CN106147030A - 一种耐候抗氧化玄武岩纤维增强聚丙烯材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐候抗氧化玄武岩纤维增强聚丙烯材料的制备方法，属于塑料制备领域。该方法从薯莨中提取单宁类抗氧化物，再水蒸气蒸馏提取大蒜抗氧化油和玄武岩纤维混合后用猪粪堆置发酵改性，再和聚丙烯等混炼后挤出造粒，即得耐候抗氧化玄武岩纤维增强聚丙烯材料。本发明利用大蒜油中富含的酯基和猪粪中的微生物对玄武岩纤维表面改性，增加其表面疏水性基团数量，使玄武岩纤维和聚丙烯基体间的结合力增加，解决了目前增强聚丙烯的方法中由于填料与基体材料间相容性差，使增强后的聚丙烯材料变得韧性降低，脆性增加的问题，并且天然抗氧化成分和玄武岩纤维的加入又增强了传统聚丙烯材料的耐候性、抗冲击强度和抗氧化能力，具有广阔的应用前景。

Description

一种耐候抗氧化玄武岩纤维增强聚丙烯材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐候抗氧化玄武岩纤维增强聚丙烯材料的制备方法，属于塑料制备领域。
背景技术
聚丙烯材料无毒、无味，密度小，强度、刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯，可在100℃左右使用，具有良好的介电性能和高频绝缘性且不受湿度影响，但低温时变脆，不耐磨、易老化。适于制作一般机械零件、耐腐蚀零件和绝缘零件。常见的酸、碱等有机溶剂对它几乎不起作用，可用于食具。该材料的制品耐寒性差，低温冲击强度低。制品在使用中易受光、热和氧的作用而老化、耐候性差易燃烧、韧性不好，静电度高，染色性、印刷性和黏合性差等缺点。
现如今，最典型的聚合物复合材料的增强材料为玻璃纤维。这种纤维拥有较低的价格，较好的强度特性和与基体之间相对良好的界面粘附性，但玻璃纤维的生产工艺对于人体有一定的伤害，其生产过程中所产生的悬浮物质对于人体的呼吸道有强烈的刺激作用，对于皮肤敏感的人也有不良反应。碳纤维多应用于更具特殊性和要求相对较高的场合，比如航空航天技术领域、军事领域和体育运动领域等。然而，碳纤维所生产的产品成本比玻璃纤维要高出一个数量级，并且碳纤维与基体之间的粘合性不是很好。近些年来，天然纤维的应用研究也取得了一定的进展，因为天然纤维具有较好的力学性能和相对较低的价格，并且具有可生物降解性。相比于传统的玻璃纤维以及碳纤维，玄武岩纤维的矿物源的获得已经受到了越来越广泛的关注，由于玄武岩纤维的基础是火山喷出地表的玄武岩，它只有一些优异的性质：除了具有高的的弹性模量和出色的耐热性能，玄武岩纤维还具有声学阻力和隔离震动的特性；此外，还具备良好的绝缘性能，这也是其在建筑领域作为绝缘材料广泛应用的原因。但是目前常见增强聚丙烯的方法中多是直接加入了增强填料，由于填料与基体材料之间的相容性差，使增强后的聚丙烯材料变得韧性降低，脆性增加，易潮，易变形，可塑性差。
发明内容
针对目前聚丙烯材料耐候性差、抗冲击强度低、易受热和阳光照射氧化的问题以及目前常见增强聚丙烯的方法中多是直接加入了增强填料，由于填料与基体材料之间的相容性差，使增强后的聚丙烯材料变得韧性降低，脆性增加，易潮，易变形，可塑性差的缺陷，提供了一种耐候抗氧化玄武岩纤维增强聚丙烯材料的制备方法。该方法从薯莨中提取单宁类抗氧化物，再水蒸气蒸馏提取大蒜抗氧化油和玄武岩纤维混合后用猪粪堆置发酵改性，再和聚丙烯等混炼后挤出造粒，即得耐候抗氧化玄武岩纤维增强聚丙烯材料。本发明利用大蒜油中富含的酯基和猪粪中的微生物对玄武岩纤维表面改性，增加其表面疏水性基团数量，使玄武岩纤维和聚丙烯基体间的结合力增加，解决了目前常见增强聚丙烯的方法中多是直接加入了增强填料，由于填料与基体材料之间的相容性差，使增强后的聚丙烯材料变得韧性降低，脆性增加，易潮，易变形，可塑性差的问题，并且天然抗氧化成分和玄武岩纤维的加入又增强了传统聚丙烯材料的耐候性、抗冲击强度和抗氧化能力，具有广阔的应用前景。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）称取30～40g薯莨块茎粉碎后装入烧杯，向烧杯中加入300～400mL质量浓度为70%乙醇溶液，放入超声振荡仪中，在60～70℃下以200～300W功率超声提取1～2h后过滤分离得到滤液，再将滤液放入旋转蒸发仪中在70～80℃下旋蒸浓缩40～50min，得到膏状薯莨抗氧化物，备用；
（2）称取300～400g大蒜放入刚玉研钵中研磨捣碎成蒜泥，再将蒜泥放入水蒸气蒸馏装置中，在90～95℃下蒸馏提取2～3h，收集冷凝提取液并装入烧杯中并将烧杯放入冰箱在4～6℃下静置分层10～12h，最后分离得到上层大蒜抗氧化油；
（3）按重量份数计称取100～200份玄武岩纤维、30～40份备用的膏状薯莨抗氧化物和80～90份上述大蒜抗氧化油混合均匀后得到浆状混合物，将其堆放在保鲜膜上，再用纱布遮盖住浆状混合物后用猪粪覆盖，猪粪堆覆厚度为5～10cm，堆覆完成后在35～40℃下堆肥发酵改性2～3周；
（4）改性结束后，移除纱布及其表面猪粪，将纱布遮盖的混合物放入布氏漏斗，依次用无水乙醇和去离子水抽滤洗涤20～30min，分离得到滤渣并放入烘箱干燥后即得改性耐候抗氧化玄武岩纤维填料；
（5）按重量份数计称取55～65份聚丙烯、15～25份改性耐候抗氧化玄武岩纤维填料、5～8份阿拉伯胶和1～3份纳米氧化锌混合后装入混炼机中，加热升温至115～125℃混炼15～20min，再将混炼后的物料转入双螺杆挤出机中挤压造粒，出料后自然冷却干燥后即得耐候抗氧化玄武岩纤维增强聚丙烯材料。
本发明的原理是：玄武岩纤维本身具有在高温下强度保持率高、尺寸稳定、抗热震性、化学稳定性、抗冲击强度高的优点，再通过富含疏水基团的抗氧化油改性，提高了玄武岩纤维和聚合物基体间的结合力，再通过掺杂天然抗氧化成分、纳米无机氧化物，使其耐候性、抗冲击强度和抗氧化能力均有提高，最后制得耐候、抗氧化且韧性强的聚丙烯材料。
本发明的有益效果是：
（1）本发明制得的耐候抗氧化玄武岩纤维增强聚丙烯材料抗冲击强度是传统聚丙烯材料的3～5倍，弯曲模量比传统聚丙烯材料提高了60～70%；
（2）本发明制得的耐候抗氧化玄武岩纤维增强聚丙烯材料抗氧化性能极佳，使用寿命比传统聚丙烯材料延长了3～5年。
具体实施方式
称取30～40g薯莨块茎粉碎后装入烧杯，向烧杯中加入300～400mL质量浓度为70%乙醇溶液，放入超声振荡仪中，在60～70℃下以200～300W功率超声提取1～2h后过滤分离得到滤液，再将滤液放入旋转蒸发仪中在70～80℃下旋蒸浓缩40～50min，得到膏状薯莨抗氧化物，备用；称取300～400g大蒜放入刚玉研钵中研磨捣碎成蒜泥，再将蒜泥放入水蒸气蒸馏装置中，在90～95℃下蒸馏提取2～3h，收集冷凝提取液并装入烧杯中并将烧杯放入冰箱在4～6℃下静置分层10～12h，最后分离得到上层大蒜抗氧化油；按重量份数计称取100～200份玄武岩纤维、30～40份备用的膏状薯莨抗氧化物和80～90份上述大蒜抗氧化油混合均匀后得到浆状混合物，将其堆放在保鲜膜上，再用纱布遮盖住浆状混合物后用猪粪覆盖，猪粪堆覆厚度为5～10cm，堆覆完成后在35～40℃下堆肥发酵改性2～3周；改性结束后，移除纱布及其表面猪粪，将纱布遮盖的混合物放入布氏漏斗，依次用无水乙醇和去离子水抽滤洗涤20～30min，分离得到滤渣并放入烘箱干燥后即得改性耐候抗氧化玄武岩纤维填料；按重量份数计称取55～65份聚丙烯、15～25份改性耐候抗氧化玄武岩纤维填料、5～8份阿拉伯胶和1～3份纳米氧化锌混合后装入混炼机中，加热升温至115～125℃混炼15～20min，再将混炼后的物料转入双螺杆挤出机中挤压造粒，出料后自然冷却干燥后即得耐候抗氧化玄武岩纤维增强聚丙烯材料。
实例1
称取30g薯莨块茎粉碎后装入烧杯，向烧杯中加入300mL质量浓度为70%乙醇溶液，放入超声振荡仪中，在60℃下以200W功率超声提取1h后过滤分离得到滤液，再将滤液放入旋转蒸发仪中在70℃下旋蒸浓缩40min，得到膏状薯莨抗氧化物，备用；称取300g大蒜放入刚玉研钵中研磨捣碎成蒜泥，再将蒜泥放入水蒸气蒸馏装置中，在90℃下蒸馏提取2h，收集冷凝提取液并装入烧杯中并将烧杯放入冰箱在4℃下静置分层10h，最后分离得到上层大蒜抗氧化油；按重量份数计称取100份玄武岩纤维、30份备用的膏状薯莨抗氧化物和80份上述大蒜抗氧化油混合均匀后得到浆状混合物，将其堆放在保鲜膜上，再用纱布遮盖住浆状混合物后用猪粪覆盖，猪粪堆覆厚度为5cm，堆覆完成后在35℃下堆肥发酵改性2周；改性结束后，移除纱布及其表面猪粪，将纱布遮盖的混合物放入布氏漏斗，依次用无水乙醇和去离子水抽滤洗涤20min，分离得到滤渣并放入烘箱干燥后即得改性耐候抗氧化玄武岩纤维填料；按重量份数计称取55份聚丙烯、15份改性耐候抗氧化玄武岩纤维填料、5份阿拉伯胶和1份纳米氧化锌混合后装入混炼机中，加热升温至115℃混炼15min，再将混炼后的物料转入双螺杆挤出机中挤压造粒，出料后自然冷却干燥后即得耐候抗氧化玄武岩纤维增强聚丙烯材料。
本发明的原理是：玄武岩纤维本身具有在高温下强度保持率高、尺寸稳定、抗热震性、化学稳定性、抗冲击强度高的优点，再通过富含疏水基团的抗氧化油改性，提高了玄武岩纤维和聚合物基体间的结合力，再通过掺杂天然抗氧化成分、纳米无机氧化物，使其耐候性、抗冲击强度和抗氧化能力均有提高，最后制得耐候、抗氧化且韧性强的聚丙烯材料。
实例2
称取35g薯莨块茎粉碎后装入烧杯，向烧杯中加入350mL质量浓度为70%乙醇溶液，放入超声振荡仪中，在65℃下以250W功率超声提取1h后过滤分离得到滤液，再将滤液放入旋转蒸发仪中在75℃下旋蒸浓缩45min，得到膏状薯莨抗氧化物，备用；称取350g大蒜放入刚玉研钵中研磨捣碎成蒜泥，再将蒜泥放入水蒸气蒸馏装置中，在93℃下蒸馏提取2h，收集冷凝提取液并装入烧杯中并将烧杯放入冰箱在5℃下静置分层11h，最后分离得到上层大蒜抗氧化油；按重量份数计称取150份玄武岩纤维、35份备用的膏状薯莨抗氧化物和85份上述大蒜抗氧化油混合均匀后得到浆状混合物，将其堆放在保鲜膜上，再用纱布遮盖住浆状混合物后用猪粪覆盖，猪粪堆覆厚度为8cm，堆覆完成后在38℃下堆肥发酵改性2周；改性结束后，移除纱布及其表面猪粪，将纱布遮盖的混合物放入布氏漏斗，依次用无水乙醇和去离子水抽滤洗涤25min，分离得到滤渣并放入烘箱干燥后即得改性耐候抗氧化玄武岩纤维填料；按重量份数计称取60份聚丙烯、20份改性耐候抗氧化玄武岩纤维填料、7份阿拉伯胶和2份纳米氧化锌混合后装入混炼机中，加热升温至120℃混炼18min，再将混炼后的物料转入双螺杆挤出机中挤压造粒，出料后自然冷却干燥后即得耐候抗氧化玄武岩纤维增强聚丙烯材料。
本发明的原理是：玄武岩纤维本身具有在高温下强度保持率高、尺寸稳定、抗热震性、化学稳定性、抗冲击强度高的优点，再通过富含疏水基团的抗氧化油改性，提高了玄武岩纤维和聚合物基体间的结合力，再通过掺杂天然抗氧化成分、纳米无机氧化物，使其耐候性、抗冲击强度和抗氧化能力均有提高，最后制得耐候、抗氧化且韧性强的聚丙烯材料。
实例3
称取40g薯莨块茎粉碎后装入烧杯，向烧杯中加入400mL质量浓度为70%乙醇溶液，放入超声振荡仪中，在70℃下以300W功率超声提取2h后过滤分离得到滤液，再将滤液放入旋转蒸发仪中在80℃下旋蒸浓缩50min，得到膏状薯莨抗氧化物，备用；称取400g大蒜放入刚玉研钵中研磨捣碎成蒜泥，再将蒜泥放入水蒸气蒸馏装置中，在95℃下蒸馏提取3h，收集冷凝提取液并装入烧杯中并将烧杯放入冰箱在6℃下静置分层12h，最后分离得到上层大蒜抗氧化油；按重量份数计称取200份玄武岩纤维、40份备用的膏状薯莨抗氧化物和90份上述大蒜抗氧化油混合均匀后得到浆状混合物，将其堆放在保鲜膜上，再用纱布遮盖住浆状混合物后用猪粪覆盖，猪粪堆覆厚度为10cm，堆覆完成后在40℃下堆肥发酵改性3周；改性结束后，移除纱布及其表面猪粪，将纱布遮盖的混合物放入布氏漏斗，依次用无水乙醇和去离子水抽滤洗涤30min，分离得到滤渣并放入烘箱干燥后即得改性耐候抗氧化玄武岩纤维填料；按重量份数计称取65份聚丙烯、25份改性耐候抗氧化玄武岩纤维填料、8份阿拉伯胶和3份纳米氧化锌混合后装入混炼机中，加热升温至125℃混炼20min，再将混炼后的物料转入双螺杆挤出机中挤压造粒，出料后自然冷却干燥后即得耐候抗氧化玄武岩纤维增强聚丙烯材料。
本发明的原理是：玄武岩纤维本身具有在高温下强度保持率高、尺寸稳定、抗热震性、化学稳定性、抗冲击强度高的优点，再通过富含疏水基团的抗氧化油改性，提高了玄武岩纤维和聚合物基体间的结合力，再通过掺杂天然抗氧化成分、纳米无机氧化物，使其耐候性、抗冲击强度和抗氧化能力均有提高，最后制得耐候、抗氧化且韧性强的聚丙烯材料。

Claims (1)

1.一种耐候抗氧化玄武岩纤维增强聚丙烯材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取30～40g薯莨块茎粉碎后装入烧杯，向烧杯中加入300～400mL质量浓度为70%乙醇溶液，放入超声振荡仪中，在60～70℃下以200～300W功率超声提取1～2h后过滤分离得到滤液，再将滤液放入旋转蒸发仪中在70～80℃下旋蒸浓缩40～50min，得到膏状薯莨抗氧化物，备用；
（2）称取300～400g大蒜放入刚玉研钵中研磨捣碎成蒜泥，再将蒜泥放入水蒸气蒸馏装置中，在90～95℃下蒸馏提取2～3h，收集冷凝提取液并装入烧杯中并将烧杯放入冰箱在4～6℃下静置分层10～12h，最后分离得到上层大蒜抗氧化油；
（3）按重量份数计称取100～200份玄武岩纤维、30～40份备用的膏状薯莨抗氧化物和80～90份上述大蒜抗氧化油混合均匀后得到浆状混合物，将其堆放在保鲜膜上，再用纱布遮盖住浆状混合物后用猪粪覆盖，猪粪堆覆厚度为5～10cm，堆覆完成后在35～40℃下堆肥发酵改性2～3周；
（4）改性结束后，移除纱布及其表面猪粪，将纱布遮盖的混合物放入布氏漏斗，依次用无水乙醇和去离子水抽滤洗涤20～30min，分离得到滤渣并放入烘箱干燥后即得改性耐候抗氧化玄武岩纤维填料；
（5）按重量份数计称取55～65份聚丙烯、15～25份改性耐候抗氧化玄武岩纤维填料、5～8份阿拉伯胶和1～3份纳米氧化锌混合后装入混炼机中，加热升温至115～125℃混炼15～20min，再将混炼后的物料转入双螺杆挤出机中挤压造粒，出料后自然冷却干燥后即得耐候抗氧化玄武岩纤维增强聚丙烯材料。
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