，過130目篩，收集得球磨竹粉，隨後按質量比1:5，將球磨竹粉與去離子水攪拌混合，在300W下超聲分散處理15min，得竹粉漿液；按體積比1:3，將上述竹粉漿液與備用濃縮角蛋白溶液混合，並置於三口燒瓶中，在50℃下攪拌混合5h，控制攪拌速度為600r/min，得角蛋白改性漿料，隨後將其置於50℃下，乾燥8h，再在400r/min下球磨5h，製備得角蛋白改性竹粉；最後按重量份數計，分別稱量50份聚乙烯樹脂、15份上述製備的角蛋白改性竹粉、3份偶聯劑KH-550和5份馬來酸酐置於雙螺杆擠出機中，控制擠出機長徑比為40:1，擠出機頭溫度為165℃，螺杆轉速為120r/min，擠出並切割造粒，冷卻至室溫，即可製備得一種改性高強竹塑複合材料。
本發明製備步驟簡單，充分利用羊毛製得的濃縮角蛋白溶液，複合竹粉漿液、聚乙烯樹脂等製得竹塑複合材料，針對性強，有效解決了竹粉與熱塑性塑料相容性差，在塑料基質中極易團聚的問題；物料熔融流動性好，分散均勻，有效提高了複合材料力學性能；製得的改性高強竹塑複合材料拉伸強度為38.2MPa，彎曲強度為43.2MPa，衝擊強度為9.6kJ·m-2，在25℃下，抗彎應力為25.65MPa，抗彎載荷為302N，抗彎彈性模量為2780MPa。