CN102260391B - 一种废旧报纸-废旧聚丙烯复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种废旧报纸-废旧聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：利用废旧报纸进行脱墨处理，制备改性废旧报纸纤维；按照重量份数称取：20～40份改性废旧报纸纤维，60～80份废旧聚丙烯材料，以及1～5份相容剂；将称取的物质均放入高混机中充分混合，混合温度为80℃～100℃；将混合后的物质放入开放式双棍混炼机中进行混炼，混炼温度为170℃～180℃，混炼时间为5min～20min；将混炼得到物质用型模压制，冷却，脱模，即制得。本发明方法为废旧报纸和废旧聚丙烯的循环再利用提供了一种新途径，且制备的复合材料具有良好的加工性，吸水性低，力学性能优良。
Description
技术领域
本发明属于废弃印刷材料循环再利用技术领域，具体涉及一种废旧报纸-废旧聚丙烯复合材料的制备方法。
背景技术
近年来，印刷包装用纸和纸板的生产量及消费量在与日俱增，废纸的产生量也在迅猛上升。废纸，也称之为“二次纤维”，造纸行业利用废纸造纸可以减少原生植物纤维纸浆的使用，减少森林消耗，是维持生态平衡、减轻环境污染的一项有效措施。其中，废旧报纸(也称新闻纸)经脱墨处理后通常再次用作卷筒新闻纸的抄造原料，此外还广泛用于抄造生活用纸和一般文化用纸。据中国造纸协会统计，2010年国内新闻纸产量430万吨，消费量达423万吨。随着材料科学新技术的迅速发展，废纸丰富的资源、相对低廉的成本以及良好的可再生性和环保性使得其在材料领域的应用日渐受到关注。废纸纤维结构和性质与天然植物纤维完全相同，其具备的相对低廉的价格、较小的密度、较高的弹性模量，尤其是其自身的生物降解性和可再生性等优点，使其在新型材料的研发方面备受国内外关注。而将废纸代替木塑复合材料中常规使用的木粉等植物纤维生产复合材料必将具有十分广阔的市场前景，同时也为废纸的回收利用开辟新领域。
在塑料应用方面，自上世纪合成塑料问世以来，塑料因其具有抗腐蚀、耐冲击、质轻等优点逐渐被广泛应用于工农业生产各个方面，但随着塑料制品消费量的不断增大，废旧塑料也在不断增多。如今，废旧塑料已成为污染和危害人类的生存环境的主要威胁物之一。塑料大部分是利用石油、化石原料等不可再生资源提炼后的副产品经过聚合作用而形成的，几乎无法自然降解，且燃烧时产生大量有毒气体。因此，对废旧塑料的正确回收再利用成为减少资源浪费以及减轻环境污染的有效措施。
目前，对于废旧塑料(尤其是废旧聚丙烯)的处理主要有以下几种方式：掩埋、焚烧、直接再利用、或者是再生利用。填埋法具有建设投资少、运行费用低和可回收沼气等优点，但填埋处理同时也存在着严重弊端，如由于废旧塑料密度小，体积大，占用空间面积较大，增加了土地资源压力，同时塑料废弃物难以降解，填埋后将成为永久垃圾，严重妨碍水的渗透和地下水流通，而且塑料中的添加剂如增塑剂或色料溶出还会造成二次污染。采用焚烧处理，则因为塑料燃烧时释放出大量有害气体而造成大气污染以及温室效应。因此，对于废旧塑料的处理总的发展趋势是加强废旧塑料的回收再生利用，其中以改性以及与采用纤维填充或是增强等方法生产高附加值新型材料备受关注，这也是当前废旧塑料回收技术研究的热门领域。
发明内容
本发明的目的是提供了一种废旧报纸-废旧聚丙烯复合材料的制备方法，为废旧报纸和废旧聚丙烯的循环再利用提供了一种新途径，且制备的复合材料具有良好的加工性，吸水性低，力学性能优良。
本发明所采用的技术方案是，一种废旧报纸-废旧聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对废旧报纸进行脱墨处理，制备改性废旧报纸纤维：
步骤2、按照重量份数称取：20～40份改性废旧报纸纤维，60～80份废旧聚丙烯材料，以及1～5份相容剂；
步骤3、将步骤2称取的物质充分混合，混合温度为80℃～100℃；将混合后的物质进行混炼，混炼温度为170℃～180℃，混炼时间为5min～20min；再用型模压制，冷却，脱模，即制得。
其中，相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
步骤1的具体步骤为：
步骤1.1、按照重量份数称取100份废旧报纸，1～5份碱，1～5份硅酸盐，0.1～0.5份表面活性剂，1～4份偶联剂，以及1～4份醇类溶剂；
步骤1.2、将步骤1.1称取的废旧报纸裁剪成碎块，并倒入盛有步骤1.1称取的碱、硅酸盐以及表面活性剂的容器中，加水稀释使该容器中的纸浆浓度为10％±3，再在恒温水浴锅中在50℃±5的温度下保温30min±5，取出，加水稀释至纸浆浓度为5％±3，采用浆料碎解机碎解，浮选并洗涤后，烘干，得到绝干废纸浆；
步骤1.3、将步骤1.1称取的偶联剂溶解于醇类溶剂中，得到混合溶液，将步骤1.2得到的绝干废纸浆在该混合溶液中充分浸泡，取出，用蒸馏水清洗，阴干，在80℃±5的温度下烘干；
步骤1.4、将步骤1.3得到的烘干后的废纸浆粉碎，即得改性废旧报纸纤维。
其中，碱为氢氧化钠。
硅酸盐为硅酸钠。
表面活性剂为废纸脱墨剂。
偶联剂为KH550硅烷偶联剂。
醇类溶剂为无水乙醇。
本发明方法的有益效果是：为废旧报纸的回收循环利用开辟新领域，同时有效提高包装废旧聚丙烯资源化利用率，节约资源，变废为宝。本发明原材料成本低，投资少，工艺简单，对原料的利用率高；制得的废旧报纸-废旧聚丙烯复合材料具有良好的加工性，吸水性低，力学性能优良，可实现100％回收再生产，是印刷包装废弃物资源化利用与循环利用领域的重要发展方向，应用前景十分广泛。
具体实施方式
实施例1
一种废旧报纸-废旧聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、对废旧报纸进行脱墨和预处理处理，制备改性废旧报纸纤维：
步骤1.1、按照重量份数称取100份废旧报纸，2份氢氧化钠，4份硅酸钠，0.3份废纸脱墨剂，1份KH550硅烷偶联剂，1份无水乙醇；
步骤1.2、将步骤1.1称取的废旧报纸裁剪成碎块，并倒入盛有步骤1.1称取的氢氧化钠、硅酸钠以及废纸脱墨剂的容器中，加水稀释使该容器中的纸浆浓度(即废纸纤维浓度)为10％，再在恒温水浴锅中在51℃的温度下，保温30min，取出，加水稀释至纸浆浓度为6％，采用浆料碎解机碎解，浮选并洗涤后，烘干，得到绝干废纸浆；
步骤1.3、将步骤1.1称取的KH550硅烷偶联剂溶解于无水乙醇中，得到混合溶液，将步骤1.2得到的绝干废纸浆在该混合溶液中充分浸泡，取出，用蒸馏水清洗，阴干，在85℃的温度下烘干；
步骤1.4、将步骤1.3得到的烘干后的废纸浆粉碎，即得改性废旧报纸纤维；
步骤2、按照重量份数称取：20份改性废旧报纸纤维，78份废旧聚丙烯材料，以及2份马来酸酐接枝聚丙烯；
步骤3、将步骤2称取的物质均放入高混机中充分混合，混合温度为80℃；将混合后的物质放入开放式双棍混炼机中进行混炼，混炼温度为170℃，混炼时间为5min；将混炼得到物质用型模压制，冷却，脱模，即制得本发明复合材料样品A。
实施例2
一种废旧报纸-废旧聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、对废旧报纸进行脱墨和预处理处理，制备改性废旧报纸纤维：
步骤1.1、按照重量份数称取100份废旧报纸，3份氢氧化钠，4份硅酸钠，0.3份废纸脱墨剂，2份KH550硅烷偶联剂，2份无水乙醇；
步骤1.2、将步骤1.1称取的废旧报纸裁剪成碎块，并倒入盛有步骤1.1称取的氢氧化钠、硅酸钠以及废纸脱墨剂的容器中，加水稀释使该容器中的纸浆浓度为11％，再在恒温水浴锅中在55℃的温度下，保温35min，取出，加水稀释至纸浆浓度为7％，采用浆料碎解机碎解，浮选并洗涤后，烘干，得到绝干废纸浆；
步骤1.3、将步骤1.1称取的KH550硅烷偶联剂溶解于无水乙醇中，得到混合溶液，将步骤1.2得到的绝干废纸浆在该混合溶液中充分浸泡，取出，用蒸馏水清洗，阴干，在80℃的温度下烘干；
步骤1.4、将步骤1.3得到的烘干后的废纸浆粉碎，即得改性废旧报纸纤维；
步骤2、按照重量份数称取：30份改性废旧报纸纤维，68份废旧聚丙烯材料，以及1份马来酸酐接枝聚丙烯；
步骤3、将步骤2称取的物质均放入高混机中充分混合，混合温度为100℃；将混合后的物质放入开放式双棍混炼机中进行混炼，混炼温度为175℃，混炼时间为15min；将混炼得到物质用型模压制，冷却，脱模，即制得本发明复合材料样品B。
实施例3
一种废旧报纸-废旧聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、对废旧报纸进行脱墨和预处理处理，制备改性废旧报纸纤维：
步骤1.1、按照重量份数称取100份废旧报纸，1份氢氧化钠，1份硅酸钠，0.2份废纸脱墨剂，3份KH550硅烷偶联剂，4份无水乙醇；
步骤1.2、将步骤1.1称取的废旧报纸裁剪成碎块，并倒入盛有步骤1.1称取的氢氧化钠、硅酸钠以及废纸脱墨剂的容器中，加水稀释使该容器中的纸浆浓度为13％，再在恒温水浴锅中在50℃的温度下，保温32min，取出，加水稀释至纸浆浓度为8％，采用浆料碎解机碎解，浮选并洗涤后，烘干，得到绝干废纸浆；
步骤1.3、将步骤1.1称取的KH550硅烷偶联剂溶解于无水乙醇中，得到混合溶液，将步骤1.2得到的绝干废纸浆在该混合溶液中充分浸泡，取出，用蒸馏水清洗，阴干，在80℃的温度下烘干；
步骤1.4、将步骤1.3得到的烘干后的废纸浆粉碎，即得改性废旧报纸纤维；
步骤2、按照重量份数称取：40份改性废旧报纸纤维，70份废旧聚丙烯材料，以及4份马来酸酐接枝聚丙烯；
步骤3、将步骤2称取的物质均放入高混机中充分混合，混合温度为90℃；将混合后的物质放入开放式双棍混炼机中进行混炼，混炼温度为170℃，混炼时间为10min；将混炼得到物质用型模压制，冷却，脱模，即制得本发明复合材料样品C。
实施例4
一种废旧报纸-废旧聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、对废旧报纸进行脱墨和预处理处理，制备改性废旧报纸纤维：
步骤1.1、按照重量份数称取100份废旧报纸，5份氢氧化钠，2份硅酸钠，0.5份废纸脱墨剂，3份KH550硅烷偶联剂，3份无水乙醇；
步骤1.2、将步骤1.1称取的废旧报纸裁剪成碎块，并倒入盛有步骤1.1称取的氢氧化钠、硅酸钠以及废纸脱墨剂的容器中，加水稀释使该容器中的纸浆浓度为7％，再在恒温水浴锅中在48℃的温度下，保温28min，取出，加水稀释至纸浆浓度为2％，采用浆料碎解机碎解，浮选并洗涤后，烘干，得到绝干废纸浆；
步骤1.3、将步骤1.1称取的KH550硅烷偶联剂溶解于无水乙醇中，得到混合溶液，将步骤1.2得到的绝干废纸浆在该混合溶液中充分浸泡，取出，用蒸馏水清洗，阴干，在82℃的温度下烘干；
步骤1.4、将步骤1.3得到的烘干后的废纸浆粉碎，即得改性废旧报纸纤维；
步骤2、按照重量份数称取：30份改性废旧报纸纤维，80份废旧聚丙烯材料，以及5份马来酸酐接枝聚丙烯；
步骤3、将步骤2称取的物质均放入高混机中充分混合，混合温度为85℃；将混合后的物质放入开放式双棍混炼机中进行混炼，混炼温度为170℃，混炼时间为20min；将混炼得到物质用型模压制，冷却，脱模，即制得本发明复合材料样品D。
实施例5
一种废旧报纸-废旧聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、对废旧报纸进行脱墨和预处理处理，制备改性废旧报纸纤维：
步骤1.1、按照重量份数称取100份废旧报纸，1份氢氧化钠，3份硅酸钠，0.1份废纸脱墨剂，4份KH550硅烷偶联剂，2份无水乙醇；
步骤1.2、将步骤1.1称取的废旧报纸裁剪成碎块，并倒入盛有步骤1.1称取的氢氧化钠、硅酸钠以及废纸脱墨剂的容器中，加水稀释使该容器中的纸浆浓度为8％，再在恒温水浴锅中在52℃的温度下，保温25min，取出，加水稀释至纸浆浓度为5％，采用浆料碎解机碎解，浮选并洗涤后，烘干，得到绝干废纸浆；
步骤1.3、将步骤1.1称取的KH550硅烷偶联剂溶解于无水乙醇中，得到混合溶液，将步骤1.2得到的绝干废纸浆在该混合溶液中充分浸泡，取出，用蒸馏水清洗，阴干，在75℃的温度下烘干；
步骤1.4、将步骤1.3得到的烘干后的废纸浆粉碎，即得改性废旧报纸纤维；
步骤2、按照重量份数称取：38份改性废旧报纸纤维，67份废旧聚丙烯材料，以及3份马来酸酐接枝聚丙烯；
步骤3、将步骤2称取的物质均放入高混机中充分混合，混合温度为95℃；将混合后的物质放入开放式双棍混炼机中进行混炼，混炼温度为180℃，混炼时间为20min；将混炼得到物质用型模压制，冷却，脱模，即制得本发明复合材料样品E。
实施例6
一种废旧报纸-废旧聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、对废旧报纸进行脱墨和预处理处理，制备改性废旧报纸纤维：
步骤1.1、按照重量份数称取100份废旧报纸，4份氢氧化钠，5份硅酸钠，0.3份废纸脱墨剂，2份KH550硅烷偶联剂，2份无水乙醇；
步骤1.2、将步骤1.1称取的废旧报纸裁剪成碎块，并倒入盛有步骤1.1称取的氢氧化钠、硅酸钠以及废纸脱墨剂的容器中，加水稀释使该容器中的纸浆浓度为12％，再在恒温水浴锅中在45℃的温度下，保温30min，取出，加水稀释至纸浆浓度为4％，采用浆料碎解机碎解，浮选并洗涤后，烘干，得到绝干废纸浆；
步骤1.3、将步骤1.1称取的KH550硅烷偶联剂溶解于无水乙醇中，得到混合溶液，将步骤1.2得到的绝干废纸浆在该混合溶液中充分浸泡，取出，用蒸馏水清洗，阴干，在78℃的温度下烘干；
步骤1.4、将步骤1.3得到的烘干后的废纸浆粉碎，即得改性废旧报纸纤维；
步骤2、按照重量份数称取：25份改性废旧报纸纤维，60份废旧聚丙烯材料，以及2份马来酸酐接枝聚丙烯；
步骤3、将步骤2称取的物质均放入高混机中充分混合，混合温度为100℃；将混合后的物质放入开放式双棍混炼机中进行混炼，混炼温度为180℃，混炼时间为8min；将混炼得到物质用型模压制，冷却，脱模，即制得本发明复合材料样品F。
报纸通常采用通常双面印刷，因此正反面含有大量油墨颗粒，这些油墨颗粒的聚集容易造成由废旧报纸制备的复合材料力学性能不均、局部力学性能下降等问题，所以需要对废旧报纸进行脱墨处理。本发明采用的制备改性废旧报纸纤维的方法，在达到脱墨的同时，起到对植物纤维进行预处理的目的。
在制备改性废旧报纸纤维时，使用氢氧化钠可使得纸张在吸收了氢氧化钠后，碳水化合物间的氢键断裂，从而导致纤维间的结合变得疏松，同时也使得纤维与油墨粒子间的结合变得疏松，在氢氧化钠的皂化及水解作用下，油墨载体破裂。在制备改性废旧报纸纤维中使用的硅酸钠，即通常说的水玻璃，水解能生成胶束结构的硅酸，能有效地加速纤维和油墨的膨胀；同时，它还具有稳定碱性的作用，比烧碱更能有效地缓冲制备改性废旧报纸纤维中pH值的突变，硅酸钠还可以分散油墨粒子，阻止油墨粒子聚集或是再次沉积在纤维上。废纸脱墨剂的作用主要是使得脱除下来的油墨能快速分散在水中，便于后续浮选、洗涤时将脱除下来的油墨除去。硅烷偶联剂可与植物纤维发生化学交联作用，从而降低植物纤维表面的极性，提高植物纤维与基体的界面反应能力。
采用本发明生产的废旧报纸-废旧聚丙烯复合材料与现有植物纤维复合材料进行了性能对比，具体实验对比情况如下表：
由上表可用看出，本发明制得的废旧报纸-废旧聚丙烯复合材料具有良好的加工性，吸水性低，力学性能优良，可实现100％回收再生产。
Claims (7)
1.一种废旧报纸-废旧聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对废旧报纸进行脱墨处理，制备改性废旧报纸纤维；
具体步骤为：
步骤1.1、按照重量份数称取100份废旧报纸，1～5份碱，1～5份硅酸盐，0.1～0.5份表面活性剂，1～4份偶联剂，以及1～4份醇类溶剂；
步骤1.2、将步骤1.1称取的废旧报纸裁剪成碎块，并倒入盛有步骤1.1称取的碱、硅酸盐以及表面活性剂的容器中，加水稀释使该容器中的纸浆浓度为10%±3，再在恒温水浴锅中在50℃±5的温度下保温30min±5，取出，加水稀释至纸浆浓度为5%±3，采用浆料碎解机碎解，浮选并洗涤后，烘干，得到绝干废纸浆；
步骤1.3、将步骤1.1称取的偶联剂溶解于醇类溶剂中，得到混合溶液，将步骤1.2得到的绝干废纸浆在该混合溶液中充分浸泡，取出，用蒸馏水清洗，阴干，在80℃±5的温度下烘干；
步骤1.4、将步骤1.3得到的烘干后的废纸浆粉碎，即得改性废旧报纸纤维；
步骤2、按照重量份数称取：20～40份改性废旧报纸纤维，60～80份废旧聚丙烯材料，以及1～5份相容剂；
步骤3、将步骤2称取的物质充分混合，混合温度为80℃～100℃；将混合后的物质进行混炼，混炼温度为170℃～180℃，混炼时间为5min～20min；再用型模压制，冷却，脱模，即制得。
2.按照权利要求1所述废旧报纸-废旧聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
3.按照权利要求1所述废旧报纸-废旧聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述碱为氢氧化钠。
4.按照权利要求1所述废旧报纸-废旧聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅酸盐为硅酸钠。
5.按照权利要求1所述废旧报纸-废旧聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为废纸脱墨剂。
6.按照权利要求1所述废旧报纸-废旧聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述偶联剂为KH550硅烷偶联剂。
7.按照权利要求1所述废旧报纸-废旧聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述醇类溶剂为无水乙醇。
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