本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种造纸废弃物/聚乙烯复合材料的制备方法。
背景技术：
现有常规pe(造纸废弃物/聚乙烯复合材料)复合材料，以pe树脂、caco3、增塑剂、润滑剂等助剂为组份，经高速混料机混合，再通过注塑工艺制备复合材料。
据统计目前超过95％的造纸废弃物仍作为工业制浆的废弃物，浓缩后燃烧掉或者随废水直接流入河流，制浆废水的排放不仅造成资源的浪费，同时又严重污染环境。高效资源化利用对社会经济的发展和环境保护具有现实意义。
造纸废弃物与植物纤维结构相似，均含有极性基团，烯烃则主要为非极性基团，两相间相容性较差，因此需要采用增塑剂处理以改善造纸废弃物与树脂材料间的相容性，从而提高以造纸废弃物为改性pe树脂复合材料的综合性能。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题：针对目前造纸废弃物与植物纤维结构相似，均含有极性基团，烯烃则主要为非极性基团，两相间相容性较差，同时其阻燃性差的缺陷，提供了一种造纸废弃物/聚乙烯复合材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
一种造纸废弃物/聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
(1)称取2.0～4.0kg造纸废弃物放入阳光下自然干燥，得到干燥造纸废弃物，再将干燥造纸废弃物放入粉碎机中粉碎过200目筛，得到造纸废弃物粉末；
(2)向造纸废弃物粉末中加入造纸废弃物粉末质量9％的醋酸酐，并混合搅拌反应，得到反应物，继续将反应物和质量分数为12％的乙酸溶液混合浸泡，浸泡后置于烘箱中干燥，得到改性造纸废弃物；
(3)将氢氧化钠、无水碳酸钠和去离子水混合搅拌溶解，得到混合碱溶液，再将六水氯化镁、六水三氯化铝和去离子水混合搅拌溶解，得到自制盐溶液，分别量取50～60ml自制盐溶液和28～30ml混合碱溶液，备用，用混合碱溶液调节自制盐溶液ph至11～13，得到悬浊液；将悬浊液置于无光温室下静置陈化，过滤去除滤液，取出滤渣，用去离子水洗涤滤渣，将洗涤后的滤渣置于烘箱中烘干，研磨出料，得到自制镁铝水滑石粉末；
(4)将自制镁铝水滑石粉末和三聚磷酸钠混合置于烧杯中搅拌反应，冷却出料，得到改性自制镁铝水滑石粉末；
(5)按重量份数计，分别称取45～55份改性造纸废弃物、12～15改性自制镁铝水滑石粉末、55～60份聚乙烯、3～5份碳酸钙和2～4份硬脂酸混合置于搅拌机中搅拌，得到混合料，将混合料倒入注塑机中注塑成型，冷却出料，即得造纸废弃物/聚乙烯复合材料。
步骤(1)所述的干燥时间为2～4h，粉碎时间为16～20min。
步骤(2)所述的搅拌反应时间为18～21min，的反应物和质量分数为12％的乙酸溶液的质量比为1：6，浸泡时间为4～5h，干燥温度为70～80℃，干燥时间为18～21min。
步骤(3)所述的氢氧化钠、无水碳酸钠和去离子水的质量比3：1：5，搅拌溶解时间为15～21min，六水氯化镁、六水三氯化铝和去离子水的质量比为3：1：6，混合搅拌溶解时间为12～15min，静置陈化时间为2～3天，洗涤次数为3～5次，烘干温度为85～90℃，烘干时间为27～30min。
步骤(4)所述的自制镁铝水滑石粉末和三聚磷酸钠的质量比为3：1，搅拌反应温度为55～65℃，搅拌反应时间为35～45min。
步骤(5)所述的搅拌转速为180～200r/min，搅拌温度为90～100℃，搅拌时间为16～20min，注塑成型温度为160～180℃，注塑成型压力为100～110mpa。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
(1)本发明以pe为基材，改性造纸废弃物和改性自制镁铝水滑石粉末作为促进剂，并辅以碳酸钙和硬脂酸等制备得到造纸废弃物/聚乙烯复合材料，首先将造纸废弃物混合干燥粉碎得到造纸废弃物粉末，利用醋酸酐、乙酸对造纸废弃物粉末进行双重改性，使其表面的纤维素、半纤维素分子的部分羟基与醋酸酐和乙酸中的羧基发生酯化反应，因强极性的羟基被弱极性的酯基取代，部分结合氢键被破坏，从而降低了造纸废弃物粉末中的纤维表面的极性，使得造纸废弃物粉末中的纤维可以均匀分散在基材内部，也就提高造纸废弃物粉末中的纤维与非极性基材之间的相容性；
(2)本发明通过盐碱共沉淀法制备得到自制镁铝水滑石，利用三聚磷酸钠对自制镁铝水滑石进行表面改性，p3o105-以不同类型的-o-p-o-键吸附于自制镁铝水滑石表面，并分别与自制镁铝水滑石中的镁离子和铝离子发生配位键合反应，从而形成一层保护膜，降低自制镁铝水滑石粒子表面极性，增强了自制镁铝水滑石粒子间的空间位阻效应，从而提高了自制镁铝水滑石与pe基材的相容性，同时自制镁铝水滑石粒子均匀分散在树脂基体表面，形成致密的交联网络结构，再次提高造纸废弃物/聚乙烯复合材料的阻燃性；
(3)本发明中自制镁铝水滑石的分解温度既有低温段又有高温段，拓宽了阻燃温度范围，在吸热分解过程中脱去自制镁铝水滑石的吸附水和层间水，其羟基脱水以水蒸气形式逸出，并分解释放出水和二氧化碳，这些物质能够吸收大量燃烧热量，有效稀释氧气和可燃性气体的浓度，从而降低pe基材的表面温度，起到了阻燃效果，另外在自制镁铝水滑石吸热分解过程中，得到碱性多孔导热氧化物，将其与pe基材表面的炭化产物结合形成保护膜，有效阻止热量和氧气的侵入，进一步提高造纸废弃物/聚乙烯复合材料的阻燃性，可具有广阔的应用前景。
具体实施方式
称取2.0～4.0kg造纸废弃物放入阳光下自然干燥2～4h，得到干燥造纸废弃物，再将干燥造纸废弃物放入粉碎机中粉碎16～20min过200目筛，得到造纸废弃物粉末，再向造纸废弃物粉末中加入造纸废弃物粉末质量9％的醋酸酐，并混合搅拌反应18～21min，得到反应物，继续将反应物和质量分数为12％的乙酸溶液按质量比为1：6混合浸泡4～5h，浸泡后置于烘箱中，在温度为70～80℃下干燥18～21min，得到改性造纸废弃物；按质量比3：1：5将氢氧化钠、无水碳酸钠和去离子水混合搅拌溶解15～21min，得到混合碱溶液，再按质量比为3：1：6将六水氯化镁、六水三氯化铝和去离子水混合搅拌溶解12～15min，得到自制盐溶液，分别量取50～60ml自制盐溶液和28～30ml混合碱溶液，备用，用混合碱溶液调节自制盐溶液ph至11～13，得到悬浊液；将悬浊液置于无光温室下静置陈化2～3天，过滤去除滤液，取出滤渣，用去离子水洗涤滤渣3～5次，将洗涤后的滤渣置于烘箱中，在温度为85～90℃下烘干27～30min，研磨出料，得到自制镁铝水滑石粉末，按质量比为3：1将自制镁铝水滑石粉末和三聚磷酸钠混合置于烧杯中，在温度为55～65℃下搅拌反应35～45min，冷却出料，得到改性自制镁铝水滑石粉末；按重量份数计，分别称取45～55份改性造纸废弃物、12～15改性自制镁铝水滑石粉末、55～60份聚乙烯、3～5份碳酸钙和2～4份硬脂酸混合置于搅拌机中，在转速为180～200r/min、温度为90～100℃的条件下搅拌16～20min，得到混合料，将混合料倒入注塑机中，在温度为160～180℃、压力为100～110mpa的条件下注塑成型，冷却出料，即得造纸废弃物/聚乙烯复合材料。
实例1
称取2.0kg造纸废弃物放入阳光下自然干燥2h，得到干燥造纸废弃物，再将干燥造纸废弃物放入粉碎机中粉碎16min过200目筛，得到造纸废弃物粉末，再向造纸废弃物粉末中加入造纸废弃物粉末质量9％的醋酸酐，并混合搅拌反应18min，得到反应物，继续将反应物和质量分数为12％的乙酸溶液按质量比为1：6混合浸泡4h，浸泡后置于烘箱中，在温度为70℃下干燥18min，得到改性造纸废弃物；按质量比3：1：5将氢氧化钠、无水碳酸钠和去离子水混合搅拌溶解15min，得到混合碱溶液，再按质量比为3：1：6将六水氯化镁、六水三氯化铝和去离子水混合搅拌溶解12min，得到自制盐溶液，分别量取50ml自制盐溶液和28ml混合碱溶液，备用，用混合碱溶液调节自制盐溶液ph至11，得到悬浊液；将悬浊液置于无光温室下静置陈化2天，过滤去除滤液，取出滤渣，用去离子水洗涤滤渣3次，将洗涤后的滤渣置于烘箱中，在温度为85℃下烘干27min，研磨出料，得到自制镁铝水滑石粉末，按质量比为3：1将自制镁铝水滑石粉末和三聚磷酸钠混合置于烧杯中，在温度为55℃下搅拌反应35min，冷却出料，得到改性自制镁铝水滑石粉末；按重量份数计，分别称取45份改性造纸废弃物、12份改性自制镁铝水滑石粉末、55份聚乙烯、3份碳酸钙和2份硬脂酸混合置于搅拌机中，在转速为180r/min、温度为90℃的条件下搅拌16min，得到混合料，将混合料倒入注塑机中，在温度为160℃、压力为100mpa的条件下注塑成型，冷却出料，即得造纸废弃物/聚乙烯复合材料。
实例2
称取3.0kg造纸废弃物放入阳光下自然干燥3h，得到干燥造纸废弃物，再将干燥造纸废弃物放入粉碎机中粉碎18min过200目筛，得到造纸废弃物粉末，再向造纸废弃物粉末中加入造纸废弃物粉末质量9％的醋酸酐，并混合搅拌反应20min，得到反应物，继续将反应物和质量分数为12％的乙酸溶液按质量比为1：6混合浸泡4.5h，浸泡后置于烘箱中，在温度为75℃下干燥19min，得到改性造纸废弃物；按质量比3：1：5将氢氧化钠、无水碳酸钠和去离子水混合搅拌溶解18min，得到混合碱溶液，再按质量比为3：1：6将六水氯化镁、六水三氯化铝和去离子水混合搅拌溶解14min，得到自制盐溶液，分别量取55ml自制盐溶液和29ml混合碱溶液，备用，用混合碱溶液调节自制盐溶液ph至12，得到悬浊液；将悬浊液置于无光温室下静置陈化3天，过滤去除滤液，取出滤渣，用去离子水洗涤滤渣4次，将洗涤后的滤渣置于烘箱中，在温度为88℃下烘干28min，研磨出料，得到自制镁铝水滑石粉末，按质量比为3：1将自制镁铝水滑石粉末和三聚磷酸钠混合置于烧杯中，在温度为60℃下搅拌反应40min，冷却出料，得到改性自制镁铝水滑石粉末；按重量份数计，分别称取50份改性造纸废弃物、14份改性自制镁铝水滑石粉末、56份聚乙烯、4份碳酸钙和3份硬脂酸混合置于搅拌机中，在转速为190r/min、温度为95℃的条件下搅拌18min，得到混合料，将混合料倒入注塑机中，在温度为170℃、压力为105mpa的条件下注塑成型，冷却出料，即得造纸废弃物/聚乙烯复合材料。
实例3
称取4.0kg造纸废弃物放入阳光下自然干燥4h，得到干燥造纸废弃物，再将干燥造纸废弃物放入粉碎机中粉碎20min过200目筛，得到造纸废弃物粉末，再向造纸废弃物粉末中加入造纸废弃物粉末质量9％的醋酸酐，并混合搅拌反应21min，得到反应物，继续将反应物和质量分数为12％的乙酸溶液按质量比为1：6混合浸泡5h，浸泡后置于烘箱中，在温度为80℃下干燥21min，得到改性造纸废弃物；按质量比3：1：5将氢氧化钠、无水碳酸钠和去离子水混合搅拌溶解21min，得到混合碱溶液，再按质量比为3：1：6将六水氯化镁、六水三氯化铝和去离子水混合搅拌溶解15min，得到自制盐溶液，分别量取60ml自制盐溶液和30ml混合碱溶液，备用，用混合碱溶液调节自制盐溶液ph至13，得到悬浊液；将悬浊液置于无光温室下静置陈化3天，过滤去除滤液，取出滤渣，用去离子水洗涤滤渣5次，将洗涤后的滤渣置于烘箱中，在温度为90℃下烘干30min，研磨出料，得到自制镁铝水滑石粉末，按质量比为3：1将自制镁铝水滑石粉末和三聚磷酸钠混合置于烧杯中，在温度为65℃下搅拌反应45min，冷却出料，得到改性自制镁铝水滑石粉末；按重量份数计，分别称取55份改性造纸废弃物、15改性自制镁铝水滑石粉末、60份聚乙烯、5份碳酸钙和4份硬脂酸混合置于搅拌机中，在转速为200r/min、温度为100℃的条件下搅拌20min，得到混合料，将混合料倒入注塑机中，在温度为180℃、压力为110mpa的条件下注塑成型，冷却出料，即得造纸废弃物/聚乙烯复合材料。
对比例
以徐州市某公司生产的造纸废弃物/聚乙烯复合材料作为对比例
对本发明制得的造纸废弃物/聚乙烯复合材料和对比例中的造纸废弃物/聚乙烯复合材料进行检测，检测结果如表1所示：
1、阻燃等级测试
按阻燃等级由hb，v-2，v-1向v-0逐级递增的标准进行检测；
氧指数测试采用氧指数测试仪进行检测；
水平燃烧长度测试按gb/t2408燃烧性能试验方法水平燃烧法进行检测；
垂直燃烧时间测试按gb/t5455阻燃性能测定垂直法进行检测；
表1
根据上述中数据可知本发明制得的造纸废弃物/聚乙烯复合材料阻燃性好，阻燃等级达到0级，通过改性后的造纸废弃物与pe的相容性好，具有广阔的应用前景。