CN108976480A - 一种voc玄武岩纤维的制备方法 - Google Patents

一种voc玄武岩纤维的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种VOC玄武岩纤维的制备方法，本申请引入纳米TiO2，在光催化下改善玄武岩纤维VOC，制备出低VOC的聚烯烃复合材料；稀土元素作用在玄武岩纤维的表面，使得纤维表面附着更多的含氧活性基团，稀土元素作为一个中间媒介，促进玄武岩纤维表面和聚烯烃材料之间产生化学键连接，提高其本身的力学性能；本申请的VOC玄武岩纤维，有利于提高聚烯烃复合材料的物理性能。

Description

一种VOC玄武岩纤维的制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，特别是指一种VOC玄武岩纤维的制备方法。
背景技术
一直以来，玄武岩纤维在高分子材料中有着广泛的应用。玄武岩纤维增韧增强聚烯烃是近年来新研究开发出来的一种热门技术。
鉴于此原因，本申请合成了一种自制的新型玄武岩纤维来改性聚烯烃，它比用市售的玄武岩纤维直接改性聚烯烃的物理性能要好，VOC性能也得到极大的改善，相关文献并未见于报道，这大大扩展了聚烯烃复合材料的应用领域，具有非常现实的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种VOC玄武岩纤维的制备方法，以解决现有的玄武岩纤维的物理性能及VOC性能不高的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种VOC玄武岩纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取一定量的CeCl3·6H2O、乙醇，将CeCl3·6H2O加入至乙醇溶液中，制成CeCl3溶液；
(2)将玄武岩纤维、CeCl3溶液放入到盛有浓硫酸的反应器皿中，将反应器皿置于60-80℃的水浴锅中，反应2-4h，之后用去离子水对表面进行洗涤，直到PH值＝7，将玄武岩纤维放入70-90℃的真空干燥箱中干燥1-3h，既得经过稀土溶液处理过的玄武岩纤维；
(3)称取一定量的经过稀土溶液处理过的玄武岩纤维、纳米TiO2、润滑剂、抗氧剂，混合并搅拌均匀，得到混合料；
(4)将步骤(3)中得到的混合料挤出造粒，即得到VOC玄武岩纤维。
步骤(1)中CeCl3·6H2O、乙醇的质量比为(20-30)：(100-160)。
步骤(2)中干燥后的玄武岩纤维、CeCl3溶液、浓硫酸的质量比为(40-60)： (160-200)：(60-80)。
步骤(3)的润滑剂为芥酸酰胺，抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
步骤(3)的玄武岩纤维、纳米TiO2、润滑剂、抗氧剂的质量比为(20-30)： (2-4)：(0.1-0.3)：(0.2-0.4)。
本发明的有益效果是：
本申请引入纳米TiO2，在光催化下改善玄武岩纤维VOC，制备出低VOC的聚烯烃复合材料。
稀土元素作用在玄武岩纤维的表面，使得纤维表面附着更多的含氧活性基团，稀土元素作为一个中间媒介，促进玄武岩纤维表面和聚烯烃材料之间产生化学键连接，提高其本身的力学性能。
本申请的玄武岩纤维，有利于提高聚烯烃复合材料的物理性能。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
本申请以下各实施例中所用的原料如下：
CeCl3·6H2O，南京细诺化工科技有限公司；乙醇，国药集团化学试剂有限公司；芥酸酰胺，广州皓成化工科技有限公司；玄武岩纤维,浙江石金玄武岩纤维股份有限公司；纳米TiO2，杭州万景新材料有限公司；PBT(型号2002U)，日本宝理；PP(型号Z30S),茂名石化；PE(型号5070)，盘锦乙烯；PA6(型号 CM1017)，日本东丽；PS(型号350)，台湾省国乔；抗氧剂(型号Irganox1010)，瑞士汽巴精化。
本申请以下各实施例所用的测试仪器如下：
ZSK30型双螺杆挤出机，德国W&P公司；JL-1000型拉力试验机，广州市广才实验仪器公司生产；HTL900-T-5B型注射成型机，海太塑料机械有限公司生产；XCJ-500型冲击测试机，承德试验机厂生产；QT-1196型拉伸测试仪，东莞市高泰检测仪器有限公司；QD-GJS-B12K型高速搅拌机，北京恒奥德仪器仪表有限公司。
本申请提供一种VOC玄武岩纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取一定量的CeCl3·6H2O、乙醇，将CeCl3·6H2O加入至乙醇溶液中，制成CeCl3溶液；CeCl3·6H2O、乙醇的质量比为(20-30)：(100-160)。
(2)将玄武岩纤维、CeCl3溶液放入到盛有浓硫酸的反应器皿中，将反应器皿置于60-80℃的水浴锅中，反应2-4h，之后用去离子水对表面进行洗涤，直到PH值＝7，将玄武岩纤维放入70-90℃的真空干燥箱中干燥1-3h，既得经过稀土溶液处理过的玄武岩纤维；干燥后的玄武岩纤维、CeCl3溶液、浓硫酸的质量比为(40-60)：(160-200)：(60-80)。
(3)称取一定量的经过稀土溶液处理过的玄武岩纤维、纳米TiO2、润滑剂、抗氧剂，混合并搅拌均匀，得到混合料；其中，润滑剂为芥酸酰胺，抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；玄武岩纤维、纳米 TiO2、润滑剂、抗氧剂的质量比为(20-30)：(2-4)：(0.1-0.3)：(0.2-0.4)。
(4)将步骤(3)中得到的混合料挤出造粒，即得到VOC玄武岩纤维。
制备例1
(1)称取200gCeCl3·6H2O、1.0kg乙醇，将CeCl3·6H2O加入至乙醇溶液中，制成CeCl3溶液。
(2)将400g玄武岩纤维、1.6kgCeCl3溶液放入到盛有600g浓硫酸的反应器皿中，将反应器皿置于60℃的水浴锅中，反应2h，之后用去离子水对表面进行洗涤，直到PH值＝7，将玄武岩纤维放入70℃的真空干燥箱中干燥1h，既得经过稀土溶液处理过的玄武岩纤维。
(3)称取2.0kg经过稀土溶液处理过的玄武岩纤维、200g纳米TiO2、10g 芥酸酰胺、20gIrganox1010，混合并搅拌均匀，得到混合料；
(4)将步骤(3)中得到的混合料挤出造粒，即得到改性玄武岩纤维P1。
应用例1
取20份P1加入到80份聚丙烯(PP)中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到PP复合材料X1。
其中，双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，第一温度区的温度为 170℃，第二温度区的温度为220℃，第三温度区的温度为230℃，第四温度区的温度为240℃，第五温度区的温度为240℃，第六温度区的温度为240℃，双螺杆挤出机的机头温度为230℃，螺杆转速为220r/min。
对比例1
取20份玄武岩纤维加入到80份聚丙烯(PP)中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到玄武岩纤维/PP复合材料D1。
将上述应用例1及对比例1制备的PP复合材料用注塑机制成样条,其产品性能数据如下表所示:
由上表可以看出：
X1的拉伸强度、弯曲强度、悬臂梁冲击强度、VOC物质含量要比D1的要大，这说明加入P1改性PP比单纯加入玄武岩纤维的物理性能、VOC性能更好。
制备例2
(1)称取300gCeCl3·6H2O、1.6kg乙醇，将CeCl3·6H2O加入至乙醇溶液中，制成CeCl3溶液。
(2)将600g玄武岩纤维、2.0kgCeCl3溶液放入到盛有800g浓硫酸的反应器皿中，将反应器皿置于80℃的水浴锅中，反应4h，之后用去离子水对表面进行洗涤，直到PH值＝7，将玄武岩纤维放入90℃的真空干燥箱中干燥3h，既得经过稀土溶液处理过的玄武岩纤维。
(3)称取3kg经过稀土溶液处理过的玄武岩纤维、400g纳米TiO2、30g芥酸酰胺、40gIrganox1010，混合并搅拌均匀，得到混合料；
(4)将步骤(1)中得到的混合料挤出造粒，即得到改性玄武岩纤维P2。
应用例2
取20份P2加入到80份聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)中，经高混机搅拌 10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到PBT复合材料X2。
其中，双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，第一温度区的温度为 200℃，第二温度区的温度为260℃，第三温度区的温度为260℃，第四温度区的温度为260℃，第五温度区的温度为260℃，第六温度区的温度为260℃，双螺杆挤出机的机头温度为260℃，螺杆转速为300r/min。
对比例2
取20份玄武岩纤维加入到80份PBT中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到玄武岩纤维/PBT复合材料D2。
将上述应用例2及对比例2制备的PBT复合材料用注塑机制成样条,其产品性能数据如下表所示:
由上表可以看出：
X2的拉伸强度、弯曲强度、悬臂梁冲击强度、VOC物质含量要比D2的要大，这说明加入P2改性PBT比单纯加入玄武岩纤维的物理性能、VOC性能更好。
制备例3
(1)称取250gCeCl3·6H2O、1.3kg乙醇，将CeCl3·6H2O加入至乙醇溶液中，制成CeCl3溶液。
(2)将500g玄武岩纤维、1.8kgCeCl3溶液放入到盛有700g浓硫酸的反应器皿中，将反应器皿置于70℃的水浴锅中，反应3h，之后用去离子水对表面进行洗涤，直到PH值＝7，将玄武岩纤维放入80℃的真空干燥箱中干燥2h，既得经过稀土溶液处理过的玄武岩纤维。
(3)称取2.5kg经过稀土溶液处理过的玄武岩纤维、300g纳米TiO2、20g 芥酸酰胺、30gIrganox1010，混合并搅拌均匀，得到混合料；
(4)将步骤(1)中得到的混合料挤出造粒，即得到改性玄武岩纤维P3。
应用例3
取20份P3加入到80份聚乙烯(PE)中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到PE复合材料X3。
其中，双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，第一温度区的温度为 120℃，第二温度区的温度为180℃，第三温度区的温度为180℃，第四温度区的温度为180℃，第五温度区的温度为180℃，第六温度区的温度为180℃，双螺杆挤出机的机头温度为180℃，螺杆转速为300r/min。
对比例3
取20份玄武岩纤维加入到80份PE中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到玄武岩纤维/PE复合材料D3。
将上述应用例3及对比例3制备的PE复合材料用注塑机制成样条,其产品性能数据如下表所示:
由上表可以看出：
X3的拉伸强度、弯曲强度、悬臂梁冲击强度、VOC物质含量要比D3的要大，这说明加入P3改性PE比单纯加入玄武岩纤维的物理性能、VOC性能更好。
制备例4
(1)称取240gCeCl3·6H2O、1.4kg乙醇，将CeCl3·6H2O加入至乙醇溶液中，制成CeCl3溶液。
(2)将550g玄武岩纤维、1.9kgCeCl3溶液放入到盛有650g浓硫酸的反应器皿中，将反应器皿置于65℃的水浴锅中，反应2h，之后用去离子水对表面进行洗涤，直到PH值＝7，将玄武岩纤维放入75℃的真空干燥箱中干燥1h，既得经过稀土溶液处理过的玄武岩纤维。
(3)称取2.4kg经过稀土溶液处理过的玄武岩纤维、280g纳米TiO2、10g 芥酸酰胺、40gIrganox1010，混合并搅拌均匀，得到混合料；
(4)将步骤(1)中得到的混合料挤出造粒，即得到改性玄武岩纤维P4。
应用例4
取20份P4加入到80份聚酰胺6(PA6)中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到PA6复合材料X4。
其中，双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，第一温度区的温度为130℃，第二温度区的温度为260℃，第三温度区的温度为260℃，第四温度区的温度为260℃，第五温度区的温度为260℃，第六温度区的温度为260℃，双螺杆挤出机的机头温度为250℃，螺杆转速为320r/min。
对比例4
取20份玄武岩纤维加入到80份PA6中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到玄武岩纤维/PA6复合材料D4。
将上述应用例4及对比例4制备的PA6复合材料用注塑机制成样条,其产品性能数据如下表所示:
由上表可以看出：
X4的拉伸强度、弯曲强度、悬臂梁冲击强度、VOC物质含量要比D4的要大，这说明加入P4改性PA6比单纯加入玄武岩纤维的物理性能、VOC性能更好。
制备例5
(1)称取220gCeCl3·6H2O、1.5kg乙醇，将CeCl3·6H2O加入至乙醇溶液中，制成CeCl3溶液。
(2)将450g玄武岩纤维、1.7kgCeCl3溶液放入到盛有750g浓硫酸的反应器皿中，将反应器皿置于60℃的水浴锅中，反应4h，之后用去离子水对表面进行洗涤，直到PH值＝7，将玄武岩纤维放入90℃的真空干燥箱中干燥3h，既得经过稀土溶液处理过的玄武岩纤维。
(3)称取2.8kg经过稀土溶液处理过的玄武岩纤维、380g纳米TiO2、26g 芥酸酰胺、30gIrganox1010，混合并搅拌均匀，得到混合料；
(4)将步骤(1)中得到的混合料挤出造粒，即得到改性玄武岩纤维P5。
应用例5
取20份P5加入到80份苯乙烯(PS)中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到PS复合材料X5。
其中，双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，第一温度区的温度为 160℃，第二温度区的温度为200℃，第三温度区的温度为200℃，第四温度区的温度为200℃，第五温度区的温度为200℃，第六温度区的温度为200℃，双螺杆挤出机的机头温度为200℃，螺杆转速为280r/min。
对比例5
取20份玄武岩纤维加入到80份PS中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到玄武岩纤维/PS复合材料D5。
将上述应用例5及对比例5制备的PS复合材料用注塑机制成样条,其产品性能数据如下表所示:
由上表可以看出：
X5的拉伸强度、弯曲强度、悬臂梁冲击强度、VOC物质含量要比D5的要大，这说明加入P5改性PS比单纯加入玄武岩纤维的物理性能、VOC性能更好。
本篇申请描述了一种低VOC玄武岩纤维的制备方法，且制得的聚烯烃材料在物理性能、VOC性能方面也有一定程度的提高，这对于扩展聚烯烃复合材料的应用领域，具有非常重要的意义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (5)

1.一种VOC玄武岩纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取一定量的CeCl3·6H2O、乙醇，将CeCl3·6H2O加入至乙醇溶液中，制成CeCl3溶液；
(2)将玄武岩纤维、CeCl3溶液放入到盛有浓硫酸的反应器皿中，将反应器皿置于60-80℃的水浴锅中，反应2-4h，之后用去离子水对表面进行洗涤，直到PH值＝7，将玄武岩纤维放入70-90℃的真空干燥箱中干燥1-3h，既得经过稀土溶液处理过的玄武岩纤维；
(3)称取一定量的经过稀土溶液处理过的玄武岩纤维、纳米TiO2、润滑剂、抗氧剂，混合并搅拌均匀，得到混合料；
(4)将步骤(3)中得到的混合料挤出造粒，即得到VOC玄武岩纤维。
2.根据权利要求1所述的VOC玄武岩纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中CeCl3·6H2O、乙醇的质量比为(20-30)：(100-160)。
3.根据权利要求1所述的VOC玄武岩纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)中干燥后的玄武岩纤维、CeCl3溶液、浓硫酸的质量比为(40-60)：(160-200)：(60-80)。
4.根据权利要求1所述的VOC玄武岩纤维的制备方法，其特征在于，步骤(3)的润滑剂为芥酸酰胺，抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
5.根据权利要求1所述的VOC玄武岩纤维的制备方法，其特征在于，步骤(3)的玄武岩纤维、纳米TiO2、润滑剂、抗氧剂的质量比为(20-30)：(2-4)：(0.1-0.3)：(0.2-0.4)。
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