CN103333390A - 利用纳米纤维增强塑料或木塑复合材的方法 - Google Patents
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Abstract
利用纳米纤维增强塑料或木塑复合材的方法，涉及增强塑料或木塑复合材的方法。本发明是要解决向塑料或木塑复合材干法工艺中引入纳米纤维时无法使其均匀分散，起不到应有的增强改性作用的技术问题。本发明的方法为：一、制备混合液A；二、制备混合液B；三、制备石蜡乳液；四、制备石蜡/纳米纤维乳液；五、制备石蜡/纳米纤维干混物；六、将石蜡/纳米纤维干混物粉碎，添加到塑料制品或木塑复合材料中，即完成利用纳米纤维增强塑料或木塑复合材。本发明的纳米纤维表面被石蜡包裹，纤维与纤维之间受到石蜡的阻隔作用达到了分散的目的；本发明纳米纤维增强后的塑料或木塑复合材的强度为20％～40％。本发明应用于增强塑料或木塑复合材的领域。
Description
技术领域
本发明涉及增强塑料或木塑复合材的方法。
背景技术
天然植物纳米纤维素的杨氏模量高达128GPa，高于金属铝的70GPa和玻璃纤维的76GPa；最大拉伸强度约为17.8GPa，是钢铁的7倍。在复合材料增强作用方面具有很好的应用前景，可作为一种性能优异的增强型填充材料。
热塑性塑料或木塑复合材在加工过程中需要杜绝水分，以免产生气泡影响强度和外观质量。而纳米植物纤维水溶液在浓度超过7～9％后即呈现凝胶状态，无法分散；干态下聚集成团。因此，在向塑料或木塑复合材等干法工艺中引入纳米纤维时无法使其均匀分散，起不到应有的增强改性作用。
发明内容
本发明是要解决向塑料或木塑复合材干法工艺中引入纳米纤维时无法使其均匀分散，起不到应有的增强改性作用的技术问题，从而提供了利用纳米纤维增强塑料或木塑复合材的方法。
本发明的第一种利用纳米纤维增强塑料或木塑复合材的方法是按以下步骤进行的：
一、按质量份数称取30～35份的石蜡，10～15份的乳化剂和2～2.5份的乳化助剂，在温度为80～90℃的条件下混合均匀，得到混合液A；
二、将步骤一得到的混合液A在温度为80～90℃下搅拌，同时加入缓慢350～400mL的80～100℃的水，得到混合液B；
三、将步骤二得到的混合液B在室温条件下搅拌，冷却得石蜡乳液；
四、取100～150g的步骤三得到的石蜡乳液和20～25g的纳米纤维，室温下，在速率为5000～7000r/min的条件下混合，得到石蜡/纳米纤维乳液；其中，所述的纳米纤维是其中水的质量分数为75％的湿纤维，所述的纳米纤维的直径为10～50nm，平均长度为400～600μm；
五、将步骤四得到的石蜡/纳米纤维乳液铺撒到平板玻璃或金属板上，在室温条件下自然干燥，得到石蜡/纳米纤维干混物；
六、将步骤五得到的石蜡/纳米纤维干混物粉碎，与塑料颗粒混合之后挤出或注塑加工成塑料制品，即完成利用纳米纤维增强塑料。
本发明的第二种利用纳米纤维增强塑料或木塑复合材的方法是按以下步骤进行的：
一、按质量份数称取30～35份的石蜡，10～15份的乳化剂和2～2.5份的乳化助剂，在温度为80～90℃的条件下混合均匀，得到混合液A；
二、将步骤一得到的混合液A在温度为80～90℃下搅拌，同时加入缓慢350～400mL的80～100℃的水，得到混合液B；
三、将步骤二得到的混合液B在室温条件下搅拌，冷却得石蜡乳液；
四、取100～150g的步骤三得到的石蜡乳液和20～25g的纳米纤维，室温下，在速率为5000～7000r/min的条件下混合，得到石蜡/纳米纤维乳液；其中，所述的纳米纤维是其中水的质量分数为75％的湿纤维，所述的纳米纤维的直径为10～50nm，平均长度为400～600μm；
五、将步骤四得到的石蜡/纳米纤维乳液铺撒到平板玻璃或金属板上，在室温条件下自然干燥，得到石蜡/纳米纤维干混物；
六、将步骤五得到的石蜡/纳米纤维干混物粉碎，与塑料颗粒混合之后再与木质纤维混合，挤出成型或注塑成型为木塑复合材料，即完成利用纳米纤维增强木塑复合材。
本发明包括以下有益效果：
1、石蜡是塑料和木塑复合材挤出加工时常用的润滑剂，本发明选用石蜡为中间体，在石蜡/纳米纤维乳液制备过程中加入纳米纤维，高速搅拌迫使纤维分散后，将石蜡/纳米纤维乳液进行干燥排出水分，由于石蜡的阻隔作用使纳米纤维无法团聚，因此，在纳米纤维伴随石蜡被施加到塑料或木塑复合材混合物料中时，纳米纤维可均匀分散，从而起到应有的增强改性作用。
2、本发明的纳米纤维增强塑料或木塑复合材的强度可提高20～40％。
3、本发明的方法同样适用于微米级别的纤维分散。
附图说明
图1为未加入石蜡乳液的纳米纤维经干燥后的扫描电镜图；
图2为试验一步骤四制备的石蜡/纳米纤维乳液干燥后放大3000倍的扫描电镜图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的利用纳米纤维增强塑料或木塑复合材的方法是按以下步骤进行的：
一、按质量份数称取30～35份的石蜡，10～15份的乳化剂和2～2.5份的乳化助剂，在温度为80～90℃的条件下混合均匀，得到混合液A；
二、将步骤一得到的混合液A在温度为80～90℃下搅拌，同时加入缓慢350～400mL的80～100℃的水，得到混合液B；
三、将步骤二得到的混合液B在室温条件下搅拌，冷却得石蜡乳液；
四、取100～150g的步骤三得到的石蜡乳液和20～25g的纳米纤维，室温下，在速率为5000～7000r/min的条件下混合，得到石蜡/纳米纤维乳液；其中，所述的纳米纤维是其中水的质量分数为75％的湿纤维，所述的纳米纤维的直径为10～50nm，平均长度为400～600μm；
五、将步骤四得到的石蜡/纳米纤维乳液铺撒到平板玻璃或金属板上，在室温条件下自然干燥，得到石蜡/纳米纤维干混物；
六、将步骤五得到的石蜡/纳米纤维干混物粉碎，与塑料颗粒混合之后挤出或注塑加工成塑料制品，即完成利用纳米纤维增强塑料。
本实施方式包括以下有益效果：
1、石蜡是塑料或木塑复合材挤出加工时常用的润滑剂，本实施方式选用石蜡为中间体，在石蜡/纳米纤维乳液制备过程中加入纳米纤维，高速搅拌迫使纤维分散后，将石蜡/纳米纤维乳液进行干燥排出水分，由于石蜡的阻隔作用使纳米纤维无法团聚，因此，在纳米纤维伴随石蜡被施加到塑料或木塑复合材混合物料中时，纳米纤维可均匀分散，从而起到应有的增强改性作用。
2、本实施方式的纳米纤维增强后的塑料的强度可提高30～40％。
3、本实施方式的方法同样适用于微米级别的纤维分散。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中按质量份数称取31份的石蜡，12份的乳化剂和2.5份的乳化助剂。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中乳化剂为Span-80、Tween-80、聚氧乙烯单硬脂酸酯、聚氧乙烯单油酸酯、OP-10、烷基芳基磺酸盐、NP-7、NP-9、硬脂酸和三乙醇胺的一种或两种按任意比例混合。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中乳化助剂为正丁醇、异戊醇或硬脂酸。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中在温度为80～90℃的条件下混合均匀。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中在温度为85℃下搅拌。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中加入350mL的85℃的水。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤四中纳米纤维为取自木材、秸秆或麻屑的天然纳米纤维素纤维。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤四中在速率为7000r/min的条件下混合。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤六中塑料颗粒为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚苯乙烯。其他与具体实施方式一至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式的利用纳米纤维增强塑料或木塑复合材的方法是按以下步骤进行的：
一、按质量份数称取30～35份的石蜡，10～15份的乳化剂和2～2.5份的乳化助剂，在温度为80～90℃的条件下混合均匀，得到混合液A；
二、将步骤一得到的混合液A在温度为80～90℃下搅拌，同时加入缓慢350～400mL的80～100℃的水，得到混合液B；
三、将步骤二得到的混合液B在室温条件下搅拌，冷却得石蜡乳液；
四、取100～150g的步骤三得到的石蜡乳液和20～25g的纳米纤维，室温下，在速率为5000～7000r/min的条件下混合，得到石蜡/纳米纤维乳液；其中，所述的纳米纤维是其中水的质量分数为75％的湿纤维，所述的纳米纤维的直径为10～50nm，平均长度为400～600μm；
五、将步骤四得到的石蜡/纳米纤维乳液铺撒到平板玻璃或金属板上，在室温条件下自然干燥，得到石蜡/纳米纤维干混物；
六、将步骤五得到的石蜡/纳米纤维干混物粉碎，与塑料颗粒混合之后再与木质纤维混合，挤出成型或注塑成型为木塑复合材料，即完成利用纳米纤维增强木塑复合材。
本实施方式的纳米纤维增强木塑复合材的强度可提高25％以上。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式十一不同的是：步骤六中的木质纤维为木纤维、秸秆纤维、麻纤维或稻壳。其他与具体实施方式十一相同。
通过以下试验验证本发明的有益效果：
试验一：本试验的利用纳米纤维增强塑料或木塑复合材的方法是按以下步骤实现的：
一、按质量份数称取31份的石蜡，5份的Span-80，7份的Tween-80和2.5份的乳化助剂正丁醇，在温度为85℃的条件下混合均匀，得到混合液A；
二、将步骤一得到的混合液A在温度为85℃下搅拌，同时加入缓慢350mL的85℃的水，得到混合液B；
三、将步骤二得到的混合液B在室温条件下搅拌，冷却得石蜡乳液；
四、取100g的步骤三得到的石蜡乳液和20g的纳米纤维，室温下，在速率为7000r/min的条件下混合，得到石蜡/纳米纤维乳液；其中，所述的纳米纤维是其中水的质量分数为75％的湿纤维，所述的纳米纤维的直径为10～50nm，平均长度为400～600μm；
五、将步骤四得到的石蜡/纳米纤维乳液铺撒到平板玻璃或金属板上，在室温条件下自然干燥，得到石蜡/纳米纤维干混物；
六、将步骤五得到的石蜡/纳米纤维干混物粉碎，与塑料颗粒混合之后挤出或注塑加工成塑料制品，即完成利用纳米纤维增强塑料。
本试验的纳米纤维增强后的塑料的强度提高了30％。
未加入石蜡乳液的纳米纤维经干燥后的扫描电镜图如图1所示，从图1可以看出，纳米纤维经干燥后，纤维团聚呈网状，纤维不规则分布。
步骤四制备的石蜡/纳米纤维乳液干燥后放大3000倍的扫描电镜图如图2所示，从图2可以看出，纤维加入石蜡乳液自然干燥后，纤维表面被石蜡包裹，纤维与纤维之间受到石蜡的阻隔作用达到了分散的目的。
试验二：本试验的利用纳米纤维增强塑料或木塑复合材的方法是按以下步骤实现的：
一、按质量份数称取31份的石蜡，5份的Span-80，7份的Tween-80和2.5份的乳化助剂正丁醇，在温度为85℃的条件下混合均匀，得到混合液A；
二、将步骤一得到的混合液A在温度为85℃下搅拌，同时加入缓慢350mL的85℃的水，得到混合液B；
三、将步骤二得到的混合液B在室温条件下搅拌，冷却得石蜡乳液；
四、取100g的步骤三得到的石蜡乳液和20g的纳米纤维，室温下，在速率为7000r/min的条件下混合，得到石蜡/纳米纤维乳液；其中，所述的纳米纤维是其中水的质量分数为75％的湿纤维，所述的纳米纤维的直径为10～50nm，平均长度为400～600μm；
五、将步骤四得到的石蜡/纳米纤维乳液铺撒到平板玻璃或金属板上，在室温条件下自然干燥，得到石蜡/纳米纤维干混物；
六、将步骤五得到的石蜡/纳米纤维干混物粉碎，与塑料颗粒混合之后再与木质纤维混合，挤出成型或注塑成型为木塑复合材料，即完成利用纳米纤维增强木塑复合材。
本试验的纳米纤维增强后的木塑复合材的强度提高了25％。
Claims (10)
1.利用纳米纤维增强塑料或木塑复合材的方法，其特征在于利用纳米纤维增强塑料或木塑复合材的方法是按以下步骤进行的：
一、按质量份数称取30～35份的石蜡，10～15份的乳化剂和2～2.5份的乳化助剂，在温度为80～90℃的条件下混合均匀，得到混合液A；
二、将步骤一得到的混合液A在温度为80～90℃下搅拌，同时加入缓慢350～400mL的80～100℃的水，得到混合液B；
三、将步骤二得到的混合液B在室温条件下搅拌，冷却得石蜡乳液；
四、取100～150g的步骤三得到的石蜡乳液和20～25g的纳米纤维，室温下，在速率为5000～7000r/min的条件下混合，得到石蜡/纳米纤维乳液；其中，所述的纳米纤维是其中水的质量分数为75％的湿纤维，所述的纳米纤维的直径为10～50nm，平均长度为400～600μm；
五、将步骤四得到的石蜡/纳米纤维乳液铺撒到平板玻璃或金属板上，在室温条件下自然干燥，得到石蜡/纳米纤维干混物；
六、将步骤五得到的石蜡/纳米纤维干混物粉碎，与塑料颗粒混合之后挤出或注塑加工成塑料制品，即完成利用纳米纤维增强塑料。
2.根据权利要求1所述的利用纳米纤维增强塑料或木塑复合材的方法，其特征在于步骤一中按质量份数称取31份的石蜡，12份的乳化剂和2.5份的乳化助剂。
3.根据权利要求1所述的利用纳米纤维增强塑料或木塑复合材的方法，其特征在于步骤一中乳化剂为Span-80、Tween-80、聚氧乙烯单硬脂酸酯、聚氧乙烯单油酸酯、OP-10、烷基芳基磺酸盐、NP-7、NP-9、硬脂酸和三乙醇胺的一种或两种按任意比例混合。
4.根据权利要求1所述的利用纳米纤维增强塑料或木塑复合材的方法，其特征在于步骤一中乳化助剂为正丁醇、异戊醇或硬脂酸。
5.根据权利要求1所述的利用纳米纤维增强塑料或木塑复合材的方法，其特征在于步骤二中加入350mL的85℃的水。
6.根据权利要求1所述的利用纳米纤维增强塑料或木塑复合材的方法，其特征在于步骤四中纳米纤维为取自木材、秸秆或麻屑的天然纳米纤维素纤维。
7.根据权利要求1所述的利用纳米纤维增强塑料或木塑复合材的方法，其特征在于步骤四中在速率为7000r/min的条件下混合。
8.根据权利要求1所述的利用纳米纤维增强塑料或木塑复合材的方法，其特征在于步骤六中塑料颗粒为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚苯乙烯。
9.利用纳米纤维增强塑料或木塑复合材的方法，其特征在于利用纳米纤维增强塑料或木塑复合材的方法是按以下步骤进行的：
一、按质量份数称取30～35份的石蜡，10～15份的乳化剂和2～2.5份的乳化助剂，在温度为80～90℃的条件下混合均匀，得到混合液A；
二、将步骤一得到的混合液A在温度为80～90℃下搅拌，同时加入缓慢350～400mL的80～100℃的水，得到混合液B；
三、将步骤二得到的混合液B在室温条件下搅拌，冷却得石蜡乳液；
四、取100～150g的步骤三得到的石蜡乳液和20～25g的纳米纤维，室温下，在速率为5000～7000r/min的条件下混合，得到石蜡/纳米纤维乳液；其中，所述的纳米纤维是其中水的质量分数为75％的湿纤维，所述的纳米纤维的直径为10～50nm，平均长度为400～600μm；
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10.根据权利要求9所述的利用纳米纤维增强塑料或木塑复合材的方法，其特征在于步骤六中的木质纤维为木纤维、秸秆纤维、麻纤维或稻壳。
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