專利名稱：一種木質素-環(huán)氧樹脂復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及木質素-聚合物復合材料及其制備方法。
背景技術：
木質素是自然界中含量僅次于纖維素的第二大可再生資源，每年以5X101(lt的速度再生，是一種極富工業(yè)價值的有機原料。在纖維素相關產業(yè)(如植物水解和制漿造紙工業(yè))中，木質素通常以副產物的形式大量產出，但到目前為止，超過95%的分離木質素的回收就是經濃縮后被燒掉，一方面造成資源的極大浪費，另一方面含木質素工業(yè)廢水的排放也會對環(huán)境造成嚴重的不良影響。對木質素加以有效利用，對環(huán)境保護和經濟發(fā)展都有著積極的意義。將木質素與聚合物共混制備新型復合材料是對木質素加以充分利用的有效方法之一，但目前所制備的復合材料中木質素的摻混量較少，一般低于50 %，此外，所采用的聚合物多為弱極性的高分子塑料，而木質素極性強，并具有較強的分子內和分子間氫鍵，其與弱極性的聚合物性質差異較大，因而這種復合材料存在著界面結合的缺陷，從而影響其使用性能。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有木質素有效利用率低的問題。本發(fā)明的一種木質素-環(huán)氧樹脂復合材料，是按質量份數比由100份的環(huán)氧樹脂、 100 400份的木質素、60 120份的固化劑、O 40份的增強劑和O 20份的增韌劑制成。其中，所述的木質素為工業(yè)木質素、高純度木質素、堿木質素或高沸醇木質素；所述的環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂、溴化雙酚A型環(huán)氧樹脂、氨基四縮水甘油環(huán)氧樹脂、 對氨基苯酚三縮水甘油環(huán)氧樹脂或酚醛型環(huán)氧樹脂；所述的固化劑為聚酰胺200#、聚酰胺 400#、聚酰胺651#、聚酰胺203#、聚酰胺300#或聚酰胺600# ;所述的增韌劑為聚硫橡膠、 丁腈橡膠、共聚尼龍、聚乙烯醇縮醛、聚氨酯、低分子量聚酰胺、環(huán)氧化SBS或環(huán)氧化吡啶基 SBS ;所述的增強劑為石英粉、云母粉、滑石粉、碳酸鈣、硫酸鋇、白炭黑、納米二氧化硅、納米二氧化鈦、納米氧化鋅、納米氧化錯、納米氧化鐵、納米鈦酸鹽、納米碳化物、納米氮化物、納米氧化鋁、碳纖維、木纖維、大麻纖維、竹纖維、玻璃纖維、黃麻纖維、亞麻纖維、劍麻纖維或棕櫚纖維。本發(fā)明的木質素-環(huán)氧樹脂復合材料的制備方法是按以下步驟進行一、按質量份數比稱取100份的環(huán)氧樹脂、100 400份的木質素、60 120份的固化劑、O 40份的增強劑和O 20份的增韌劑；二、將步驟一稱取的木質素在90°C 120°C的溫度下進行干燥處理3 12h ;三、將步驟一稱取的環(huán)氧樹脂、固化劑、增韌劑、增強劑與步驟二中干燥后的木質素，攪拌混合30min 60min,即得混合物料；四、將步驟三得到的混合物料放入熱壓機中，先預壓，然后進行熱壓處理，即得復合材料；五、將步驟四中制得的復合材料進行后固化I 2h，即得木質素-環(huán)氧樹脂復合材料；其中，步驟三所述的攪拌混合，混合速度為 20 40rpm，混合溫度為20°C 30°C ;步驟四所述的預壓處理，壓力為2 6MPa，預壓時間為10 20min，預壓溫度為40°C 50°C ;步驟四所述的熱壓處理，壓力為6 20MPa，熱壓溫度為50°C 60°C，熱壓時間按步驟四所得的復合材料的厚度計算，每毫米保持3 5min ； 步驟五所述的后固化溫度為70°C 100°C。本發(fā)明利用木質素做主體材料(含量超過50% )，通過與強極性的熱固性環(huán)氧樹脂復合，制備木質素-環(huán)氧樹脂復合材料，從而實現(xiàn)木質素高效利用。本發(fā)明以木質素為基材，通過與環(huán)氧樹脂等共混形成復合材料，該復合材料不僅具有滿足一般使用要求的力學性能，同時又可通過熱壓方便的制成各種形狀，加工簡便。通過復合改性使不同材料之間優(yōu)勢互補，并且通過調節(jié)各成分的含量來得到復合材料的不同性能，使其具有優(yōu)良的耐熱、抗紫外線能力，高強度、高剛度以及可降解性能等，可廣泛應用于日常生活的各個領域。
具體實施方案下面結合具體實例來詳細說明本發(fā)明。本發(fā)明技術方案并不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式的一種木質素-環(huán)氧樹脂復合材料，是按質量份數比由100份的環(huán)氧樹脂、100 400份的木質素、60 120份的固化劑、O 40份的增強劑和O 20份的增韌劑制成。本實施方式以木質素為基材，通過與環(huán)氧樹脂等共混形成復合材料，該復合材料不僅具有滿足一般使用要求的力學性能，同時又可通過熱壓方便的制成各種形狀，加工簡便。通過復合改性使不同材料之間優(yōu)勢互補，并且通過調節(jié)各成分的含量來得到復合材料的不同性能，使其具有優(yōu)良的耐熱、抗紫外線能力，高強度、高剛度以及可降解性能等，可廣泛應用于日常生活的各個領域。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是所述的木質素為工業(yè)木質素、高純度木質素、堿木質素或高沸醇木質素。其它與具體實施方式
一相同。本實施方式的工業(yè)木質素、堿木質素、高純度木質素和高沸醇木質素均為市售產品O具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一至二不同的是所述的環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂、溴化雙酚A型環(huán)氧樹脂、氨基四縮水甘油環(huán)氧樹脂、對氨基苯酚三縮水甘油環(huán)氧樹脂或酚醛型環(huán)氧樹脂。其它與具體實施方式
一至二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是所述的固化劑為聚酰胺200#、聚酰胺400#、聚酰胺651#、聚酰胺203#、聚酰胺300#或聚酰胺600#。其它與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是所述的增韌劑為聚硫橡膠、丁腈橡膠、共聚尼龍、聚乙烯醇縮醛、聚氨酯、低分子量聚酰胺、環(huán)氧化SBS 或環(huán)氧化吡啶基SBS。其它與具體實施方式
一至四之一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同的是所述的增強劑為石英粉、云母粉、滑石粉、碳酸鈣、硫酸鋇、白炭黑、納米二氧化硅、納米二氧化鈦、納米氧化鋅、納米氧化錯、納米氧化鐵、納米鈦酸鹽、納米碳化物、納米氮化物、納米氧化招、碳纖維、木纖維、大麻纖維、竹纖維、玻璃纖維、黃麻纖維、亞麻纖維、劍麻纖維或棕櫚纖維。其它與具體實施方式
一至五之一相同。
具體實施方式
七本實施方式的木質素-環(huán)氧樹脂復合材料的制備方法按以下步驟進行一、按質量份數比稱取100份的環(huán)氧樹脂、100 400份的木質素、60 120份的固化劑、O 40份的增強劑和O 20份的增韌劑；二、將步驟一稱取的木質素在90°C 120°C 的溫度下進行干燥處理3 12h ;三、將步驟一稱取的環(huán)氧樹脂、固化劑、增韌劑、增強劑與步驟二中干燥后的木質素，攪拌混合30min 60min，即得混合物料；四、將步驟三得到的混合物料放入熱壓機中，先預壓，然后進行熱壓處理，即得復合材料；五、將步驟四中制得的復合材料進行后固化I 2h，即得木質素-環(huán)氧樹脂復合材料；其中，步驟三所述的攪拌混合，混合速度為20 40rpm，混合溫度為20°C 30°C ;步驟四所述的預壓處理，壓力為2 6MPa，預壓時間為10 20min，預壓溫度為40°C 50°C ;步驟四所述的熱壓處理，壓力為 6 20MPa，熱壓溫度為50°C 60°C，熱壓時間按步驟四所得的復合材料的厚度計算，每毫米保持3 5min ;步驟五所述的后固化溫度為70°C 100°C。本實施方式利用木質素做主體材料(含量超過50% )，通過與強極性的熱固性環(huán)氧樹脂復合，制備木質素-環(huán)氧樹脂復合材料，從而實現(xiàn)木質素高效利用。本實施方式以木質素為基材，通過與環(huán)氧樹脂等共混形成復合材料，該復合材料不僅具有滿足一般使用要求的力學性能，同時又可通過熱壓方便的制成各種形狀，加工簡便。通過復合改性使不同材料之間優(yōu)勢互補，并且通過調節(jié)各成分的含量來得到復合材料的不同性能，使其具有優(yōu)良的耐熱、抗紫外線能力，高強度、高剛度以及可降解性能等，可廣泛應用于日常生活的各個領域。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
七不同的是步驟三所述的攪拌混合是在捏合機或開煉機中進行的。其它與具體實施方式
七相同。通過以下試驗驗證本發(fā)明的效果試驗I :通過以下步驟制備木質素-環(huán)氧樹脂復合材料一、稱取60g的高純木質素、60g 的雙酚A型環(huán)氧樹脂和48g的聚酰胺200# ;二、將步驟一稱取的高純木質素在120°C溫度下進行干燥處理3h ;三、將步驟一稱取的雙酚A型環(huán)氧樹脂、聚酰胺200#和步驟二干燥后的高純木質素放入捏合機中，以20rpm的轉速，在30°C溫度下混合40min，即得物料；四、將步驟三得到的物料放入熱壓機中，在壓力為2MPa，溫度為50°C的條件下，預壓處理IOmin ;預壓處理后，在壓力為8MPa，溫度為60°C的條件下，進行熱壓處理20min，即得復合材料，復合材料的厚度為4. 8mm ;五、將步驟四熱壓成型的復合材料，在85°C溫度下進行后固化lh，即得木質素_環(huán)氧樹脂復合材料。本試驗的高純木質素購買自松原來禾化學有限公司。其中環(huán)氧樹脂采用雙酚A型環(huán)氧樹脂，環(huán)氧值為O. 51。將本試驗得到的木質素-環(huán)氧樹脂復合材料進行樣品力學性能測試彎曲強度在 CMT6104微機控制電子萬能試驗機上按照GB/T9341-2000標準測試，沖擊強度在XJJ-50簡支梁沖擊試驗機上按照GB/T1043-93標準測試，密度按照GB/T17657-1999標準測定；結果見表I。
試驗2 通過以下步驟制備木質素-環(huán)氧樹脂復合材料一、稱取90g的高純木質素、60g 的雙酚A型環(huán)氧樹脂和48g的聚酰胺200# ;二、將步驟一稱取的高純木質素在120°C溫度下進行干燥處理3h ;三、將步驟一稱取的雙酚A型環(huán)氧樹脂、聚酰胺200#和步驟二干燥后的高純木質素放入捏合機中，以20rpm的轉速，在30°C溫度下混合40min，即得物料；四、將步驟三得到的物料放入熱壓機中，在壓力為2MPa，溫度為50°C的條件下，預壓處理IOmin ;預壓處理后，在壓力為8MPa，溫度為60°C的條件下，進行熱壓處理20min，即得復合材料，復合材料的厚度為5. 4mm ;五、將步驟四熱壓成型的復合材料，在85°C溫度下進行后固化lh，即得木質素_環(huán)氧樹脂復合材料。本試驗的高純木質素購買自松原來禾化學有限公司。其中環(huán)氧樹脂采用雙酚A型環(huán)氧樹脂，環(huán)氧值為O. 51。將本試驗得到的木質素-環(huán)氧樹脂復合材料進行樣品力學性能測試彎曲強度在 CMT6104微機控制電子萬能試驗機上按照GB/T9341-2000標準測試，沖擊強度在XJJ-50簡支梁沖擊試驗機上按照GB/T1043-93標準測試，密度按照GB/T17657-1999標準測定。結果見表I。試驗3 通過以下步驟制備木質素-環(huán)氧樹脂復合材料一、稱取90g的高純木質素、60g 的雙酚A型環(huán)氧樹脂和48g的聚酰胺200# ;二、將步驟一稱取的高純木質素在120°C溫度下進行干燥處理3h ;三、將步驟一稱取的雙酚A型環(huán)氧樹脂、聚酰胺200#和步驟二干燥后的高純木質素放入捏合機中，以20rpm的轉速，在30°C溫度下混合40min，即得物料；四、將步驟三得到的物料放入熱壓機中，在壓力為2MPa，溫度為50°C的條件下，預壓處理IOmin ； 預壓處理后，在壓力為6MPa，溫度為60°C的條件下，進行熱壓處理20min，即得復合材料，復合材料的厚度為5. 3mm ;五、將步驟四熱壓成型的復合材料，在85°C溫度下進行后固化lh， 即得木質素-環(huán)氧樹脂復合材料。本試驗的高純木質素購買自松原來禾化學有限公司。其中環(huán)氧樹脂采用雙酚A型環(huán)氧樹脂，環(huán)氧值為O. 51。將本試驗得到的木質素-環(huán)氧樹脂復合材料進行樣品力學性能測試彎曲強度在 CMT6104微機控制電子萬能試驗機上按照GB/T9341-2000標準測試，沖擊強度在XJJ-50簡支梁沖擊試驗機上按照GB/T1043-93標準測試，密度按照GB/T17657-1999標準測定。結果見表I。試驗4 通過以下步驟制備木質素-環(huán)氧樹脂復合材料一、稱取90g的高純木質素、60g 的雙酚A型環(huán)氧樹脂、36g的聚酰胺200#和I. 8g的聚硫橡膠；二、將步驟一稱取的高純木質素在120°C溫度下進行干燥處理3h ;三、將步驟一稱取的雙酚A型環(huán)氧樹脂、聚酰胺200#、 聚硫橡膠和步驟二干燥后的高純木質素放入捏合機中，以20rpm的轉速，在30°C溫度下混合40min，即得物料；四、將步驟三得到的物料放入熱壓機中，在壓力為2MPa，溫度為50°C的條件下，預壓處理IOmin ;預壓處理后，在壓力為6MPa，溫度為60°C的條件下，進行熱壓處理20min，即得復合材料，復合材料的厚度為5. 3mm ;五、將步驟四熱壓成型的復合材料，在 85°C溫度下進行后固化lh，即得木質素-環(huán)氧樹脂復合材料。
本試驗的高純木質素購買自松原來禾化學有限公司。其中環(huán)氧樹脂采用雙酚A型環(huán)氧樹脂，環(huán)氧值為O. 51。將本試驗得到的木質素-環(huán)氧樹脂復合材料進行樣品力學性能測試彎曲強度在 CMT6104微機控制電子萬能試驗機上按照GB/T9341-2000標準測試，沖擊強度在XJJ-50簡支梁沖擊試驗機上按照GB/T1043-93標準測試，密度按照GB/T17657-1999標準測定。結果見表I。試驗5 通過以下步驟制備木質素-環(huán)氧樹脂復合材料一、稱取90g的高純木質素、60g 的雙酚A型環(huán)氧樹脂、48g的聚酰胺200#、I. 8g的聚硫橡膠和30g的120目的木纖維；二、 將步驟一稱取的高純木質素和120目的木纖維在120°C溫度下進行干燥處理3h，然后將干燥后的木質素與木纖維混合均勻，得初料；三、將步驟一稱取的雙酚A型環(huán)氧樹脂、聚酰胺 200#、聚硫橡膠和步驟二干燥后的初料放入捏合機中，以20rpm的轉速，在30°C溫度下混合40min，即得物料；四、將步驟三得到的物料放入熱壓機中，在壓力為2MPa，溫度為50°C的條件下，預壓處理IOmin ;預壓處理后，在壓力為6MPa，溫度為60°C的條件下，進行熱壓處理20min，即得復合材料，復合材料的厚度為6. 5mm ;五、將步驟四熱壓成型的復合材料，在 85°C溫度下進行后固化lh，即得木質素-環(huán)氧樹脂復合材料。本試驗的高純木質素購買自松原來禾化學有限公司。其中環(huán)氧樹脂采用雙酚A型環(huán)氧樹脂，環(huán)氧值為O. 51。將本試驗得到的木質素-環(huán)氧樹脂復合材料進行樣品力學性能測試彎曲強度在 CMT6104微機控制電子萬能試驗機上按照GB/T9341-2000標準測試，沖擊強度在XJJ-50簡支梁沖擊試驗機上按照GB/T1043-93標準測試；密度按照GB/T17657-1999標準測定。結果見表I。表I所制備木質素-環(huán)氧樹脂復合材料的性能
權利要求
1.一種木質素-環(huán)氧樹脂復合材料，其特征在于所述的木質素-環(huán)氧樹脂復合材料是按質量份數比由100份的環(huán)氧樹脂、100 400份的木質素、60 120份的固化劑、O 40 份的增強劑和O 20份的增韌劑制成。
2.根據權利要求I所述的木質素-環(huán)氧樹脂復合材料，其特征在于所述的木質素為工業(yè)木質素、高純度木質素、堿木質素或高沸醇木質素。
3.根據權利要求I所述的木質素-環(huán)氧樹脂復合材料，其特征在于所述的環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂、溴化雙酚A型環(huán)氧樹脂、氨基四縮水甘油環(huán)氧樹脂、對氨基苯酚三縮水甘油環(huán)氧樹脂或酚醛型環(huán)氧樹脂。
4.根據權利要求I所述的木質素-環(huán)氧樹脂復合材料，其特征在于所述的固化劑為聚酰胺200#、聚酰胺400#、聚酰胺651#、聚酰胺203#、聚酰胺300#或聚酰胺600#。
5.根據權利要求I所述的木質素-環(huán)氧樹脂復合材料，其特征在于所述的增韌劑為聚硫橡膠、丁腈橡膠、共聚尼龍、聚乙烯醇縮醛、聚氨酯、低分子量聚酰胺、環(huán)氧化SBS或環(huán)氧化吡啶基SBS。
6.根據權利要求I所述的木質素-環(huán)氧樹脂復合材料，其特征在于所述的增強劑為石英粉、云母粉、滑石粉、碳酸鈣、硫酸鋇、白炭黑、納米二氧化硅、納米二氧化鈦、納米氧化鋅、 納米氧化錯、納米氧化鐵、納米鈦酸鹽、納米碳化物、納米氮化物、納米氧化招、碳纖維、木纖維、大麻纖維、竹纖維、玻璃纖維、黃麻纖維、亞麻纖維、劍麻纖維或棕櫚纖維。
7.制備如權利要求I所述的一種木質素-環(huán)氧樹脂復合材料的方法，其特征在于木質素-環(huán)氧樹脂復合材料的制備方法是按以下步驟進行一、按質量份數比稱取100份的環(huán)氧樹脂、100 400份的木質素、60 120份的固化劑、O 40份的增強劑和O 20份的增韌劑；二、將步驟一稱取的木質素在90°C 120°C的溫度下進行干燥處理3 12h ;三、 將步驟一稱取的環(huán)氧樹脂、固化劑、增韌劑、增強劑與步驟二中干燥后的木質素，攪拌混合 30min 60min，即得混合物料；四、將步驟三得到的混合物料放入熱壓機中，先預壓，然后進行熱壓處理，即得復合材料；五、將步驟四中制得的復合材料進行后固化I 2h，即得木質素-環(huán)氧樹脂復合材料；其中，步驟三所述的攪拌混合，混合速度為20 40rpm，混合溫度為20°C 30°C;步驟四所述的預壓處理，壓力為2 6MPa，預壓時間為10 20min，預壓溫度為40°C 50°C ;步驟四所述的熱壓處理，壓力為6 20MPa，熱壓溫度為50°C 60°C， 熱壓時間按步驟四所得的復合材料的厚度計算，每毫米保持3 5min ;步驟五所述的后固化溫度為70°C 100°C。
8.根據權利要求7所述的一種木質素-環(huán)氧樹脂復合材料的制備方法，其特征在于步驟三所述的攪拌混合是在捏合機或開煉機中進行的。
全文摘要
一種木質素-環(huán)氧樹脂復合材料及其制備方法，它涉及一種木質素-聚合物復合材料及其制備方法。本發(fā)明要解決現(xiàn)有木質素有效利用率低的問題。本發(fā)明以木質素為基材，將環(huán)氧樹脂、固化劑、增韌劑等與其均勻共混，通過預壓及熱壓固化成型，得到木質素基復合材料。本發(fā)明的木質素-環(huán)氧樹脂復合材料具有吸水性小、力學性能優(yōu)良、可降解等優(yōu)點，可適用于建筑業(yè)制造地板、護墻板、建筑模板、門窗型材、圍欄和護欄以及百葉窗和屋面板等，也可用于制造汽車工業(yè)的車門內裝飾板、座椅靠板、車頂內襯等，還可用于包裝及運輸業(yè)、家具業(yè)、辦公室用品、體育設施等領域。
文檔編號C08L63/00GK102585531SQ201110417428
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權日2011年12月14日
發(fā)明者尹權福, 邸明偉 申請人:東北林業(yè)大學