CN109608783A - 一种用纳米二氧化硅增强塑料废渣-秸秆纤维木塑复合材料的方法 - Google Patents

一种用纳米二氧化硅增强塑料废渣-秸秆纤维木塑复合材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用纳米二氧化硅增强塑料废渣‑秸秆纤维木塑复合材料的方法，将聚氯乙烯树脂、加工助剂、碳酸钙粉放入烘箱中加热后，与碱处理秸秆纤维粉及硅烷偶联剂溶液处理的玻璃纤维增强塑料废渣、表面接枝改性的纳米二氧化硅粒子加热捏合，放入混炼机中混炼，加热烘干，放入模具中，在热压机中加热加压，冷却，取出，制得纳米二氧化硅增强塑料废渣‑秸秆纤维木塑复合材料。用经偶联剂KH550表面改性的纳米二氧化硅粒子增强木塑复合材料，掺杂纳米二氧化硅粒子使得材料结构的孔洞和间隙减少，复合材料的界面相容性得到了优化，对纤维素结晶过程起成核作用，促进了纤维素结晶。

Description

一种用纳米二氧化硅增强塑料废渣-秸秆纤维木塑复合材料 的方法
技术领域
本发明属于玻璃纤维增强塑料领域，具体涉及一种用纳米二氧化硅增强塑料废渣-秸秆纤维木塑复合材料的方法。
背景技术
焚烧农林废弃物秸秆带来了严重的环境污染，同时，我国还面临着严重的木
材短缺问题。纤维增强热固性塑料在制造过程中分子链交联，不能够重新熔化或溶解，很难回收利用。本发明利用纤维增强热固性塑料玻璃纤维增强塑料废弃物，并利用秸秆纤维代替木纤维，制备聚氯乙烯树脂基木塑复合材料。为解决农林废弃物与热固性纤维增强塑料废渣处理问题找到一条新途径。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种用纳米二氧化硅增强塑料废渣-秸秆纤维木塑复合材料的方法，依照该方法制作的木塑复合材料具有优异的机械性能、耐热性能、防水性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用纳米二氧化硅增强塑料废渣-秸秆纤维木塑复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）硅烷偶联剂溶液处理玻璃纤维增强塑料废渣：
将玻璃纤维增强塑料废弃物用破碎机破碎成粗粉，再用超细粉碎机粉碎成细粉，放入110-120℃干燥箱中烘干7-8h，取出冷却，用研钵研细，过120目筛，向所得25-35份玻璃纤维增强塑料废渣中均匀喷洒硅烷偶联剂KH550溶液，进行预处理改性；
（2）纳米二氧化硅分散改性方法：
将水解液与纳米二氧化硅悬浮液按体积比1:1混合，在80-85℃水浴中高速剪切20-30min，再超声分散25-30min，抽滤、干燥10-12h、研磨，得到表面接枝改性的纳米二氧化硅粒子；
（3）热压工艺：
将90-100份聚氯乙烯树脂、加工助剂、5-10份碳酸钙粉放入90-95℃烘箱中加热10-12h后，与27-30份碱处理秸秆纤维粉及(1)、(2)中所得物料在90-95℃下加热捏合5-10min，放入130-135℃混炼机中混炼4-5min，在80-85℃下加热烘干，放入模具中，在热压机中加热加压15-20min，冷却，取出，制得纳米二氧化硅增强塑料废渣-秸秆纤维木塑复合材料。
进一步的，步骤（2）中水解液的配制：向0.2-0.3份硅烷偶联剂KH550中加入无水乙醇和去离子水，混匀后加氢氧化钠调节pH为9，静置30-35min水解，得到水解液。
进一步的，步骤（2）中纳米二氧化硅悬浮液的配制：将8-10份纳米二氧化硅粉末在100-105℃干燥箱中干燥10-12h，溶于无水乙醇，搅匀形成悬浮液，高速剪切30-40min。
进一步的，步骤（3）中用氢氧化钠溶液处理秸秆纤维：将玉米秸秆剥下外壳，晾干后烘干，用破碎机破碎成粗粉，再用超细粉碎机粉碎成细粉，在浓度为5%的氢氧化钠溶液中密封浸泡45-48h后，滴加醋酸溶液中和，水洗至中性，放入90-95℃烘箱中烘10-12h，得到碱处理秸秆纤维粉。
进一步的，步骤（3）中加工助剂由7-8份ACR-401、4-5份热稳定剂、1-2份聚乙烯蜡、0.6-0.7份硬脂酸组成；热压温度为170-175℃、压力为8-10MPa。
本发明相比现有技术具有以下优点：
通过硅烷偶联剂KH550溶液处理玻璃纤维增强塑料废渣能够进一步提高木塑复合材料的强度；用氢氧化钠溶液处理玉米秸秆纤维，提高玉米秸秆纤维与聚氯乙烯树脂的界面粘结性；玻璃纤维和玉米秸秆纤维在聚氯乙烯树脂基体中构成了物理互锁网络结构，有效提高了复合材料的机械性能、耐热性能、防水性能；用经偶联剂KH550表面改性的纳米二氧化硅粒子增强木塑复合材料，掺杂纳米二氧化硅粒子使得材料结构的孔洞和间隙减少，复合材料的界面相容性得到了优化，对纤维素结晶过程起成核作用，促进了纤维素结晶。
具体实施方式
实施例1
一种用纳米二氧化硅增强塑料废渣-秸秆纤维木塑复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）硅烷偶联剂溶液处理玻璃纤维增强塑料废渣：
将玻璃纤维增强塑料废弃物用破碎机破碎成粗粉，再用超细粉碎机粉碎成细粉，放入110-120℃干燥箱中烘干7h，取出冷却，用研钵研细，过120目筛，向所得25份玻璃纤维增强塑料废渣中均匀喷洒硅烷偶联剂KH550溶液，进行预处理改性；
（2）纳米二氧化硅分散改性方法：
将水解液与纳米二氧化硅悬浮液按体积比1:1混合，在80-85℃水浴中高速剪切20min，再超声分散25min，抽滤、干燥10h、研磨，得到表面接枝改性的纳米二氧化硅粒子；
（3）热压工艺：
将90份聚氯乙烯树脂、加工助剂、5份碳酸钙粉放入90-95℃烘箱中加热10h后，与27份碱处理秸秆纤维粉及(1)、(2)中所得物料在90-95℃下加热捏合5min，放入130-135℃混炼机中混炼4min，在80-85℃下加热烘干，放入模具中，在热压机中加热加压15min，冷却，取出，制得纳米二氧化硅增强塑料废渣-秸秆纤维木塑复合材料。
进一步的，步骤（2）中水解液的配制：向0.2份硅烷偶联剂KH550中加入无水乙醇和去离子水，混匀后加氢氧化钠调节pH为9，静置30min水解，得到水解液。
进一步的，步骤（2）中纳米二氧化硅悬浮液的配制：将8份纳米二氧化硅粉末在100-105℃干燥箱中干燥10h，溶于无水乙醇，搅匀形成悬浮液，高速剪切30min。
进一步的，步骤（3）中用氢氧化钠溶液处理秸秆纤维：将玉米秸秆剥下外壳，晾干后烘干，用破碎机破碎成粗粉，再用超细粉碎机粉碎成细粉，在浓度为5%的氢氧化钠溶液中密封浸泡45h后，滴加醋酸溶液中和，水洗至中性，放入90-95℃烘箱中烘10h，得到碱处理秸秆纤维粉。
进一步的，步骤（3）中加工助剂由7份ACR-401、4份热稳定剂、1份聚乙烯蜡、0.6份硬脂酸组成；热压温度为170-175℃、压力为8MPa。
实施例2
一种用纳米二氧化硅增强塑料废渣-秸秆纤维木塑复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）硅烷偶联剂溶液处理玻璃纤维增强塑料废渣：
将玻璃纤维增强塑料废弃物用破碎机破碎成粗粉，再用超细粉碎机粉碎成细粉，放入110-120℃干燥箱中烘干8h，取出冷却，用研钵研细，过120目筛，向所得35份玻璃纤维增强塑料废渣中均匀喷洒硅烷偶联剂KH550溶液，进行预处理改性；
（2）纳米二氧化硅分散改性方法：
将水解液与纳米二氧化硅悬浮液按体积比1:1混合，在80-85℃水浴中高速剪切30min，再超声分散30min，抽滤、干燥12h、研磨，得到表面接枝改性的纳米二氧化硅粒子；
（3）热压工艺：
将100份聚氯乙烯树脂、加工助剂、10份碳酸钙粉放入90-95℃烘箱中加热12h后，与30份碱处理秸秆纤维粉及(1)、(2)中所得物料在90-95℃下加热捏合10min，放入130-135℃混炼机中混炼5min，在80-85℃下加热烘干，放入模具中，在热压机中加热加压20min，冷却，取出，制得纳米二氧化硅增强塑料废渣-秸秆纤维木塑复合材料。
进一步的，步骤（2）中水解液的配制：向0.3份硅烷偶联剂KH550中加入无水乙醇和去离子水，混匀后加氢氧化钠调节pH为9，静置35min水解，得到水解液。
进一步的，步骤（2）中纳米二氧化硅悬浮液的配制：将10份纳米二氧化硅粉末在100-105℃干燥箱中干燥12h，溶于无水乙醇，搅匀形成悬浮液，高速剪切40min。
进一步的，步骤（3）中用氢氧化钠溶液处理秸秆纤维：将玉米秸秆剥下外壳，晾干后烘干，用破碎机破碎成粗粉，再用超细粉碎机粉碎成细粉，在浓度为5%的氢氧化钠溶液中密封浸泡48h后，滴加醋酸溶液中和，水洗至中性，放入90-95℃烘箱中烘12h，得到碱处理秸秆纤维粉。
进一步的，步骤（3）中加工助剂由8份ACR-401、5份热稳定剂、2份聚乙烯蜡、0.7份硬脂酸组成；热压温度为170-175℃、压力为10MPa。
按照本发明方法制作的木塑复合材料具有优异的机械性能、耐热性能、防水性能，解决了农林废弃物与热固性纤维增强塑料废渣处理问题；本实施例木塑复合材料的拉伸强度平均为32MPa、弯曲强度平均为68MPa、弯曲弹性模量平均为4.7GPa、冲击强度平均为19KJ/m2。

Claims (5)

1.一种用纳米二氧化硅增强塑料废渣-秸秆纤维木塑复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）硅烷偶联剂溶液处理玻璃纤维增强塑料废渣：
将玻璃纤维增强塑料废弃物用破碎机破碎成粗粉，再用超细粉碎机粉碎成细粉，放入110-120℃干燥箱中烘干7-8h，取出冷却，用研钵研细，过120目筛，向所得25-35份玻璃纤维增强塑料废渣中均匀喷洒硅烷偶联剂KH550溶液，进行预处理改性；
（2）纳米二氧化硅分散改性方法：
将水解液与纳米二氧化硅悬浮液按体积比1:1混合，在80-85℃水浴中高速剪切20-30min，再超声分散25-30min，抽滤、干燥10-12h、研磨，得到表面接枝改性的纳米二氧化硅粒子；
（3）热压工艺：
将90-100份聚氯乙烯树脂、加工助剂、5-10份碳酸钙粉放入90-95℃烘箱中加热10-12h后，与27-30份碱处理秸秆纤维粉及(1)、(2)中所得物料在90-95℃下加热捏合5-10min，放入130-135℃混炼机中混炼4-5min，在80-85℃下加热烘干，放入模具中，在热压机中加热加压15-20min，冷却，取出，制得纳米二氧化硅增强塑料废渣-秸秆纤维木塑复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种用纳米二氧化硅增强塑料废渣-秸秆纤维木塑复合材料的方法，其特征在于，步骤（2）中水解液的配制：向0.2-0.3份硅烷偶联剂KH550中加入无水乙醇和去离子水，混匀后加氢氧化钠调节pH为9，静置30-35min水解，得到水解液。
3.根据权利要求1所述的一种用纳米二氧化硅增强塑料废渣-秸秆纤维木塑复合材料的方法，其特征在于，步骤（2）中纳米二氧化硅悬浮液的配制：将8-10份纳米二氧化硅粉末在100-105℃干燥箱中干燥10-12h，溶于无水乙醇，搅匀形成悬浮液，高速剪切30-40min。
4.根据权利要求1所述的一种用纳米二氧化硅增强塑料废渣-秸秆纤维木塑复合材料的方法，其特征在于，步骤（3）中用氢氧化钠溶液处理秸秆纤维：将玉米秸秆剥下外壳，晾干后烘干，用破碎机破碎成粗粉，再用超细粉碎机粉碎成细粉，在浓度为5%的氢氧化钠溶液中密封浸泡45-48h后，滴加醋酸溶液中和，水洗至中性，放入90-95℃烘箱中烘10-12h，得到碱处理秸秆纤维粉。
5.根据权利要求1所述的一种用纳米二氧化硅增强塑料废渣-秸秆纤维木塑复合材料的方法，其特征在于，步骤（3）中加工助剂由7-8份ACR-401、4-5份热稳定剂、1-2份聚乙烯蜡、0.6-0.7份硬脂酸组成；热压温度为170-175℃、压力为8-10MPa。
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