CN114751715B - 天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料及其制备方法 - Google Patents

天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料及其制备方法，制备方法包括将竹碎料过筛、干燥，将十二烷基硫酸钠加入天然橡胶乳液中改性，将氯化镁、硫酸镁和水混合配成盐水，将氧化镁、干燥后的竹碎料加入盐水中搅拌，得到浆料A，将改性的天然橡胶乳液加入浆料A中搅拌，得到浆料B，将浆料B倒入模具中进行养护，静置固化，脱模，得到天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料。本发明的天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料力学强度和耐水性能都很好，制备方法工艺简单，绿色环保，且成本低。

Description

天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料制备技术领域，涉及一种天然橡胶乳液增强植物纤维/氯氧镁复合材料力学性能和耐水性能的方法，具体涉及一种天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料及其制备方法。
背景技术
竹碎料/氯氧镁复合材料是以氯氧镁胶凝材料为主要凝结材料、竹碎料为填充材料、并加入一定比例掺合料和外加剂制备而成的复合材料。这种复合材料因为其能耗低、快速凝固和优异的耐磨性能备受欢迎。但在潮湿环境或阴雨气候较多的环境下，竹碎料/氯氧镁复合材料存在质量损失大、耐水性差、力学强度明显降低等缺点，严重影响了其应用范围。传统的解决方法曾采用乳液作为改性剂，如有机树脂、苯丙乳液、聚羧酸减水剂等，用于改善竹碎料/氯氧镁复合材料的各个性能，主要包括力学性能和耐水性能，这是影响竹碎料/氯氧镁复合材料广泛应用的主要原因。但传统方法只能对其中一项有一定增强作用，不能同时兼顾多项性能的综合提高，并且这些合成高分子材料不易分解，对环境会造成污染。基于现有技术中的上述缺陷，需要寻求一种可以同时提升竹碎料/氯氧镁复合材料多项性能的解决方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可有效改善竹碎料/氯氧镁复合材料的力学性能和耐水性能、绿色环保、工艺简单、能耗低的天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料的制备方法及天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
一种天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将竹碎料过筛、干燥；
(2)将十二烷基硫酸钠加入天然橡胶乳液中混匀，放置以充分反应，得到改性的天然橡胶乳液；
(3)将氯化镁、硫酸镁和水混合配成盐水；
(4)将氧化镁、步骤(1)干燥后的竹碎料加入步骤(3)得到的盐水中，经搅拌后，得到浆料A；
(5)将步骤(2)所得改性的天然橡胶乳液加入步骤(4)得到的浆料A中，经搅拌后，得到浆料B；
(6)将步骤(5)所得浆料B倒入模具中进行养护，静置固化，脱模，得到天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料；
所述步骤(1)、步骤(2)可交换顺序或同时进行；
各原料的加入量按质量份计，氯化镁200份～300份，硫酸镁248份～380份，氧化镁550份～650份，干燥后的竹碎料120份～180份，改性的天然橡胶乳液1份～23份，水400份～522份，十二烷基硫酸钠占天然橡胶乳液质量的5％～8％。
更优选的，各原料的加入量按质量份计，氯化镁200.56份～300份，硫酸镁249.6份～379.71份，氧化镁550份～650份，干燥后的竹碎料120份～180份，改性的天然橡胶乳液1份～23份，水400份～521.69份，十二烷基硫酸钠占天然橡胶乳液质量的5％～8％，天然橡胶乳液的质量份优选1份～21份。
上述的天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料的制备方法，优选的，步骤(1)中，所述碎竹料过筛的目数为70目～80目，所述干燥是指干燥至含水率为8％～12％。
上述的天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料的制备方法，优选的，步骤(2)中，所述放置的时间为4天～5天。
上述的天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料的制备方法，优选的，步骤(5)中，所述搅拌的转速为800r/min～1000r/min，所述搅拌的时间为240秒～360秒。
上述的天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料的制备方法，优选的，步骤(6)中，所述养护在恒温恒湿的条件下进行，所述恒温恒湿的条件为：湿度62％～65％，温度22℃～25℃。
上述的天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料的制备方法，优选的，步骤(6)中，所述养护的时间为22h～24h。
上述的天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料的制备方法，优选的，步骤(6)中，所述静置固化在常温常压条件下进行，所述静置固化的时间为2天～3天。
作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料，所述天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料由上述的制备方法制备得到。
本发明采用的天然橡胶乳液来源于巴西橡胶树，是纯有机、无毒的有机高分子化合物，与其他外加剂相比，价格更低，更为环保。
天然橡胶是一种以顺-1，4-聚异戊二烯为主要成分的天然高分子化合物，其成分中91％～94％是橡胶烃(顺-1，4-聚异戊二烯)，其余为蛋白质、脂肪酸、灰分、糖类等非橡胶物质。
本发明可以选用25×25×25mm的正方形模具和40×40×160mm的长方形模具，但不限于此。
本发明的主要技术原理在于：
本发明将天然橡胶乳液经十二烷基硫酸钠改性后加入混合有氯化镁、硫酸镁、氧化镁和竹碎料的浆料中，天然橡胶乳液能自身交联聚合，在参与氯氧镁硬化过程中，在晶体间的空隙通道中进行交联，堵塞毛细通道，使复合材料强度增强。竹碎料/氯氧镁复合材料中力学强度的主要提供相是5相晶体，但5相晶体不稳定，很容易变成力学强度较差的Mg(OH)2，本发明中的浆料固化时，5相晶体形成过程中吸附天然橡胶乳液中的水分，使得天然橡胶乳液失水在5相晶体表面形成一层防水保护膜，保护5相晶体不受水分子侵蚀，由此复合材料耐水性能得到提高。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的制备方法将经十二烷基硫酸钠改性的天然橡胶乳液作为改性剂，改性的天然橡胶乳液的掺入使竹碎料/氯氧镁复合材料中的5相晶体的形态发生了变化，具体为添加改性的天然橡胶乳液后，细小针棒状的5相晶体变粗大，晶体之间充分搭接，形成良好的网状结构，使其力学性能进一步提升。由于天然橡胶乳液在竹碎料/氯氧镁复合材料中的成膜作用，延缓了复合材料的初凝时间，因为初凝结时间过快会导致反应物反应不彻底，由此降低生成物的性能；添加改性的天然橡胶乳液后，初凝结时间较未添加的可延缓高达60min，可有效提高复合材料力学性能和耐水性能。另一方面，改性后的竹碎料/氯氧镁复合材料中形成的天然橡胶膜有优异的弹性和延性，可较好的改善竹碎料/氯氧镁胶结材料的脆性行为。本发明采用经十二烷基硫酸钠处理后的天然橡胶乳液作为改性剂，可明显提高竹碎料/氯氧镁轻质复合材料的力学性能和耐水性能，实现复合材料的轻质高强、节能降耗。
(2)本发明的制备方法在天然橡胶乳液中添加十二烷基硫酸钠，十二烷基硫酸钠与天然橡胶乳液发生反应会消除天然橡胶乳液中非橡胶化合物的粘接，使得天然橡胶乳液粒子在竹碎料/氯氧镁浆料中稳定并以溶液形式均匀分散，十二烷基硫酸钠表面负电荷与氯氧镁水化产物中5相晶体的正电荷相互吸引，进一步提高复合材料力学性能。
(3)本发明的制备工艺简单，试剂种类少，现有技术通常需要添加增稠剂、发泡剂、稳泡剂和缓凝剂等多种辅助试剂来改善或消除改性剂带来的负面影响，本发明采用天然橡胶乳液不会带来这些影响，可不添加这些试剂。
(4)本发明的方法绿色环保、成本低，相比传统工艺采用的不易分解、对环境会造成污染的人工合成改性剂，本发明采用的天然橡胶乳液是纯天然有机无毒的高分子化合物，对环境友好，可持续发展，与其他外加改性剂相比，价格更低。
综上，本发明的天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料不但力学强度高、耐水性能好，还不会释放甲醛等有毒物质，不会产生难降解有机废料，绿色环保。
附图说明
图1为本发明实施例3中天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料的SEM图。
图2为本发明对比例1中未改性的竹碎料/氯氧镁复合材料的SEM图。
具体实施方式
以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售，其中，天然橡胶乳液来源于巴西橡胶树，商品牌号：弋泰，厂家：上海弋泰国际贸易有限公司。
实施例1：
一种本发明的天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料的制备方法，原料的加入量按质量份计，包括以下步骤：
(1)筛选70目的竹碎料，干燥至含水率为10％。
(2)将0.1份十二烷基硫酸钠加入1.8份天然橡胶乳液中搅拌均匀，放置5天使充分反应，得到改性的天然橡胶乳液。
(3)在常温常压下，将240.35份氯化镁、300.78份硫酸镁和468份水配成盐水。
(4)将600.75份氧化镁、将160.28份干燥后的竹碎料加入盐水中搅拌均匀，得到浆料A。
(5)将1.9份改性的天然橡胶乳液加入浆料A中快速搅拌，转速为900r/min，搅拌300秒，得到浆料B。
(6)将浆料B倒入模具中，将模具放入湿度65％、温度25℃的恒温恒湿箱中养护24h，然后放在常温常压环境下，静置固化3天后进行脱模处理，得到天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料，该复合材料的初凝时间为289min。该复合材料力学性能强、耐水性好、绿色环保、成本低，相关性能测试见表1。
实施例2：
一种本发明的天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料的制备方法，原料的加入量按质量份计，包括以下步骤：
(1)筛选70目的竹碎料，干燥至含水率为10％。
(2)将0.2份十二烷基硫酸钠加入3.6份天然橡胶乳液中搅拌均匀，放置5天使充分反应，得到改性的天然橡胶乳液。
(3)在常温常压下，将240.35份氯化镁、300.78份硫酸镁和468份水配成盐水。
(4)将600.75份氧化镁、将160.28份干燥后的竹碎料加入盐水中搅拌均匀，得到浆料A。
(5)将3.8份改性的天然橡胶乳液加入浆料A中搅拌均匀，快速搅拌，转速为900r/min，搅拌300秒，得到浆料B。
(6)将浆料B倒入模具中，将模具放入湿度65％、温度25℃的恒温恒湿箱中养护24h，放在常温常压环境下，静置固化3天后进行脱模处理，得到天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料，该复合材料的初凝时间为303min。该复合材料力学性能强、耐水性好、绿色环保、成本低，相关性能测试见表1。
实施例3：
一种本发明的天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料的制备方法，原料的加入量按质量份计，包括以下步骤：
(1)筛选70目的竹碎料，干燥至含水率为10％。
(2)将0.3份十二烷基硫酸钠加5.4份入天然橡胶乳液中搅拌均匀，放置5天使充分反应，得到改性的天然橡胶乳液。
(3)在常温常压下，将240.35份氯化镁、300.78份硫酸镁和468份水配成盐水。
(4)将600.75份氧化镁、160.28份干燥后的竹碎料加入盐水中搅拌均匀，得到浆料A。
(5)将5.7份改性的天然橡胶乳液加入浆料A中快速搅拌，转速为900r/min，搅拌300秒，得到浆料B。
(6)将浆料B倒入模具中，将模具放入湿度65％、温度25℃的恒温恒湿箱中养护24h后，放在常温常压环境下，静置固化3天后进行脱模处理，得到天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料，SEM表征如图1所示，添加改性的天然橡胶乳液后，细小针棒状的5相晶体变粗大，晶体之间充分搭接，可形成良好的网状结构。该复合材料的初凝时间为311min。该复合材料力学性能强、耐水性好、绿色环保、成本低，相关性能测试见表1。
实施例4：
一种本发明的天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料的制备方法，原料的加入量按质量份计，包括以下步骤：
(1)筛选70目的竹碎料，干燥至含水率为10％。
(2)将0.4份十二烷基硫酸钠加入7.2份天然橡胶乳液中搅拌均匀，放置5天使充分反应，得到改性的天然橡胶乳液。
(3)在常温常压下，将240.35份氯化镁、300.78份硫酸镁和468份水配成盐水。
(4)将600.75份氧化镁、干燥好的160.28份竹碎料加入盐水中搅拌均匀，得到浆料A。
(5)将7.6份改性的天然橡胶乳液加入浆料A中快速搅拌，转速为900r/min，搅拌300秒，得到浆料B。
(6)将浆料B倒入模具中，将模具放入湿度65％、温度25℃的恒温恒湿箱中养护24h后，放在常温常压环境下，静置固化3天后进行脱模处理，得到天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料，该复合材料的初凝时间为327min。该复合材料力学性能强、耐水性好、绿色环保、成本低，相关性能测试见表1。
对比例1：
一种竹碎料/氯氧镁复合材料的制备方法，原料的加入量按质量份计，包括以下步骤：
(1)筛选70目的竹碎料，干燥至含水率为10％。
(2)在常温常压下，将240.35份氯化镁、300.78份硫酸镁和468份水配成盐水。
(3)将600.75份氧化镁、将160.28份干燥后的竹碎料加入盐水中搅拌均匀，转速为900r/min，搅拌300秒，得到浆料A。
(4)将浆料A倒入模具中，将模具放入湿度65％、温度25℃的恒温恒湿箱中养护24h后，放在常温常压环境下，静置固化3天后进行脱模处理，得到竹碎料/氯氧镁复合材料，SEM表征如图2所示，相关性能测试见表1，该复合材料的初凝时间为260min。
对比例2：
一种改性竹碎料/氯氧镁复合材料的制备方法，原料的加入量按质量份计，包括以下步骤：
(1)筛选70目的竹碎料，干燥至含水率为10％。
(2)在常温常压下，将240.35份氯化镁、300.78份硫酸镁和468份水配成盐水。
(3)将600.75份氧化镁、将160.28份干燥后的竹碎料加入盐水中搅拌均匀，得到浆料A。
(4)将1.8份天然橡胶乳液(不含十二烷基硫酸钠)加入浆料A中搅拌均匀，转速为900r/min，搅拌300秒，得到浆料B。
(5)将浆料B倒入模具中，将模具放入湿度65％、温度25℃的恒温恒湿箱中养护24h后，放在常温常压环境下，静置固化3天后进行脱模处理，得到改性竹碎料/氯氧镁复合材料，相关性能测试见表1，该复合材料的初凝时间为275min。
上述实施例1、实施例2、实施例3、实施例4的天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料、对比例1未改性的竹碎料/氯氧镁复合材料，对比例2的改性竹碎料/氯氧镁复合材料的各项性能检测结果如表1所示。
表1实施例1-4、对比例1-2的复合材料性能检测结果表
Figure BDA0003621567200000061
Figure BDA0003621567200000071
从检测结果可看出，本发明的天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料比对比例1的未改性的复合材料、对比例2的未采用十二烷基硫酸钠协同的天然橡胶乳液改性的竹碎料/氯氧镁复合材料各项性能明显增强。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将竹碎料过筛、干燥；
（2）将十二烷基硫酸钠加入天然橡胶乳液中混匀，放置4天～5天以充分反应，得到改性的天然橡胶乳液；
（3）将氯化镁、硫酸镁和水混合配成盐水；
（4）将氧化镁、步骤（1）干燥后的竹碎料加入步骤（3）得到的盐水中，经搅拌后，得到浆料A；
（5）将步骤（2）所得改性的天然橡胶乳液加入步骤（4）得到的浆料A中，经搅拌后，得到浆料B；
（6）将步骤（5）所得浆料B倒入模具中进行养护，静置固化，脱模，得到天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料；
所述步骤（1）、步骤（2）可交换顺序或同时进行；
各原料的加入量按质量份计，氯化镁200份～300份，硫酸镁248份～380份，氧化镁550份～650份，干燥后的竹碎料120份～180份，改性的天然橡胶乳液1份～23份，水400份～522份，十二烷基硫酸钠占天然橡胶乳液质量的5%～8%。
2.根据权利要求1所述的天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述碎竹料过筛的目数为70目～80目，所述干燥是指干燥至含水率为8%～12%。
3.根据权利要求1所述的天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，所述搅拌的转速为800r/min~1000r/min，所述搅拌的时间为240秒～360秒。
4.根据权利要求1所述的天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（6）中，所述养护在恒温恒湿的条件下进行，所述恒温恒湿的条件为：湿度62%～65%，温度22℃～25℃。
5.根据权利要求4所述的天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（6）中，所述养护的时间为22h～24h。
6.根据权利要求1～5任一项所述的天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（6）中，所述静置固化在常温常压条件下进行，所述静置固化的时间为2天～3天。
7.一种天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料，其特征在于，所述天然橡胶乳液改性竹碎料/氯氧镁复合材料由权利要求1～6任一项所述的制备方法制备得到。
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