CN105713270B - 利用回收轮胎脱硫橡胶粉末和木粉制备的复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种木粉‑橡胶复合材料的制备方法,主要原料是回收轮胎脱硫橡胶粉末和废弃生物质粉末,添加适量的添加剂和氯化橡胶相容剂,经过注射成型加工,制得木粉‑橡胶复合材料。由于回收轮胎橡胶经过脱硫过程破坏了原有硫化橡胶的三维高分子的分子结构,适当地降低了分子量,在氯化橡胶相容剂的作用下,这种橡胶‑木粉混合原料可以采用注射成型加工。本发明的木粉‑橡胶复合材料成本低、防虫防腐,易于加工。因其兼具木材和橡胶的优良性能,以及对环境友好、可回收利用的特点,可广泛应用于地板、栅栏,车船用材等许多领域,并且这种木粉‑橡胶复合材料的加工工艺简单、容易实施,改性效果良好。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料及其改性领域,更具体涉及一种利用回收轮胎脱硫橡胶粉末和木粉制备的复合材料。
背景技术
随着汽车工业的发展以及私人汽车的普及,每年会产生大量的废弃轮胎。废弃轮胎回收橡胶的利用目前主要有高温裂解,作为燃料回收,也有将废弃轮胎回收橡胶破碎成胶粉掺入沥青、水泥用来铺设道路,这些回收方法附加价值很低。还有人用高温动态脱硫技术把轮胎回收胶料脱硫后再利用,但是高温脱硫污染严重,回收得到的胶料臭味难闻,难以推广应用。回收轮胎经过无污染的真空脱硫技术处理获得的回收橡胶无气味,可以采用注射成型加工。
木粉是生物质材料加工过程产生的废弃物,主要含有纤维素、半纤维素和木质素等天然高分子组分,富含羟基与酚羟基,不容易和非极性的高分子材料复合。木粉-橡胶复合材料是指以植物纤维(木粉,竹粉,稻壳或秸秆粉末)和回收轮胎脱硫橡胶为基本原料,添加相应的助剂,通过挤出,压制或注射成型制得的一种复合材料。木粉-橡胶复合材料,成本低、防虫防腐,易于加工,因其兼具木材和橡胶的优良性能,以及对环境友好、可回收利用的特点,可广泛应用于地板、栅栏,车船用材,橡胶运动场跑道材料等诸多领域。
本发明利用回收轮胎脱硫橡胶经过无污染真空脱硫工艺破坏橡胶三维结构,适当地降低了分子量,采用天然生物质废弃物粉末与回收脱硫橡胶粉末经过注射机复合射出,制备复合材料;通过两种原料的复合,木粉-橡胶复合材料的某些力学性能和加工性能得到改善,为回收轮胎橡胶、废弃生物质原料木粉的高附加值利用开辟了新的途径。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足,提供一种利用回收轮胎脱硫橡胶粉末和木粉制备的复合材料。所制得的木粉-橡胶复合材料成本低、防虫防腐,易于加工,兼具木材和橡胶的优良性能,对环境友好、可回收利用等,可广泛应用于地板、栅栏,车船用材等诸多领域。
为实现上述发明目的,本发明采用如下技术方案:
一种利用回收轮胎脱硫橡胶粉末和木粉制备的复合材料,其原料组成按重量份数计为:
回收轮胎脱硫橡胶粉末 100份,
木粉 5-50份,
木粉表面处理剂 2-15份,
氯化橡胶 1-30份,
引发剂 0.5-3.0份,
硫化剂 0.05-0.08份。
所述的回收轮胎脱硫橡胶粉末是将回收轮胎经过真空脱硫技术处理获得的。
所述的木粉是将生物质材料经过机械粉碎,过80-200目筛,获得的粉末。
所述的生物质材料包括木材、竹材、稻壳和秸秆。
所述的木粉表面处理剂是异氰酸酯、硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂或硬脂酸中的一种或多种。
所述的氯化橡胶是利用回收轮胎脱硫橡胶粉末经过氯化制得的含氯量大于15wt%的氯化橡胶;具体制备方法见申请号为201410821944.5的中国专利申请。
所述的引发剂是过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物或偶氮二异丁腈。
所述的硫化剂是三烯丙基异三聚氰酸酯或间苯撑双马来酰亚胺。
一种制备如上所述的复合材料的方法,具体步骤为:
1)将木粉在100℃ 烘箱真空干燥3-5小时;
2)将步骤1)干燥好的木粉和木粉表面处理剂加入到高速混合机,再加热升温至80℃,高速搅拌混合;所述的高速为搅拌速度≥1000 r/min;
3)将回收轮胎脱硫橡胶粉末,步骤2)改性木粉,氯化橡胶,引发剂和硫化剂一起加入混合机,高速混合10min;所述的高速为搅拌速度≥1000 r/min;
4)将步骤3)的混合物料放入塑胶注射成型机(M-650BSL-SJ),升温至85-95℃,维持10-15min,注射机各段温度从料筒到口模依次为160℃,163℃,165℃,射出制备颗粒状脱硫橡胶-木粉复合材料;
5)将步骤4)制得的颗粒状脱硫橡胶-木粉复合材料压膜,制成标准样片,进行材料力学性能测试。
本发明的显著优点:
1)本发明所采用的主要原料是经过无污染的真空脱硫技术得到的回收橡胶和生物质材料加工的废弃物,为回收轮胎橡胶和生物质废弃物的高附加值利用开辟了新的途径;
2)传统的橡胶制品加工只能通过开炼、密炼后再模压成型,无法采用注射成型加工技术;本发明的木粉-橡胶复合材料中的橡胶组分是回收轮胎经过无污染脱硫之后的粉末,脱硫过程破坏了原有硫化橡胶的三维高分子的分子结构,适当地降低了分子量,使得这种橡胶-木粉混合原料可以采用注射成型加工工艺,制备方法简单、高效;
3)未经改性的木粉-脱硫橡胶复合材料中,木粉纤维间由于氢键作用倾向于团聚,难以均匀地在脱硫橡胶基体中分散开来,同时两者界面的粘合性差,复合材料的力学性能和加工性能均不理想;而本发明制备木粉-橡胶复合材料,预先对木粉进行表面改性处理,又使用氯化橡胶为非极性的橡胶粉末与富含羟基,酚羟基等极性基团木粉的相容剂,促进两种原料的复合;通过两种原料的复合, 木粉-橡胶复合材料的某些力学性能和加工性能得到改善,可以依据材料使用的需要,选用适当的橡胶木粉原料的配比,再适当选用不同含氯量的氯化橡胶或调整氯化橡胶的添加份额、改变加工工艺,制得的木粉-橡胶复合材料的力学性能在一定区间内变动,得到性能不同的木粉-橡胶复合材料系列产品,拓展木粉-橡胶复合材料的应用领域;
4)本发明所采用的原料不仅没有污染环境,还可以产生良好的经济效益,成本低廉,可减少石油化工或天然橡胶的用量,又充分利用生物质废弃物可再生资源,有利于低碳经济,可持续发展;
5)本发明的制备方法将对废弃轮胎和生物质废弃物资源高附加值利用开辟了新领域,有助于解决废弃轮胎和废弃生物质材料综合利用的环保问题,又能提高回收废弃轮胎的经济效益,可以进一步降低高分子复合材料的成本;并且这种木粉-橡胶复合材料的加工工艺简单、容易实施,改性效果良好。
具体实施方式
为进一步公开而不是限制本发明,以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。
制备方法为:
1)将木粉在100℃ 烘箱真空干燥3-5小时;
2)将步骤1)干燥好的木粉和木粉表面处理剂加入到高速混合机,再加热升温至80℃,高速搅拌混合;
3)将回收轮胎脱硫橡胶粉末,步骤2)改性木粉,氯化橡胶,引发剂和硫化剂一起加入混合机,高速混合10min;
4)将步骤3)的混合物料放入塑胶注射成型机(M-650BSL-SJ),升温至85-95℃,维持10-15min,注射机各段温度从料筒到口模依次为160℃,163℃,165℃,射出制备颗粒状脱硫橡胶-木粉复合材料;
5)将步骤4)制得的颗粒状脱硫橡胶-木粉复合材料压膜,制成标准样片,进行材料力学性能测试。
原料与仪器设备:
原料:制备氯化橡胶的原料——无污染脱硫技术得到回收轮胎橡胶胶粉由上海德伴高分子材料有限公司提供;氯化橡胶(含氯30%),芜湖融汇化工有限公司提供;木粉,福建闽侯华峰材料有限公司;甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI),AR 上海试剂一厂;过氧化苯甲酰,山东邹平恒泰化工有限公司,二叔丁基过氧化物DTBP, 东营市海京化工有限公司;三烯丙基异三聚氰酸酯或间苯撑双马来酰亚胺,江苏华星新材料科技有限公司;其他添加剂:为工业品,市售。
仪器设备:电热恒温鼓风干燥箱:DHG-9036A,上海精宏实验设备有限公司;高速混合机:SHR-10A,张家港市轻工机械厂有限公司;M-650BSL-SJ塑胶注射成型机,日本住友重机株式会社;CMT-4104型微机控制万能电子试验机,深圳新三思材料检测有限公司,参照国标GB/T1040-2006测定拉伸强度,拉伸速率10mm/min;参照国标GB/T9341-2000测定弯曲强度;硬度:绍尔A型硬度计;粉末压片机,FW-4A 型,天津市拓普仪器有限公司;性能测试按GB1040-2006 测定拉伸强度和断裂伸长率;所有试样均经过 24 h 时效处理后进行测试。
实施例1
添加脱硫橡胶重量10%改性木粉的复合材料
一种利用回收轮胎脱硫橡胶粉末和木粉制备的复合材料,其原料组成按重量份数计为:
回收轮胎脱硫橡胶粉末 100份,
木粉 10份,
木粉表面处理剂 0.5份,
氯化橡胶 10份,
引发剂 0.5份,
硫化剂 0.08份。
制备方法为:
1)将100g木粉在100℃ 烘箱真空干燥4小时;
2)将步骤1)干燥好的木粉和5g木粉表面处理剂加入到高速混合机,再加热升温至80℃,1000 r/min搅拌混合;
3)将1000g回收轮胎脱硫橡胶粉末,步骤2)改性木粉,100g氯化橡胶,5g过氧化苯甲酰和0.8 g三烯丙基异三聚氰酸酯一起加入混合机,1000 r/min混合10min;
4)将步骤3)的混合物料放入塑胶注射成型机(M-650BSL-SJ),升温至95℃,维持15min,注射机各段温度从料筒到口模依次为160℃,163℃,165℃,射出制备颗粒状脱硫橡胶-木粉复合材料;
5)将步骤4)制得的颗粒状脱硫橡胶-木粉复合材料压膜,制成标准样片,进行材料力学性能测试。
实施例2
添加脱硫橡胶重量20%改性木粉的复合材料
一种利用回收轮胎脱硫橡胶粉末和木粉制备的复合材料,其原料组成按重量份数计为:
回收轮胎脱硫橡胶粉末 100份,
木粉 20份,
木粉表面处理剂 0.7份,
氯化橡胶 10份,
引发剂 0.5份,
硫化剂 0.05份。
制备方法为:
1)将200g木粉在100℃ 烘箱真空干燥5小时;
2)将步骤1)干燥好的木粉和7g木粉表面处理剂加入到高速混合机,再加热升温至80℃,1500 r/min搅拌混合;
3)将1000g回收轮胎脱硫橡胶粉末,步骤2)改性木粉,100g氯化橡胶,5g过氧化苯甲酰和0.5 g间苯撑双马来酰亚胺一起加入混合机,1500 r/min混合10min;
4)将步骤3)的混合物料放入塑胶注射成型机(M-650BSL-SJ),升温至95℃,维持15min,注射机各段温度从料筒到口模依次为160℃,163℃,165℃,射出制备颗粒状脱硫橡胶-木粉复合材料;
5)将步骤4)制得的颗粒状脱硫橡胶-木粉复合材料压膜,制成标准样片,进行材料力学性能测试。
实施例3
添加脱硫橡胶重量20%改性木粉的复合材料
一种利用回收轮胎脱硫橡胶粉末和木粉制备的复合材料,其原料组成按重量份数计为:
回收轮胎脱硫橡胶粉末 100 份,
木粉 30份,
木粉表面处理剂 1份,
氯化橡胶 10份,
引发剂 0.5份,
硫化剂 0.08份。
制备方法为:
1)将300g木粉在100℃ 烘箱真空干燥5小时;
2)将步骤1)干燥好的木粉和10g木粉表面处理剂加入到高速混合机,再加热升温至80℃,1000 r/min搅拌混合;
3)将1000g回收轮胎脱硫橡胶粉末,步骤2)改性木粉,100g氯化橡胶,5g过氧化苯甲酰和0.8g三烯丙基异三聚氰酸酯一起加入混合机,1000 r/min混合10min;
4)将步骤3)的混合物料放入塑胶注射成型机(M-650BSL-SJ),升温至95℃,维持15min,注射机各段温度从料筒到口模依次为160℃,163℃,165℃,射出制备颗粒状脱硫橡胶-木粉复合材料;
5)将步骤4)制得的颗粒状脱硫橡胶-木粉复合材料压膜,制成标准样片,进行材料力学性能测试。
对比实施例1
原料配方与实施例1相比,不同点在于:不添加木粉和木粉表面处理剂;
制备方法为:
1)将1000g回收轮胎脱硫橡胶粉末, 100g氯化橡胶,5g过氧化苯甲酰和0.8 g三烯丙基异三聚氰酸酯一起加入混合机,1000 r/min混合10min;
2)将步骤1)的混合物料放入塑胶注射成型机(M-650BSL-SJ),升温至95℃,维持15min,注射机各段温度从料筒到口模依次为160℃,163℃,165℃,射出制备颗粒状脱硫橡胶-木粉复合材料;
5)将步骤4)制得的颗粒状脱硫橡胶-木粉复合材料压膜,制成标准样片,进行材料力学性能测试。
对比实施例2
原料配方与实施例1相比,不同点在于:不添加氯化橡胶作为相容剂;
制备方法为:
1)将100g木粉在100℃ 烘箱真空干燥4小时;
2)将步骤1)干燥好的木粉和5g木粉表面处理剂加入到高速混合机,再加热升温至80℃,1000 r/min搅拌混合;
3)将1000g回收轮胎脱硫橡胶粉末,步骤2)改性木粉,5g过氧化苯甲酰和0.8 g三烯丙基异三聚氰酸酯一起加入混合机,1000 r/min混合10min;
4)将步骤3)的混合物料放入塑胶注射成型机(M-650BSL-SJ),升温至95℃,维持15min,注射机各段温度从料筒到口模依次为160℃,163℃,165℃,射出制备颗粒状脱硫橡胶-木粉复合材料;
5)将步骤4)制得的颗粒状脱硫橡胶-木粉复合材料压膜,制成标准样片,进行材料力学性能测试。
表1利用回收轮胎脱硫橡胶粉末和木粉制备木粉-橡胶复合材料性能比较
将上述实施例和对比实施例的复合材料样片放在温度65℃(温差正负5℃),450瓦紫外光照射快速老化设备中放置72小时后测试这些样片的力学性能,结果见表2。
表2利用回收轮胎脱硫橡胶粉末和木粉制备木粉-橡胶复合材料样片经过紫外光照射后性能比较
实验结果表明适量添加木粉对橡胶-木粉复合材料的综合性能产生较好的影响,木粉中木质素组分提高了复合材料耐老化性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (7)
1.一种利用回收轮胎脱硫橡胶粉末和木粉制备的复合材料,其特征在于:其原料组成
按重量份数计为:
回收轮胎脱硫橡胶粉末 100份,
木粉 5-50份,
木粉表面处理剂 2-15份,
氯化橡胶 1-30份,
引发剂 0.5-3.0份,
硫化剂 0.05-0.08份;
所述的木粉表面处理剂是异氰酸酯、硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂或硬
脂酸中的一种或多种;
所述的氯化橡胶是利用回收轮胎脱硫橡胶粉末经过氯化制得的含氯量大于15wt%的
氯化橡胶。
2.根据权利要求1所述的利用回收轮胎脱硫橡胶粉末和木粉制备的复合材料,其特征
在于:所述的回收轮胎脱硫橡胶粉末是将回收轮胎经过真空脱硫技术处理获得的。
3.根据权利要求1所述的利用回收轮胎脱硫橡胶粉末和木粉制备的复合材料,其特征
在于:所述的木粉是将生物质材料经过机械粉碎,过80-200目筛,获得的粉末。
4.根据权利要求3所述的利用回收轮胎脱硫橡胶粉末和木粉制备的复合材料,其特征
在于:所述的生物质材料包括木材、竹材、稻壳和秸秆。
5.根据权利要求1所述的利用回收轮胎脱硫橡胶粉末和木粉制备的复合材料,其特征
在于:所述的引发剂是过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物或偶氮二异丁腈。
6.根据权利要求1所述的利用回收轮胎脱硫橡胶粉末和木粉制备的复合材料,其特征
在于:所述的硫化剂是三烯丙基异三聚氰酸酯或间苯撑双马来酰亚胺。
7.一种制备如权利要求1-6任一项所述的复合材料的方法,其特征在于:具体步骤为:
1)将木粉在100℃ 烘箱真空干燥3-5小时;
2)将步骤1)干燥好的木粉和木粉表面处理剂加入到高速混合机,再加热升温至80℃,
高速搅拌混合;
3)将回收轮胎脱硫橡胶粉末,步骤2)改性木粉,氯化橡胶,引发剂和硫化剂一起加入混
合机,高速混合10min;
4)将步骤3)的混合物料放入塑胶注射成型机,升温至85-95℃,维持10-15min,注射机
各段温度从料筒到口模依次为160℃,163℃,165℃,射出制备颗粒状脱硫橡胶-木粉复合材料;
5)将步骤4)制得的颗粒状脱硫橡胶-木粉复合材料压膜,制成标准样片,进行材料力学
性能测试。
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---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
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