CN114775287A - 一种改性废弃风电叶片再生纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于固废材料回收再利用技术领域，本发明公开了一种改性废弃风电叶片再生纤维及其制备方法。本发明利用盐酸多巴胺的聚合原理，聚合的聚多巴胺分子可以包覆在废弃风电叶片再生纤维表面，形成纳米膜，利用2,5‑二羟基对苯二甲酸、3,4‑二羟基苯腈、3,4‑二羟基肉桂酸作为改性多巴胺材料可以对多巴胺进行进一步改性，使得膜表面带有更多的亲水基团，如羟基、胺基、羧基等基团，增强废弃风电叶片再生纤维与无机材料界面粘结，提高复合材料的界面性能。本发明所述制备工艺简单，无需复杂的前处理步骤以及大量化学试剂的使用，为发展改性工艺简单，资源节约的改性废弃风电叶片再生纤维的制备奠定了基础。

Description

一种改性废弃风电叶片再生纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及固废材料回收再利用技术领域，尤其涉及一种改性废弃风电叶片再生纤维及其制备方法。
背景技术
复合材料包含增强体、基体，它们各自都有其独特的结构与性能。增强体与基体之间的界面起到连接桥梁作用，同时承接外应力。界面性能直接影响复合材料的各项力学性能。因此采用不同的处理方式提高复合材料界面性能从而提高复合材料的力学性能。
现有的提高纤维与基体间结合强度的方法主要有以下几种：一是将玻璃纤维煮沸后用盐酸处理，增加表面粗糙度，采用苯丙乳液及硅烷偶联剂处理后，可以降低纤维表面自由能，提高玻璃纤维与石膏基体粘结能力，达到提高力学性能的效果。二是采用润湿处理、NaOH、苯丙乳液处理和硅烷偶联剂KH550(γ-氨丙基三乙基氧基硅烷)处理等方式改性植物纤维，并将纤维用于增强石膏板。三是利用碱处理、聚丙烯酰胺化学包覆和丙烯酸化学包覆对秸秆纤维进行表面改性后可以改善纤维与脱硫石膏的界面结合，增强了脱硫石膏基复合材料的抗折强度。而上述方法需要对纤维进行复杂的表面处理之后才能进行纤维的改性，不仅工艺复杂，且使用大量的化学试剂，容易对环境造成污染，还会造成试剂的浪费，同时上述方法改性工艺也非常复杂。因此，发展制备工艺简单、绿色无污染的改性再生纤维成为本领域亟需。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种改性废弃风电叶片再生纤维及其制备方法，解决了现有的改性工艺复杂，需要进行前处理，改性方法需要用到大量化学试剂，不仅污染环境，还会造成资源浪费的问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种改性废弃风电叶片再生纤维的制备方法，包括如下步骤：
将废弃的风电叶片依次经过粉碎、筛分，得到风电叶片颗粒；
将所得风电叶片颗粒、Tris-HCl缓冲溶液和改性试剂混合后干燥得到改性废弃风电叶片再生纤维。
作为优选，所述风电叶片颗粒的直径为8～12μm，长度为0.1～2cm。
作为优选，所述改性试剂为盐酸多巴胺、2,5-二羟基对苯二甲酸、3,4-二羟基苯腈和3,4-二羟基肉桂酸中的一种或多种。
作为优选，所述废弃的风电叶片、Tris-HCL缓冲溶液和改性试剂的质量体积比为18～22g：80～120mL：0.1～0.5g。
作为优选，所述Tris-HCL缓冲溶液的pH值为7～9。
作为优选，所述混合的温度为20～30℃，混合的时间为36～48h。
作为优选，所述干燥的温度为70～100℃，干燥的时间为12～24h。
本发明还提供了所述改性废弃风电叶片再生纤维的制备方法制备得到的改性废弃风电叶片再生纤维。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明有益效果如下：
(1)本发明所得改性废弃风电叶片再生纤维的膜表面带有更多的亲水基团，如羟基、胺基、羧基等基团，增强废弃风电叶片再生纤维与无机材料界面粘结，提高复合材料的界面性能；
(2)本发明所述改性工艺简单，原料成本低，无需进行前处理，也无需大量的化学试剂，适合大范围的推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为未经改性的风电叶片颗粒的表面状况图；
图2为未经改性的风电叶片颗粒在不同放大倍数下的SEM图，其中，(a)的放大倍数为1000倍，(b)的放大倍数为2000倍；
图3为未经改性的风电叶片颗粒的水接触角；
图4为本发明实施例1所得改性废弃风电叶片再生纤维的表面状况图和SEM图，其中，(a)为改性废弃风电叶片再生纤维的表面状况图，(b)为改性废弃风电叶片再生纤维的SEM图；
图5为未经改性的风电叶片颗粒和本发明实施例1所得改性废弃风电叶片再生纤维的EDS对比图，其中，(a)为未经改性的风电叶片颗粒的EDS图，(b)为本发明实施例1所得改性废弃风电叶片再生纤维的EDS图；
图6为未经改性的风电叶片颗粒和本发明实施例2所得改性废弃风电叶片再生纤维的EDS对比图，其中，(a)为未经改性的风电叶片颗粒的EDS图，(b)为本发明实施例2所得改性废弃风电叶片再生纤维的EDS图；
图7为未经改性的风电叶片颗粒和本发明实施例3所得改性废弃风电叶片再生纤维的EDS对比图，其中，(a)为未经改性的风电叶片颗粒的EDS图，(b)为本发明实施例3所得改性废弃风电叶片再生纤维的EDS图；
图8为未经改性的风电叶片颗粒和本发明实施例4所得改性废弃风电叶片再生纤维的EDS对比图，其中，(a)为未经改性的风电叶片颗粒的EDS图，(b)为本发明实施例4所得改性废弃风电叶片再生纤维的EDS图；
图9为本发明实施例2所得改性废弃风电叶片再生纤维的水接触角。
具体实施方式
本发明提供了一种改性废弃风电叶片再生纤维的制备方法，包括如下步骤：
将废弃的风电叶片依次经过粉碎、筛分，得到风电叶片颗粒；
将所得风电叶片颗粒、Tris-HCl缓冲溶液和改性试剂混合后干燥得到改性废弃风电叶片再生纤维。
在本发明中，所述风电叶片颗粒的直径优选为8～12μm，进一步优选为9～11μm；长度优选为0.1～2cm，进一步优选为0.5～1.5cm。
在本发明中，所述改性试剂优选为盐酸多巴胺、2,5-二羟基对苯二甲酸、3,4-二羟基苯腈和3,4-二羟基肉桂酸中的一种或多种，进一步优选为质量比为1～2：1的盐酸多巴胺和2,5-二羟基对苯二甲酸，质量比为1：1～2盐酸多巴胺和3,4-二羟基苯腈，质量比为1：1～3的盐酸多巴胺和3,4-二羟基肉桂酸，质量比为1：1的盐酸多巴胺和2,5-二羟基对苯二甲酸，质量比为1：1～2：1～3的盐酸多巴胺、2,5-二羟基对苯二甲酸和3,4-二羟基苯腈，质量比为1：1：1的盐酸多巴胺、3,4-二羟基苯腈和3,4-二羟基肉桂酸。
在本发明中，所述废弃的风电叶片、Tris-HCL缓冲溶液和改性试剂的质量体积比优选为18～22g：80～120mL：0.1～0.5g，进一步优选为19～21g：90～110mL：0.2～0.4g。
在本发明中，所述Tris-HCL缓冲溶液的pH值优选为7～9，进一步优选为7.5～8.5。
在本发明中，所述风电叶片颗粒、Tris-HCl缓冲溶液和改性试剂的混合方式为：将改性试剂按质量均分为5份，在风电叶片颗粒和Tris-HCl缓冲溶液的混合液中在搅拌的条件下，每隔5min加入1份改性试剂，之后混合。
在本发明中，所述混合的温度优选为20～30℃，进一步优选为25～28℃；混合的时间优选为36～48h，进一步优选为40～46h。
在本发明中，所述混合结束后，对经反应的风电叶片颗粒水洗至其表面为中性。
在本发明中，所述干燥的温度优选为70～100℃，进一步优选为80～90℃；干燥的时间优选为12～24h，进一步优选为14～20h。
本发明还提供了所述改性废弃风电叶片再生纤维的制备方法制备得到的改性废弃风电叶片再生纤维。
本发明利用盐酸多巴胺的聚合原理，聚合的聚多巴胺分子可以包覆在废弃风电叶片再生纤维表面，形成纳米膜，之后利用2,5-二羟基对苯二甲酸、3,4-二羟基苯腈、3,4-二羟基肉桂酸作为改性多巴胺材料可以对多巴胺进行进一步改性，使得膜表面带有更多的亲水基团，如羟基、胺基、羧基等基团，增强废弃风电叶片再生纤维与无机材料界面粘结，提高复合材料的界面性能。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
以下实施例所用风电叶片颗粒的制备方法为：将废弃的风电叶片切割成1m的块状物，经破碎机破碎及粉碎机粉碎得到粉状及纤维状物料，再使用大型振动筛进行筛分成为不同长度的纤维，然后经过清洗、烘干后制得直径为10μm，长度分别为0.3、0.6、1.2、1.5cm的风电叶片颗粒。
实施例1
将0.2g的盐酸多巴胺按质量均分为5份，备用；
将20g直径为10μm，长度为0.3cm的风电叶片颗粒放入四口烧瓶中，加入100mL、pH＝8的Tris-HCl缓冲溶液，在搅拌的条件下每隔5min加入1份盐酸多巴胺，之后在常温下搅拌混合36h，混合结束后水洗至经反应的风电叶片颗粒的表面为中性，最后在75℃下干燥12h得到改性废弃风电叶片再生纤维。
实施例2
将0.2g的盐酸多巴胺与0.2g的2,5-二羟基对苯二甲酸的混合物按质量均分为5份，备用；
将20g直径为10μm，长度为0.6cm的风电叶片颗粒放入四口烧瓶中，加入100mL、pH＝7.5的Tris-HCl缓冲溶液，在搅拌的条件下每隔5min加入1份盐酸多巴胺与2,5-二羟基对苯二甲酸的混合物，之后在常温下搅拌混合41h，混合结束后水洗至经反应的风电叶片颗粒的表面为中性，最后在85℃下干燥16h得到改性废弃风电叶片再生纤维。
实施例3
将0.2g的盐酸多巴胺与0.2g的3,4-二羟基苯腈的混合物按质量均分为5份，备用；
将20g直径为10μm，长度为1.2cm的风电叶片颗粒放入四口烧瓶中，加入100mL、pH＝8.5的Tris-HCl缓冲溶液，在搅拌的条件下每隔5min加入1份盐酸多巴胺与3,4-二羟基苯腈的混合物，之后在常温下搅拌混合46h，混合结束后水洗至经反应的风电叶片颗粒的表面为中性，最后在90℃下干燥20h得到改性废弃风电叶片再生纤维。
实施例4
将0.2g的盐酸多巴胺与0.2g的3,4-二羟基肉桂酸的混合物按质量均分为5份，备用；
将20g直径为10μm，长度为1.5cm的风电叶片颗粒放入四口烧瓶中，加入100mL、pH＝8的Tris-HCl缓冲溶液，在搅拌的条件下每隔5min加入1份盐酸多巴胺与3,4-二羟基肉桂酸的混合物，之后在常温下搅拌混合42h，混合结束后水洗至经反应的风电叶片颗粒的表面为中性，最后在95℃下干燥24h得到改性废弃风电叶片再生纤维。
对未改性的风电叶片颗粒和实施例1～4所得改性废弃风电叶片再生纤维的性能进行检测，检测结果如图1～9所示。
由图1～9可知，本发明所得改性废弃风电叶片再生纤维的表面带有更多的亲水基团，如羟基、胺基、羧基等基团，极大的提高了改性废弃风电叶片再生纤维的亲水性，增强废弃风电叶片再生纤维与无机材料界面粘结，提高复合材料的界面性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种改性废弃风电叶片再生纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将废弃的风电叶片依次经过粉碎、筛分，得到风电叶片颗粒；
将所得风电叶片颗粒、Tris-HCl缓冲溶液和改性试剂混合后干燥得到改性废弃风电叶片再生纤维。
2.根据权利要求1所述改性废弃风电叶片再生纤维的制备方法，其特征在于，所述风电叶片颗粒的直径为8～12μm，长度为0.1～2cm。
3.根据权利要求2所述改性废弃风电叶片再生纤维的制备方法，其特征在于，所述改性试剂为盐酸多巴胺、2,5-二羟基对苯二甲酸、3,4-二羟基苯腈和3,4-二羟基肉桂酸中的一种或多种。
4.根据权利要求1～3任一项所述改性废弃风电叶片再生纤维的制备方法，其特征在于，所述废弃的风电叶片、Tris-HCL缓冲溶液和改性试剂的质量体积比为18～22g：80～120mL：0.1～0.5g。
5.根据权利要求4所述改性废弃风电叶片再生纤维的制备方法，其特征在于，所述Tris-HCL缓冲溶液的pH值为7～9。
6.根据权利要求1或5所述改性废弃风电叶片再生纤维的制备方法，其特征在于，所述混合的温度为20～30℃，混合的时间为36～48h。
7.根据权利要求6所述改性废弃风电叶片再生纤维的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为70～100℃，干燥的时间为12～24h。
8.权利要求1～7任一项所述改性废弃风电叶片再生纤维的制备方法制备得到的改性废弃风电叶片再生纤维。
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