CN106751991A - 高含量二次纤维增强废聚乙烯复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高含量二次纤维增强废聚乙烯复合材料的制备方法，对废纸进行预处理，优化二次纤维形态，得到改性二次纤维；将聚乙烯、界面相容剂、PE蜡和一部分改性二次纤维在混合后以均匀加料的方式从主喂料口加入双螺杆挤出机中，同时采用附加喂料机以均匀加料方式加入剩余的改性二次纤维，将挤出颗粒用型模压制，冷却，脱模，即得。本发明制备方法，为二次纤维的循环利用和资源化利用开辟新领域，同时有效提高包装废聚乙烯资源化利用率；本发明原材料成本低，投资少，工艺简单，对原料的利用率高；制得的高含量二次纤维增强废聚乙烯复合材料具有良好的加工性，吸水性低，力学性能优良，可实现100％回收再生产。
Description
技术领域
本发明属于废弃印刷包装材料资源化利用技术领域，具体涉及一种高含量二次纤维增强废聚乙烯复合材料的制备方法。
背景技术
二次纤维一般主要指废纸纤维以及废纸浆纤维原料。进入21世纪以来，随着社会的进步和人民生活水平的提高，国内纸和纸板的消费量在不断上升。据中国造纸工业年度报告统计，国内纸和纸板消费量由2002年的4332万吨上升至2015年的10352万吨，年均增长率约6％。纸和纸板消费量的大幅度上升，使得国内废纸的产生量迅猛增加。众所周知，废纸循环利用及资源化利用是解决环境污染、原料短缺及能源紧张的重要途径。然而，现阶段我国废纸资源化利用技术研究主要集中利用脱墨废纸浆生产纸或纸板等方面，技术较单一，产品附加值相对较小。探索开发废纸资源化利用新技术在有效提高废纸利用率和回收率、增加废纸附加值以及环境保护等方面均有着重要的现实意义。
废纸纤维结构和性质与天然植物纤维相似，其具有相对低廉的价格、较小的密度、较高的弹性模量，尤其是自身的生物降解性和可再生性等优点，使其在新型材料的研发方面备受国内外关注。有研究表明，废纸纤维完全具备用作热塑性聚合物基复合材料无机填充料的基本条件。
另一方面，目前对于包装废塑料的处理主要有以下几种方式：掩埋、焚烧、直接再利用、或者是再生利用。其中以改性以及与采用纤维填充或是增强等方法生产高附加值新型材料备受关注，这也是当前废旧塑料回收技术研究的热门领域。我国废旧塑料资源丰富、价格相对低廉，废旧塑料与原生塑料在性能上仅有微小区别，完全可以进行有效回收利用。而废旧塑料在复合材料领域的回收和再利用是解决废旧塑料回用问题的有效途径之一，采用废纸和废旧塑料为原料制备新型复合材料，不仅可以实现资源的高效和循环利用，而且可以减少环境污染、变废为宝，具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种高含量二次纤维增强废聚乙烯复合材料的制备方法，为二次纤维和包装废聚乙烯原料的高附加值资源化利用提供了一种新途径，且制备的复合材料具有良好的加工性，吸水性低，力学性能优良，应用前景广阔。
本发明所采用的技术方案是，一种高含量二次纤维增强废聚乙烯复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、对废纸进行预处理，优化二次纤维形态，得到改性二次纤维；
步骤2、按照重量份数称取：50-60份预改性二次纤维，37-48份废聚乙烯，以及2-3.5份界面相容剂；0.5份PE蜡；
步骤3、将聚乙烯、界面相容剂、PE蜡和一部分改性二次纤维在70-90℃下混合后以均匀加料的方式从主喂料口加入双螺杆挤出机中，同时采用附加喂料机以均匀加料方式加入剩余的改性二次纤维，将挤出颗粒用型模压制，冷却，脱模，即得本发明复合材料。
本发明的特点还在于，
步骤1的具体实施步骤为：
步骤1.1、按照重量份数称取50-60份废纸，1-3.5份偶联剂，10-30份醇类溶剂；
步骤1.2、将废纸裁剪成2cm×2cm的小块，在真空干燥箱中80℃烘干4h，备用；将偶联剂和醇类溶剂混合均匀；
步骤1.3、将偶联剂和醇类溶剂混合均匀后均匀喷洒于废纸块上，置于高速混合机中充分混合，取出废纸，室温下静置反应1-2h，然后放入真空干燥箱中在80℃下干燥2小时，得到预改性废纸；
步骤1.4、采用粉碎机将步骤1.3得到的预改性废纸粉碎，即得改性二次纤维；控制二次纤维平均长度约为0.7-1.0cm。
偶联剂为KH550硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
醇类溶剂为无水乙醇或异丙醇。
步骤2中界面相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯。
步骤3中双螺杆挤出机各区温度设定为170℃-180℃，机头温度180-190℃，挤出机速度设定为200-300r/min。
本发明的有益效果是，本发明高含量二次纤维增强废聚乙烯复合材料的制备方法，为二次纤维的循环利用和资源化利用开辟新领域，同时有效提高包装废聚乙烯资源化利用率，节约资源，变废为宝。本发明原材料成本低，投资少，工艺简单，对原料的利用率高；制得的高含量二次纤维增强废聚乙烯复合材料具有良好的加工性，吸水性低，力学性能优良，可实现100％回收再生产，可广泛应用于户外地板、园林桌椅、围栏、移动建筑、家具以及装饰材料等领域。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明高含量二次纤维增强废聚乙烯复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、对废纸进行预处理，优化二次纤维形态，得到改性二次纤维；
具体实施步骤为：
步骤1.1、按照重量份数称取50-60份废纸，1-3.5份偶联剂，10-30份醇类溶剂；偶联剂为KH550硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；醇类溶剂为无水乙醇或异丙醇；
步骤1.2、将废纸裁剪成2cm×2cm的小块，在真空干燥箱中80℃烘干4h，备用；将偶联剂和醇类溶剂混合均匀；
步骤1.3、将偶联剂和醇类溶剂混合均匀后均匀喷洒于废纸块上，置于高速混合机中充分混合，取出废纸，室温下静置反应1-2h，然后放入真空干燥箱中在80℃下干燥2小时，得到预改性废纸；
步骤1.4、采用粉碎机将步骤1.3得到的预改性废纸粉碎，即得改性二次纤维；控制二次纤维平均长度约为0.7-1.0cm；
步骤2、按照重量份数称取：50-60份预改性二次纤维，37-48份废聚乙烯，以及2-3.5份界面相容剂；0.5份PE蜡；界面相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯；
步骤3、将聚乙烯、界面相容剂、PE蜡和一部分改性二次纤维在70-90℃下混合后以均匀加料的方式从主喂料口加入双螺杆挤出机中，同时采用附加喂料机以均匀加料方式加入剩余的改性二次纤维，双螺杆挤出机各区温度设定为170℃-180℃，机头温度180-190℃，挤出机速度设定为200-300r/min，将挤出颗粒用型模压制，冷却，脱模，即得本发明复合材料。
实施例1
步骤1、对废纸进行预处理，优化二次纤维形态：
步骤1.1、按照重量份数称取50份废纸，2份KH550硅烷偶联剂，30份无水乙醇；
步骤1.2、将步骤1.1称取的废纸裁剪成2cm×2cm的小块，在真空干燥箱中80℃烘干4小时，备用；在烧杯中倒入无水乙醇，然后加入KH550，搅拌均匀得到混合溶液；
步骤1.3、采用喷壶将步骤1.2的混合溶液均匀喷洒于废纸块上，置于高速混合机中充分混合，取出废纸，室温下静置反应2小时，然后放入真空干燥箱中在80℃下干燥2小时，得到预改性废纸；
步骤1.4、采用粉碎机将步骤1.3得到的预改性废纸粉碎，即得改性二次纤维；控制二次纤维平均长度约为0.7-1.0cm；
步骤2、按照重量份数称取：50份预改性二次纤维，48份废聚乙烯颗粒，2份马来酸酐接枝聚乙烯，0.5份PE蜡；
步骤3、将步骤2称取的物质中的聚乙烯、马来酸酐聚乙烯以及PE蜡和30份预改性二次纤维放入高混机中充分混合，混合温度为80℃；将混合后的物质以均匀加料的方式从主喂料口加入双螺杆挤出机中，同时采用附加喂料机以均匀加料方式加入剩余的20份预改性二次纤维。挤出机各区温度设定为170℃-180℃，机头温度185℃，挤出机速度设定为250r/min。将挤出颗粒用型模压制，压制温度185℃，压制时间15min，冷却，脱模，即制得本发明复合材料样品A。
实施例2
步骤1、对废纸进行预处理，优化二次纤维形态：
步骤1.1、按照重量份数称取50份废纸，1份钛酸酯偶联剂，10份异丙醇；
步骤1.2、将步骤1.1称取的废纸裁剪成2cm×2cm的小块，在真空干燥箱中80℃烘干4小时，备用；在烧杯中倒入异丙醇，然后加入钛酸酯偶联剂，搅拌均匀，得到混合溶液；
步骤1.3、采用喷壶将步骤1.2的混合溶液均匀喷洒于废纸块上，置于高速混合机中充分混合，取出废纸，室温下静置反应2小时，然后放入真空干燥箱中在80℃下干燥2小时，得到预改性废纸；
步骤1.4、采用粉碎机将步骤1.3得到的预改性废纸粉碎，即得改性二次纤维；控制二次纤维平均长度约为0.7-1.0cm；
步骤2、按照重量份数称取：50份预改性二次纤维，48份废聚乙烯颗粒，2份马来酸酐接枝聚乙烯，0.5份PE蜡；
步骤3、将步骤2称取的物质中的聚乙烯、马来酸酐聚乙烯以及PE蜡和30份预改性二次纤维放入高混机中充分混合，混合温度为80℃；将混合后的物质以均匀加料的方式从主喂料口加入双螺杆挤出机中，同时采用附加喂料机以均匀加料方式加入剩余的20份预改性二次纤维。挤出机各区温度设定为170℃-180℃，机头温度185℃，挤出机速度设定为250r/min。将挤出颗粒用型模压制，压制温度185℃，压制时间15min，冷却，脱模，即制得本发明复合材料样品B。
实施例3
步骤1、对废纸进行预处理，优化二次纤维形态：
步骤1.1、按照重量份数称取60份废纸，2.5份KH550硅烷偶联剂，30份无水乙醇；
步骤1.2、将步骤1.1称取的废纸裁剪成2cm×2cm的小块，在真空干燥箱中80℃烘干4小时，备用；在烧杯中倒入无水乙醇，然后加入KH550，搅拌均匀，得到混合溶液；
步骤1.3、采用喷壶将步骤1.2的混合溶液均匀喷洒于废纸块上，置于高速混合机中充分混合，取出废纸，室温下静置反应2小时，然后放入真空干燥箱中在80℃下干燥2小时，得到预改性废纸；
步骤1.4、采用粉碎机将步骤1.3得到的预改性废纸粉碎，即得改性二次纤维；控制二次纤维平均长度约为0.7-1.0cm；
步骤2、按照重量份数称取：60份预改性二次纤维，38份废聚乙烯颗粒，2份马来酸酐接枝聚乙烯，0.5份PE蜡；
步骤3、将步骤2称取的物质中的聚乙烯、马来酸酐聚乙烯以及PE蜡和40份预改性二次纤维放入高混机中充分混合，混合温度为80℃；将混合后的物质以均匀加料的方式从主喂料口加入双螺杆挤出机中，同时采用附加喂料机以均匀加料方式加入剩余的20份预改性二次纤维。挤出机各区温度设定为170℃-180℃，机头温度185℃，挤出机速度设定为250r/min。将挤出颗粒用型模压制，压制温度185℃，压制时间15min，冷却，脱模，即制得本发明复合材料样品C。
实施例4
步骤1、对废纸进行预处理，优化二次纤维形态：
步骤1.1、按照重量份数称取60份废纸，1.5份钛酸酯偶联剂，10份异丙醇；
步骤1.2、将步骤1.1称取的废纸裁剪成2cm×2cm的小块，在真空干燥箱中80℃烘干4小时，备用；在烧杯中倒入异丙醇，然后加入钛酸酯偶联剂，搅拌均匀，得到混合溶液；
步骤1.3、采用喷壶将步骤1.2的混合溶液均匀喷洒于废纸块上，置于高速混合机中充分混合，取出废纸，室温下静置反应2小时，然后放入真空干燥箱中在80℃下干燥2小时，得到预改性废纸；
步骤1.4、采用粉碎机将步骤1.3得到的预改性废纸粉碎，即得改性二次纤维；控制二次纤维平均长度约为0.7-1.0cm；
步骤2、按照重量份数称取：60份预改性二次纤维，37份废聚乙烯颗粒，2.5份马来酸酐接枝聚乙烯，0.5份PE蜡；
步骤3、将步骤2称取的物质中的聚乙烯、马来酸酐聚乙烯以及PE蜡和40份预改性二次纤维放入高混机中充分混合，混合温度为80℃；将混合后的物质以均匀加料的方式从主喂料口加入双螺杆挤出机中，同时采用附加喂料机以均匀加料方式加入剩余的20份预改性二次纤维。挤出机各区温度设定为170℃-180℃，机头温度185℃，挤出机速度设定为250r/min。将挤出颗粒用型模压制，压制温度185℃，压制时间15min，冷却，脱模，即制得本发明复合材料样品D。
实施例5
步骤1、对废纸进行预处理，优化二次纤维形态：
步骤1.1、按照重量份数称取55份废纸，2.5份KH550硅烷偶联剂，30份无水乙醇；
步骤1.2、将步骤1.1称取的废纸裁剪成2cm×2cm的小块，在真空干燥箱中80℃烘干4小时，备用；在烧杯中倒入无水乙醇，然后加入KH550，搅拌均匀，得到混合溶液；
步骤1.3、采用喷壶将步骤1.2的混合溶液均匀喷洒于废纸块上，置于高速混合机中充分混合，取出废纸，室温下静置反应2小时，然后放入真空干燥箱中在80℃下干燥2小时，得到预改性废纸；
步骤1.4、采用粉碎机将步骤1.3得到的预改性废纸粉碎，即得改性二次纤维；控制二次纤维平均长度约为0.7-1.0cm；
步骤2、按照重量份数称取：55份预改性二次纤维，43份废聚乙烯颗粒，2份马来酸酐接枝聚乙烯，0.5份PE蜡；
步骤3、将步骤2称取的物质中的聚乙烯、马来酸酐聚乙烯以及PE蜡和40份预改性二次纤维放入高混机中充分混合，混合温度为80℃；将混合后的物质以均匀加料的方式从主喂料口加入双螺杆挤出机中，同时采用附加喂料机以均匀加料方式加入剩余的15份预改性二次纤维。挤出机各区温度设定为170℃-180℃，机头温度185℃，挤出机速度设定为250r/min。将挤出颗粒用型模压制，压制温度185℃，压制时间15min，冷却，脱模，即制得本发明复合材料样品E。
实施例6
步骤1、对废纸进行预处理，优化二次纤维形态：
步骤1.1、按照重量份数称取55份废纸，2.5份KH550硅烷偶联剂，30份无水乙醇；
步骤1.2、将步骤1.1称取的废纸裁剪成2cm×2cm的小块，在真空干燥箱中80℃烘干4小时，备用；在烧杯中倒入无水乙醇，然后加入KH550，搅拌均匀，得到混合溶液；
步骤1.3、采用喷壶将步骤1.2的混合溶液均匀喷洒于废纸块上，置于高速混合机中充分混合，取出废纸，室温下静置反应2小时，然后放入真空干燥箱中在80℃下干燥2小时，得到预改性废纸；
步骤1.4、采用粉碎机将步骤1.3得到的预改性废纸粉碎，即得改性二次纤维；控制二次纤维平均长度约为0.7-1.0cm；
步骤2、按照重量份数称取：55份预改性二次纤维，41份废聚乙烯颗粒，3.5份马来酸酐接枝聚乙烯，0.5份PE蜡；
步骤3、将步骤2称取的物质中的聚乙烯、马来酸酐聚乙烯以及PE蜡和45份预改性二次纤维放入高混机中充分混合，混合温度为80℃；将混合后的物质以均匀加料的方式从主喂料口加入双螺杆挤出机中，同时采用附加喂料机以均匀加料方式加入剩余的20份预改性二次纤维。挤出机各区温度设定为170℃-180℃，机头温度185℃，挤出机速度设定为250r/min。将挤出颗粒用型模压制，压制温度185℃，压制时间15min，冷却，脱模，即制得本发明复合材料样品F。
将实施例1-6制备的复合材料与现有原生植物纤维复合材料进行了性能对比，具体实验对比情况如下表1：
表1实施例1-6制备的复合材料与原生植物纤维复合材料的性能比较结果
由表1可以看出，本发明制得的高含量二次纤维增强废聚乙烯复合材料具有良好的加工性，吸水性低，力学性能优良，可实现100％回收再生产。
在复合材料成型中，二次纤维形态对复合材料机械力学性能、界面性能以及吸水性能等均有极为重要的影响，本发明方法中，在对废纸粉碎时，采用粉碎机控制改性二次纤维长度在0.7-1.0cm，制备形态优化的二次纤维。在制备改性二次纤维时，硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂均可与二次纤维发生化学交联作用，降低二次纤维表面的极性，提高二次纤维与基体的界面结合强度。在挤出机造粒时，由于二次纤维密度较小，体积相对较大，如果采用传统的喂料方法，很难保证高含量时，二次纤维在基体中分散的均匀性，故此，本发明方法将改性二次纤维分两次加入基体中，一部分从主喂料口添加，另一部分采用附加喂料机以均匀加料方式添加，从而解决二次纤维密度小喂料上浮的缺点；同时，在挤出造粒时添加合适用量的马来酸酐聚乙烯进一步改善复合材料的界面性能，添加适量的PE蜡可提升复合材料的加工性能。
本发明采用废纸制备改性二次纤维，优化纤维形态并进一步开发了合适的挤出工艺，废纸原料无需进行脱墨处理，可实现高大50％以上的二次纤维添加量。制备的复合材料力学性能优异，吸水率极低，综合应用性能优良，可广泛应用于建筑材料、装饰材料、家具材料等领域，而且该材料可实现100％回收利用，完全不含甲醛，是一种利用废弃印刷包装材料制备的高附加值环保复合材料。
Claims (6)
1.一种高含量二次纤维增强废聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、对废纸进行预处理，优化二次纤维形态，得到改性二次纤维；
步骤2、按照重量份数称取：50-60份预改性二次纤维，37-48份废聚乙烯，以及2-3.5份界面相容剂；0.5份PE蜡；
步骤3、将聚乙烯、界面相容剂、PE蜡和一部分改性二次纤维在70-90℃下混合后以均匀加料的方式从主喂料口加入双螺杆挤出机中，同时采用附加喂料机以均匀加料方式加入剩余的改性二次纤维，将挤出颗粒用型模压制，冷却，脱模，即得本发明复合材料。
2.根据权利要求1所述的高含量二次纤维增强废聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1的具体实施步骤为：
步骤1.1、按照重量份数称取50-60份废纸，1-3.5份偶联剂，10-30份醇类溶剂；
步骤1.2、将废纸裁剪成2cm×2cm的小块，在真空干燥箱中80℃烘干4h，备用；将偶联剂和醇类溶剂混合均匀；
步骤1.3、将偶联剂和醇类溶剂混合均匀后均匀喷洒于废纸块上，置于高速混合机中充分混合，取出废纸，室温下静置反应1-2h，然后放入真空干燥箱中在80℃下干燥2小时，得到预改性废纸；
步骤1.4、采用粉碎机将步骤1.3得到的预改性废纸粉碎，即得改性二次纤维；控制二次纤维平均长度约为0.7-1.0cm。
3.根据权利要求2所述的高含量二次纤维增强废聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述偶联剂为KH550硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
4.根据权利要求1所述的高含量二次纤维增强废聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述醇类溶剂为无水乙醇或异丙醇。
5.根据权利要求1所述的高含量二次纤维增强废聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2中界面相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯。
6.根据权利要求1所述的高含量二次纤维增强废聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3中双螺杆挤出机各区温度设定为170℃-180℃，机头温度180-190℃，挤出机速度设定为200-300r/min。
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