本发明属于复合材料技术领域,特别涉及一种可降解复合材料及其制备方法。
背景技术:
传统的增强复合材料主要是以玻璃纤维、碳纤维等作为增强体,以石油基热固性或热塑性高分子作为树脂基体制备而成,已经广泛应用于国民经济的各行各业中。然而,我们也必须认识到,由于石油为不可再生资源,其过多的使用只会日渐枯竭,而以石油基高分子制备的传统复合材料的可持续发展则受到较大影响。此外,玻璃纤维、碳纤维等的生产不仅耗费高额能量,而且碳排放量巨大,热固性树脂固化过程也释放大量VOC,威胁工人健康和环境,传统复合材料的废弃物通常不易降解或回收,为生态环境带来沉重负担。
另一方面,农田秸秆和橡胶等废弃物的总量正以惊人的速度增加,这些高分子擦亮在自然环境下很难分解,造成了严重的环境污染。对于上述废弃物,传统的处理方法主要是土埋和焚烧。土埋会浪费大量的土地资源,降低土地资源的流转效率,还会对土地、甚至地下水源造成污染;焚烧则会产生大量的二氧化碳气体,以及其他对人有害的氮、硫、磷等化合物,这些均助长了温室效应和酸雨的发生,特别是近年来大气污染,例如雾霾天气的频繁发生,使得传统的焚烧方法受到限制。因此,如何将农田秸秆、橡胶等废弃资源变废为宝,并确保复合材料所应具备的必要性能成为研究的难点。
技术实现要素:
针对上述缺陷,本发明的目的是提供一种可降解复合材料及其制备方法,以秸秆等废弃物为主体,并加入多种化学成分,制备出可降解的、性能优良的复合材料,既节约了资源、保护了环境,也丰富了复合材料的种类。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种可降解复合材料,包含如下重量组份的各物质:秸秆50-70份、氯丁橡胶15-20份、聚丁二酸丁二醇酯10-15份、正丁醚10-20份、亚油酸12-16份、甘油磷酸酯3-8份、乙氧甲叉氰乙酸乙酯12-16份、四甲基乙二醇15-20份、肟乙基甲酮1-4份。
进一步的,所述秸秆55-65份、氯丁橡胶16-18份、聚丁二酸丁二醇酯12-14份、正丁醚13-16份、亚油酸13-15份、甘油磷酸酯3-6份、乙氧甲叉氰乙酸乙酯13-15份、四甲基乙二醇17-19、肟乙基甲酮1-3份。
进一步的,所述秸秆62份、氯丁橡胶17份、聚丁二酸丁二醇酯13份、正丁醚15份、亚油酸14份、甘油磷酸酯5份、乙氧甲叉氰乙酸乙酯14份、四甲基乙二醇18份、肟乙基甲酮2份。
一种可降解复合材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)将秸秆50-70份和氯丁橡胶15-20份在粉碎机中粉碎至120-200目;随后向其中加入正丁醚10-20份和亚油酸12-16份,升高温度至90-110℃,以速率500r/min搅拌反应20-30min;
(2)将聚丁二酸丁二醇酯10-15份、甘油磷酸酯3-8份和乙氧甲叉氰乙酸乙酯12-16份三者混合,先在温度130-150℃下反应15-30min后,加入四甲基乙二醇15-20份,并在温度40-50℃下超声处理10-15min;
(3)将步骤(1)所得产物和步骤(2)所得产物混合搅拌,边搅拌边加入肟乙基甲酮1-4份,滴加完毕后继续反应30-50min,随后经挤压、冷却后即可得到所述可降解复合材料。
进一步的,步骤(1)中所述温度为100℃,以速率500r/min搅拌反应25min。
进一步的,步骤(2)中先在温度140℃下反应25min后,加入四甲基乙二醇18份,并在温度45℃下超声处理13min。
进一步的,步骤(3)中搅拌的速率为800r/min,滴加时间为3-5min。
本发明与现有技术相比,其有益效果为:
本发明所述可降解复合材料的制备方法,以废弃秸秆和氯丁橡胶为基体,将其分散于正丁醚和亚油酸中,并加入甘油磷酸酯、乙氧甲叉氰乙酸乙酯等物质,不需要加入高岭土等助剂即可满足使用性能;该制备过程不复杂、能耗低。制备得到的复合材料的氧指数为35-42,抗拉强度为40-60MPa,断裂伸长率为110-150%,降解周期为80-100天。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
(1)将秸秆50份和氯丁橡胶15份在粉碎机中粉碎至120目;随后向其中加入正丁醚10份和亚油酸12份,升高温度至90℃,以速率500r/min搅拌反应20min;
(2)将聚丁二酸丁二醇酯10份、甘油磷酸酯3份和乙氧甲叉氰乙酸乙酯12份三者混合,先在温度130℃下反应15min后,加入四甲基乙二醇15份,并在温度40℃下超声处理10min;
(3)将步骤(1)所得产物和步骤(2)所得产物混合搅拌,以速率800r/min边搅拌边加入肟乙基甲酮1份,滴加时间3min,滴加完毕后继续反应30min,随后经挤压、冷却后即可得到所述可降解复合材料。
测试制备得到的复合材料性能,结果为:氧指数为35,抗拉强度为40MPa,断裂伸长率为110%,降解周期为100天。
对比例1
(1)将秸秆50份和氯丁橡胶15份在粉碎机中粉碎至120目;随后向其中加入正丁醚10份,升高温度至90℃,以速率500r/min搅拌反应20min;
(2)向聚丁二酸丁二醇酯10份中加入四甲基乙二醇15份,并在温度40℃下超声处理10min;
(3)将步骤(1)所得产物和步骤(2)所得产物混合搅拌,以速率800r/min边搅拌边加入肟乙基甲酮1份,滴加时间3min,滴加完毕后继续反应30min,随后经挤压、冷却后即可得到复合材料。
测试制备得到的复合材料性能,结果为:抗拉强度为4.5MPa,断裂伸长率为100%,降解周期为350天。
实施例2
(1)将秸秆70份和氯丁橡胶20份在粉碎机中粉碎至200目;随后向其中加入正丁醚20份和亚油酸16份,升高温度至110℃,以速率500r/min搅拌反应30min;
(2)将聚丁二酸丁二醇酯15份、甘油磷酸酯8份和乙氧甲叉氰乙酸乙酯16份三者混合,先在温度150℃下反应30min后,加入四甲基乙二醇20份,并在温度50℃下超声处理15min;
(3)将步骤(1)所得产物和步骤(2)所得产物混合搅拌,以速率800r/min边搅拌边加入肟乙基甲酮4份,滴加时间5min,滴加完毕后继续反应50min,随后经挤压、冷却后即可得到所述可降解复合材料。
测试制备得到的复合材料性能,结果为:氧指数为38,抗拉强度为46MPa,断裂伸长率为115%,降解周期为95天。
对比例2
(1)将秸秆70份和氯丁橡胶20份在粉碎机中粉碎至200目;随后向其中加入正丁醚20份,升高温度至110℃,以速率500r/min搅拌反应30min;
(2)向聚丁二酸丁二醇酯15份中加入四甲基乙二醇20份,并在温度50℃下超声处理15min;
(3)将步骤(1)所得产物和步骤(2)所得产物混合搅拌,以速率800r/min边搅拌边加入肟乙基甲酮4份,滴加时间5min,滴加完毕后继续反应50min,随后经挤压、冷却后即可得到所述复合材料。
测试制备得到的复合材料性能,结果为:抗拉强度为4.5MPa,断裂伸长率为99%,降解周期为406天。
实施例3
(1)将秸秆55份和氯丁橡胶16份在粉碎机中粉碎至140目;随后向其中加入正丁醚13份和亚油酸13份,升高温度至95℃,以速率500r/min搅拌反应20min;
(2)将聚丁二酸丁二醇酯10份、甘油磷酸酯3份和乙氧甲叉氰乙酸乙酯13份三者混合,先在温度130℃下反应15min后,加入四甲基乙二醇17份,并在温度40℃下超声处理10min;
(3)将步骤(1)所得产物和步骤(2)所得产物混合搅拌,以速率800r/min边搅拌边加入肟乙基甲酮1份,滴加时间5min,滴加完毕后继续反应35min,随后经挤压、冷却后即可得到所述可降解复合材料。
测试制备得到的复合材料性能,结果为:氧指数为40,抗拉强度为50MPa,断裂伸长率为130%,降解周期为88天。
实施例4
(1)将秸秆65份和氯丁橡胶18份在粉碎机中粉碎至180目;随后向其中加入正丁醚16份和亚油酸15份,升高温度至105℃,以速率500r/min搅拌反应30min;
(2)将聚丁二酸丁二醇酯15份、甘油磷酸酯6份和乙氧甲叉氰乙酸乙酯15份三者混合,先在温度150℃下反应30min后,加入四甲基乙二醇19份,并在温度50℃下超声处理15min;
(3)将步骤(1)所得产物和步骤(2)所得产物混合搅拌,以速率800r/min边搅拌边加入肟乙基甲酮3份,滴加时间3min,滴加完毕后继续反应45min,随后经挤压、冷却后即可得到所述可降解复合材料。
测试制备得到的复合材料性能,结果为:氧指数为42,抗拉强度为55MPa,断裂伸长率为138%,降解周期为85天。
实施例5
(1)将秸秆62份和氯丁橡胶17份在粉碎机中粉碎至150目;随后向其中加入正丁醚15份和亚油酸14份,升高温度至100℃,以速率500r/min搅拌反应25min;
(2)将聚丁二酸丁二醇酯13份、甘油磷酸酯5份和乙氧甲叉氰乙酸乙酯14份三者混合,先在温度140℃下反应25min后,加入四甲基乙二醇18份,并在温度45℃下超声处理13min;
(3)将步骤(1)所得产物和步骤(2)所得产物混合搅拌,以速率800r/min边搅拌边加入肟乙基甲酮2份,滴加时间4min,滴加完毕后继续反应50min,随后经挤压、冷却后即可得到所述可降解复合材料。
测试制备得到的复合材料性能,结果为:氧指数为39,抗拉强度为60MPa,断裂伸长率为150%,降解周期为80天。
本发明不限于这里的实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。