CN109880331A - 一种石墨烯pla木塑复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯PLA木塑复合材料的制备方法，将桉木进行切割粉碎，并将粉碎后的桉木粉经60～100目筛过滤，除去桉木粉中的较大杂质，得到较为纯粹的桉木细粉，将得到的桉木细粉置于鼓风干燥箱中，进行鼓风干燥，直至质量恒定绝干，将绝干木粉加入到丙酮、硅烷偶联剂等溶液中，加热浸润，反应结束后烘干至木粉绝干，将浸润烘干后的木粉、石墨烯粉末与粉末在高速混合搅拌，将混合均匀的粉末加热成型，即获得所述的木塑复合材料，该石墨烯PLA木塑复合材料的制备方法，操作简单安全，反应容易，效率高，能耗少，环保低污染，性能提高明显等优点，且还具有适用面广、使用试剂量少、反应速度快以及反应产物无毒，对人体无刺激等优点。
Description
技术领域
本发明属于PLA复合材料技术领域，具体涉及一种石墨烯PLA木塑复合材料的制备方法。
背景技术
木塑复合材料简称为WPC，是按某种比例将木质纤维(如木粉、秸秆粉等)在一定的预先处理之后，使之与高分子树脂或其他材料充分混合均匀而相互结合而成的一种新型材料，木塑复合材料近几年的新出现，能够把一些资源更大程度地充分利用，减少了资源的浪费，很大程度上减轻了因为废弃塑料和家具等所引发的污染和破坏环境等严重的问题，具有“合成木材”的美称，在各个领域中都具有非常宽阔的前景。
现阶段木塑复合材料为加快降解时间而提高部分木质纤维添加量，复合材料的力学性能较差。且现阶段可以通过添加少量石墨烯从而达到力学性能大幅度提高，而不延长降解时间的效果。但目前尚未见有利用添加石墨烯的桉木粉、聚乳酸为主要原料制成的木塑复合材料的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨烯PLA木塑复合材料的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种石墨烯PLA木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，将桉木进行切割粉碎，并将粉碎后的桉木粉经60～100目筛过滤，除去桉木粉中的较大杂质，得到较为纯粹的桉木细粉；
S2，将S1得到的桉木细粉置于鼓风干燥箱中，进行鼓风干燥，直至质量恒定绝干；
S3，将S2中的绝干木粉加入丙酮和硅烷偶联剂混合的溶液中进行浸泡，使溶液淹没绝干木粉，并搅拌均匀，得到混合后的复合溶液；
S4，将S3中得到的复合溶液置于水浴锅中，水浴加热，之后进行抽滤，抽滤完成后以S2的方式进行烘干；
S5，将PLA粉末、石墨烯粉末与S4中烘干完成后的粉末置于高速搅拌机中搅拌30-60min，使搅拌均匀；
S6，将S5中搅拌完成后的粉末置于平板硫化机中，加压成型得到复合材料。
优选的，S2中，桉木细粉在鼓风干燥箱内的鼓风温度为160℃～180℃，鼓风时间为10h～12h。
优选的，S3中，丙酮-硅烷偶联剂-木粉的三者之间的质量比为50:0.025～0.030:1。
优选的，S3中，硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570、KH580和KH590中的任一种或多种组合，且混合浸泡时，其内部还加入与硅烷偶联剂含量相同的增塑剂，其中增塑剂为DEHP、DINP、DNOP、DBP、DMP、DEP、六亚甲基二异氰酸酯(HMDI)、马来酸酐和有机蒙脱土悬浮液中的任一种或多种组合。
优选的，S4中，水浴加热设置的温度为65～80℃，时间为1h～2h。
优选的，S5中PLA粉末、石墨烯粉末和S4中烘干完成后的粉末三者之间的比例为17:0.5～1:2～2.5。
优选的，S6中，在平板硫化机进行加压成型的设置温度为160℃～180℃，时间为10～15min，压力为13MPa～15MPa。
本发明的技术效果和优点：该石墨烯PLA木塑复合材料的制备方法，采用木粉为原料，原料来源广泛，将木材进行简单的粉碎提取，将其中的纤维变为更有价值、更精细的原材料，得到的材料从原料到成品制备所使用的化学添加剂和工艺流程均实现绿色环保，完全符合绿色包装材料的要求，添加石墨烯和硅烷偶联剂的PLA与木粉，与单一PLA塑料材料相比，在一定程度上提高了材料的降解性，降低了材料的成本，最后本方法具有操作简单安全，反应容易，效率高，能耗少，环保低污染，性能提高明显等优点；所制备的石墨烯PLA木塑复合材料具有适用面广、使用试剂量少、反应速度快以及反应产物无毒，对人体无刺激等优点，所制得的木塑复合材料在力学性能、防水性能、降解性能均有提高，并达到其产品的国家标准。
具体实施方式
下面将结合本发明的内容，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的内容仅仅是本发明一部分内容，而不是全部的内容。基于本发明中的内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他内容，都属于本发明保护的范围。
石墨烯，是指一层比较集中的并且包围在类似于蜂巢晶体点阵上的碳原子，碳原子排列组成二维结构。石墨烯具有较好的力学性能和导电导热性，它在绝缘聚合物基体通过物理或化学法复合后可以改善复合材料的某些性能，因此具备较为广阔的发展前景。
聚乳酸(PLA)是一种可以进行生物降解的热塑性高分子聚合物，来源充足，既绿色安全，又可以降解，并且具备许多高分子聚合物自身所没有的的一些优良特性，应用前景非常广阔。
偶联剂是一种可以改善塑料与木质纤维的界面性能的一种添加助剂，使填充剂的分散度得到改善，增强了木塑复合材料的加工性能。偶联剂在聚合物高分子和植物的木质化组织之间相当于马路的作用，让两种相差很大的物质在偶联剂的作用下相互融合相互交织。在偶联剂中硅烷偶联剂是一种比较重要的偶联剂，它的作用是可使高分子聚合物基质和无机物料结合到一起。
实施例1
取6g绝干木粉加入到100ml丙酮、0.03g硅烷偶联剂KH550、0.03g增塑剂DEHP溶液中，在60℃水浴中加热30min。反应结束后置于通风橱中风干1h。置于鼓风干燥箱80℃干燥12h，至木粉绝干。将浸润烘干后的木粉与3g石墨烯粉末、51gPLA粉末在高速混合搅拌机中混合搅拌30min。将混合均匀的粉末置于平板硫化机中设置温度、压力和时间分别为160℃、13MPa和10min加热成型。即获得所述的木塑复合材料。所得材料拉伸强度为18MPa，弯曲强度为31MPa，吸水率为0.8％。
实施例2
取6g绝干木粉加入到100ml丙酮、0.0018g硅烷偶联剂KH560、0.009g马来酸酐溶液中，在水浴加热60℃，时间为30min。反应结束后置于通风橱中风干1h。置于鼓风干燥箱80℃干燥12h，至木粉绝干。将浸润烘干后的木粉与6g石墨烯粉末、48gPLA粉末在高速混合搅拌机中混合搅拌30min。将混合均匀的粉末置于平板硫化机中设置温度、压力和时间分别为160℃、13MPa和10min加热成型。即获得所述的木塑复合材料。所得材料拉伸强度为16MPa，弯曲强度为31MPa，吸水率为0.8％。
实施例3
取12g绝干木粉加入到100ml丙酮、0.06g硅烷偶联剂KH570、3g有机蒙脱土悬浊液溶液中，在水浴加热60℃，时间为30min。反应结束后置于通风橱中风干1h。置于鼓风干燥箱80℃干燥12h，至木粉绝干。将浸润烘干后的木粉与3g石墨烯粉末、54gPLA粉末在高速混合搅拌机中混合搅拌30min。将混合均匀的粉末置于平板硫化机中设置温度、压力和时间分别为160℃、13MPa和10min加热成型。即获得所述的木塑复合材料。所得材料拉伸强度为18MPa，弯曲强度为30MPa，吸水率为0.8％。
实施例4
取6g绝干木粉加入到100ml丙酮、0.03g硅烷偶联剂KH590、0.006gHMDI溶液中，在水浴加热60℃，时间为30min。反应结束后置于通风橱中风干1h。置于鼓风干燥箱80℃干燥12h，至木粉绝干。将浸润烘干后的木粉与3g石墨烯粉末、54gPLA粉末在高速混合搅拌机中混合搅拌30min。将混合均匀的粉末置于平板硫化机中设置温度、压力和时间分别为160℃、13MPa和10min加热成型。即获得所述的木塑复合材料。所得材料拉伸强度为16MPa，弯曲强度为30MPa，吸水率为0.8％。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种石墨烯PLA木塑复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1，将桉木进行切割粉碎，并将粉碎后的桉木粉经60～100目筛过滤，除去桉木粉中的较大杂质，得到较为纯粹的桉木细粉；
S2，将S1得到的桉木细粉置于鼓风干燥箱中，进行鼓风干燥，直至质量恒定绝干；
S3，将S2中的绝干木粉加入丙酮和硅烷偶联剂混合的溶液中进行浸泡，使溶液淹没绝干木粉，并搅拌均匀，得到混合后的复合溶液；
S4，将S3中得到的复合溶液置于水浴锅中，水浴加热，之后进行抽滤，抽滤完成后以S2的方式进行烘干；
S5，将PLA粉末、石墨烯粉末与S4中烘干完成后的粉末置于高速搅拌机中搅拌30-60min，使搅拌均匀；
S6，将S5中搅拌完成后的粉末置于平板硫化机中，加压成型得到复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯PLA木塑复合材料的制备方法，其特征在于：S2中，桉木细粉在鼓风干燥箱内的鼓风温度为160℃～180℃，鼓风时间为10h～12h。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯PLA木塑复合材料的制备方法，其特征在于：S3中，丙酮-硅烷偶联剂-木粉的三者之间的质量比为50:0.025～0.030:1。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯PLA木塑复合材料的制备方法，其特征在于：S3中，硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570、KH580和KH590中的任一种或多种组合，且混合浸泡时，其内部还加入与硅烷偶联剂含量相同的增塑剂，其中增塑剂为DEHP、DINP、DNOP、DBP、DMP、DEP、六亚甲基二异氰酸酯、马来酸酐和有机蒙脱土悬浮液中的任一种或多种组合。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯PLA木塑复合材料的制备方法，其特征在于：S4中，水浴加热设置的温度为65～80℃，时间为1h～2h。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯PLA木塑复合材料的制备方法，其特征在于：S5中PLA粉末、石墨烯粉末和S4中烘干完成后的粉末三者之间的比例为17:0.5～1:2～2.5。
7.根据权利要求1所述的一种石墨烯PLA木塑复合材料的制备方法，其特征在于：S6中，在平板硫化机进行加压成型的设置温度为160℃～180℃，时间为10～15min，压力为13MPa～15MPa。
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| CN110684328A (zh) * | 2019-10-08 | 2020-01-14 | 刘辉 | 一种用于手机壳的高耐磨生物降解材料及其制备方法 |
| CN115594871A (zh) * | 2022-10-18 | 2023-01-13 | 湖南科技大学（Cn） | 一种全生物降解木塑复合轻质高强材料的制备方法 |
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