CN105113259B - 一种使硅灰石纤维柔性化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种使硅灰石纤维柔性化的方法。为了克服硅灰石用于塑料增韧增强时纤维易脆断的缺陷，通过聚乙烯亚胺与硅灰石纤维界面结合发生氨基化反应，从而激活硅灰石的界面活性，在液状条件下使石油基树脂完全裹覆在纤维表面，进一步通过冲击式制粉机，使呈纤维集束状的硅灰石松解、剥离，将粘接在一起的硅灰石纤维集束打开，使其逐渐分散成单根硅灰石纤维，获得每根硅灰石纤维表面裹覆着石油树脂的柔性硅灰石纤维。
Description
技术领域
本发明属于非金属矿物无机粉体的有机热塑化、柔性化处理领域，具体涉及一种使硅灰石纤维柔性化的方法。
背景技术
随着高分子科学和技术的迅猛发展，对高分子材料的要求也愈来愈高。单一高分子材料往往难以满足要求，通常需要用合金、共混、复合的方法对高分子材料加以改性，以求最大限度地发挥各自组分的特性，并赋予单一材料所不具备的优良品质。增强高性能复合材料的研究和开发已成为高分子材料的一个重要发展趋势，它正向着高比强度、高比模量、高韧性、耐高温、耐腐蚀、耐磨损等多方向发展。从材料科学的观点来看，强度和韧性是结构材料的两个特别重要但又相互矛盾的力学性能，材料同时增强、增韧的问题一直是高分子材料科学有待解决的重要难题之一。无机纤维成为解决材料无法同时增强增韧的最佳选择。
然而，目前无机纤维的发展大都为玻璃纤维，这种纤维增强性优异，但生产成本高，能耗高。天然矿物纤维是具有纤维纹理的矿石直接松解、粉碎和剥离得到，其具有良好的物化性能，生产工艺简单，资源丰富，污染小等特点，可以取代玻璃纤维用于塑料的增强材料。目前已有采用无机矿物纤维用于塑料的增强材料。借助无机材料的纤维特性，不但可以填充降低成本，而且可以提高拉伸强度、冲击强度、弯曲模量、热稳定性等，使塑料制品的机械力学性能显著提高。
硅灰石就是一种天然的矿物纤维，天然产出的硅灰石通常呈针状、放射状、纤维集合体。将硅灰石纤维应用增强热塑性塑料具有比强度大、电绝缘性好，耐热、耐腐蚀、化学性能稳定性高等优点。但存在的缺点是硅灰石纤维呈惰性，不易与树脂基体浸润，从而导致复合材料的界面粘结强度低，而且脆性大，分散困难，制品表面光滑度不好，纤维在挤出机中与树脂混炼时遭受螺杆和机筒之间的剪切力作用，纤维会受到损伤，导致增强效果下降，严重制约了其在复合材料中的应用，不利于复合材料综合性能的充分发挥。一般来说，无机纤维具有刚性，填充到聚合物基体中可以有效地提高材料的强度、刚度和尺寸稳定性等，但同时又极易导致聚合物脆性的增加。
通常为了改善硅灰石纤维的韧性，需要用硅烷偶联剂对硅灰石纤维进行表面处理，并使用流动性较高的树脂。已有研究表明，采用偶联剂对硅灰石进行处理可改善界面结合、提高材料的拉伸、弯曲强度及模量，但含量过高时，会引起材料冲击强度的下降。主要原因是硅灰石纤维在复合过程中表面处理有未能有效保护，由于高温和剪切，硅灰石的纤维不但受到损失，而且由于剪切导致偶联剂失效。尽管使用高流动树脂来减少剪切对硅灰石纤维的损伤，但高流动树脂由于强度低，极易导致制品强度受到影响，难以获得高强度的塑料制品。因此，避免硅灰石针状结构在加工过程中被破坏，改善硅灰石纤维的柔韧性，对提升硅灰石的增韧增强效果具有重要的意义。
要使硅灰石纤维在塑料领域的增强效果充分发挥，依靠传统的简单偶联改性和润滑改性难以满足要求。硅灰石纤维在塑料领域的增强改性逐步涉及到了填充、界面分子设计、表面性能、流变行为、分散程度、缠绕增韧等多个技术领域。为了克服硅灰石纤维难以同时增韧增强的缺陷，对硅灰石纤维的柔韧性改性可以同时解决韧性和强度的问题，成为硅灰石增韧增强改性的有效途径。
发明内容
针对硅灰石纤维用于塑料增强时流动分散性差、纤维脆性大的缺陷，本发明提出一种使硅灰石纤维柔性化的方法。本发明是通过如下技术方案实现的：
一种使硅灰石纤维柔性化的方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）将硅灰石纤维浸没到 聚乙烯亚胺液中，在温度为40-60℃的条件下反应1-2h，然后滤干得到氨基硅灰石纤维，其中聚乙烯亚胺具有每链1000至10000的伯氨基和/或仲氨基的官能度，体积浓度为15-20%，具有极性基团氨基和疏水基乙烯基结构，与硅灰石纤维界面结合发生氨基化反应，从而激活硅灰石的界面活性；
（2）步骤（1）得到的氨基硅灰石纤维用油酸浸泡2-5天，滤干备用；
（3）将5-10重量份的石油树脂溶于50-60重量份的溶剂，经混合搅拌后完全溶解，与步骤（2）得到的85-95重量份的硅灰石纤维混合，以50-100rmp的速度搅拌15-25min，形成湿润状；
（4）将步骤（3）得到的湿润状硅灰石纤维送入烘干机，设置真空度0.08-0.12MPa，温度为60-80℃，采用径流型搅拌桨叶，桨叶前端带有后掠角的大宽叶桨叶，剪切力小，可产生对流循环及湍流扩散，使溶剂排出的同时，石油树脂裹覆在硅灰石纤维表面，形成疏松的硅灰石纤维；
（5）将步骤（4）得到的表面裹覆石油树脂的硅灰石纤维送入冲击式制粉机中，呈纤维集束状的硅灰石在1200-1500r/min的转速下进行松解、剥离，将粘接在一起的硅灰石纤维集束打开，使其逐渐分散成单根硅灰石纤维，每根硅灰石纤维表面裹覆石油树脂，从而得到一种柔性的硅灰石纤维。
上述制备方法步骤1）上述制备方法步骤1）所述的聚乙烯亚胺优选含有羟基的聚乙烯亚胺。
上述制备方法步骤3）所述的溶剂为二甲基亚砜、N- 甲基吡咯烷酮中的一种。
上述制备方法步骤3）所述的石油树脂选用乙烯-乙烯醇共聚物、氯化聚乙烯、聚酰胺中的一种。
本发明一种使硅灰石纤维柔性化的方法，为了克服硅灰石用于塑料增韧增强时纤维易脆断的缺陷，利用聚乙烯亚胺激活硅灰石纤维的界面活性，通过硅灰石纤维在油酸中浸泡预处理，在液状条件下使石油基树脂完全裹覆在纤维表面，进一步通过冲击式制粉机，使呈纤维集束状的硅灰石松解、剥离，将粘接在一起的硅灰石纤维集束打开，使其逐渐分散成单根硅灰石纤维，获得每根硅灰石纤维表面裹覆着石油树脂的柔性硅灰石纤维。与现有技术相比，其突出的特点和有益的效果在于：
1、本发明一种使硅灰石纤维柔性化的方法，利用聚乙烯亚胺激活硅灰石纤维的界面活性，在液状条件下裹覆硅灰石纤维，不但使硅灰石纤维得到完全包覆，而且不损伤纤维，最大限度的保证了纤维的结构。
2、本发明一种使硅灰石纤维柔性化的方法，采用乙烯-乙烯醇共聚物、氯化聚乙烯、聚酰胺对硅灰石纤维包裹,其连接性牢固,提高了硅灰石纤维在塑料增强加工时的相容性、分散性。
3、本发明一种使硅灰石纤维柔性化的方法，采用径流型搅拌桨叶，桨叶前端带有后掠角的大宽叶桨叶，剪切力小，可产生对流循环及湍流扩散，使溶剂排出的同时，石油树脂裹覆在硅灰石纤维表面，形成疏松的硅灰石纤维，最大程度保护了纤维不受损失伤。
具体实施方式
以下具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。
实施例1
（1）将硅灰石纤维浸没到 聚乙烯亚胺液中，在温度为40-60℃的条件下反应1h，然后滤干得到氨基硅灰石纤维，其中聚乙烯亚胺具有每链1000至10000的伯氨基官能度，体积浓度为15%，具有极性基团氨基和疏水基乙烯基结构，与硅灰石纤维界面结合发生氨基化反应，从而激活硅灰石的界面活性；
（2）步骤（1）得到的氨基硅灰石纤维用油酸浸泡5天，滤干备用；
（3）将10重量份的乙烯-乙烯醇共聚物溶于50重量份的二甲基亚砜，经混合搅拌后完全溶解，与步骤（2）得到的85重量份的硅灰石纤维混合，以100rmp的速度搅拌25min，形成湿润状；
（4）将步骤（3）得到的湿润状硅灰石纤维送入烘干机，设置真空度0.08-0.12MPa，温度为60-80℃，采用径流型搅拌桨叶，桨叶前端带有后掠角的大宽叶桨叶，剪切力小，可产生对流循环及湍流扩散，使溶剂排出的同时，石油树脂裹覆在硅灰石纤维表面，形成疏松的硅灰石纤维；
（5）将步骤（4）得到的表面裹覆石油树脂的硅灰石纤维送入冲击式制粉机中，呈纤维集束状的硅灰石在1200-1500r/min的转速下进行松解、剥离，将粘接在一起的硅灰石纤维集束打开，使其逐渐分散成单根硅灰石纤维，每根硅灰石纤维表面裹覆石油树脂，从而得到一种柔性的硅灰石纤维。
实施例2
（1）将硅灰石纤维浸没到含有羟基的 聚乙烯亚胺液中，在温度为40-60℃的条件下反应2h，然后滤干得到氨基硅灰石纤维，其中聚乙烯亚胺具有每链1000至10000的仲氨基的官能度，体积浓度为15%，具有极性基团氨基和疏水基乙烯基结构，与硅灰石纤维界面结合发生氨基化反应，从而激活硅灰石的界面活性；
（2）步骤（1）得到的氨基硅灰石纤维用油酸浸泡2天，滤干备用；
（3）将5重量份的氯化聚乙烯溶于55重量份的N- 甲基吡咯烷酮，经混合搅拌后完全溶解，与步骤（2）得到的95重量份的硅灰石纤维混合，以50-100rmp的速度搅拌20min，形成湿润状；
（4）将步骤（3）得到的湿润状硅灰石纤维送入烘干机，设置真空度0.08-0.12MPa，温度为60-80℃，采用径流型搅拌桨叶，桨叶前端带有后掠角的大宽叶桨叶，剪切力小，可产生对流循环及湍流扩散，使溶剂排出的同时，石油树脂裹覆在硅灰石纤维表面，形成疏松的硅灰石纤维；
（5）将步骤（4）得到的表面裹覆石油树脂的硅灰石纤维送入冲击式制粉机中，呈纤维集束状的硅灰石在1200-1500r/min的转速下进行松解、剥离，将粘接在一起的硅灰石纤维集束打开，使其逐渐分散成单根硅灰石纤维，每根硅灰石纤维表面裹覆石油树脂，从而得到一种柔性的硅灰石纤维。
实施例3
（1）将硅灰石纤维浸没到 聚乙烯亚胺液中，在温度为40-60℃的条件下反应1h，然后滤干得到氨基硅灰石纤维，其中聚乙烯亚胺具有每链1000至10000的伯氨基和仲氨基的官能度，体积浓度为20%，具有极性基团氨基和疏水基乙烯基结构，与硅灰石纤维界面结合发生氨基化反应，从而激活硅灰石的界面活性；
（2）步骤（1）得到的氨基硅灰石纤维用油酸浸泡3天，滤干备用；
（3）将8重量份的聚酰胺溶于60重量份的二甲基亚砜，经混合搅拌后完全溶解，与步骤（2）得到的95重量份的硅灰石纤维混合，以50-100rmp的速度搅拌15-25min，形成湿润状；
（4）将步骤（3）得到的湿润状硅灰石纤维送入烘干机，设置真空度0.08-0.12MPa，温度为60-80℃，采用径流型搅拌桨叶，桨叶前端带有后掠角的大宽叶桨叶，剪切力小，可产生对流循环及湍流扩散，使溶剂排出的同时，石油树脂裹覆在硅灰石纤维表面，形成疏松的硅灰石纤维；
（5）将步骤（4）得到的表面裹覆石油树脂的硅灰石纤维送入冲击式制粉机中，呈纤维集束状的硅灰石在1200-1500r/min的转速下进行松解、剥离，将粘接在一起的硅灰石纤维集束打开，使其逐渐分散成单根硅灰石纤维，每根硅灰石纤维表面裹覆石油树脂，从而得到一种柔性的硅灰石纤维。
实施例4
（1）将硅灰石纤维浸没到 聚乙烯亚胺液中，在温度为40-60℃的条件下反应2h，然后滤干得到氨基硅灰石纤维，其中聚乙烯亚胺具有每链1000至10000的伯氨基官能度，体积浓度为15%，具有极性基团氨基和疏水基乙烯基结构，与硅灰石纤维界面结合发生氨基化反应，从而激活硅灰石的界面活性；
（2）步骤（1）得到的氨基硅灰石纤维用油酸浸泡4天，滤干备用；
（3）将10重量份的乙烯-乙烯醇共聚物溶于50重量份的二甲基亚砜，经混合搅拌后完全溶解，与步骤（2）得到的85重量份的硅灰石纤维混合，以50-100rmp的速度搅拌15-25min，形成湿润状；
（4）将步骤（3）得到的湿润状硅灰石纤维送入烘干机，设置真空度0.08-0.12MPa，温度为60-80℃，采用径流型搅拌桨叶，桨叶前端带有后掠角的大宽叶桨叶，剪切力小，可产生对流循环及湍流扩散，使溶剂排出的同时，石油树脂裹覆在硅灰石纤维表面，形成疏松的硅灰石纤维；
（5）将步骤（4）得到的表面裹覆石油树脂的硅灰石纤维送入冲击式制粉机中，呈纤维集束状的硅灰石在1200-1500r/min的转速下进行松解、剥离，将粘接在一起的硅灰石纤维集束打开，使其逐渐分散成单根硅灰石纤维，每根硅灰石纤维表面裹覆石油树脂，从而得到一种柔性的硅灰石纤维。
Claims (3)
1.一种使硅灰石纤维柔性化的方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）将硅灰石纤维浸没到聚乙烯亚胺液中，在温度为40-60℃的条件下反应1-2h，然后滤干得到氨基硅灰石纤维，其中聚乙烯亚胺具有每链1000至10000的伯氨基和/ 或仲氨基的官能度，体积浓度为15-20%，具有极性基团氨基和疏水基乙烯基结构，与硅灰石纤维界面结合发生氨基化反应，从而激活硅灰石的界面活性；
（2）步骤（1）得到的氨基硅灰石纤维用油酸浸泡2-5天，滤干备用；
（3）将5-10 重量份的树脂溶于50-60 重量份的溶剂，经混合搅拌后完全溶解，与步骤（2）得到的85-95重量份的硅灰石纤维混合，以50-100rpm的速度搅拌15-25min，形成湿润状；其中所述的树脂为石油树脂或乙烯-乙烯醇共聚物、氯化聚乙烯、聚酰胺中的一种；
（4）将步骤（3）得到的湿润状硅灰石纤维送入烘干机，设置真空度0.08-0.12MPa，温度为60-80℃，采用径流型搅拌桨叶，桨叶前端带有后掠角的大宽叶桨叶，剪切力小，可产生对流循环及湍流扩散，使溶剂排出的同时树脂裹覆在硅灰石纤维表面，形成疏松的硅灰石纤维；
（5）将步骤（4）得到的表面裹覆树脂的硅灰石纤维送入冲击式制粉机中，呈纤维集束状的硅灰石在1200-1500r/min的转速下进行松解、剥离，将粘接在一起的硅灰石纤维集束打开，使其逐渐分散成单根硅灰石纤维，每根硅灰石纤维表面裹覆树脂，从而得到一种柔性的硅灰石纤维。
2.根据权利要求1所述一种使硅灰石纤维柔性化的方法，其特征在于：制备方法步骤（1）所述的聚乙烯亚胺优选含有羟基的聚乙烯亚胺。
3.根据权利要求1所述一种使硅灰石纤维柔性化的方法，其特征在于：制备方法步骤（3）所述的溶剂为二甲基亚砜、N- 甲基吡咯烷酮中的一种。
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