本發(fā)明屬于廢棄印刷包裝材料資源化利用技術領域，具體涉及一種高含量二次纖維增強廢聚乙烯復合材料的制備方法。
背景技術：
二次纖維一般主要指廢紙纖維以及廢紙漿纖維原料。進入21世紀以來，隨著社會的進步和人民生活水平的提高，國內(nèi)紙和紙板的消費量在不斷上升。據(jù)中國造紙工業(yè)年度報告統(tǒng)計，國內(nèi)紙和紙板消費量由2002年的4332萬噸上升至2015年的10352萬噸，年均增長率約6％。紙和紙板消費量的大幅度上升，使得國內(nèi)廢紙的產(chǎn)生量迅猛增加。眾所周知，廢紙循環(huán)利用及資源化利用是解決環(huán)境污染、原料短缺及能源緊張的重要途徑。然而，現(xiàn)階段我國廢紙資源化利用技術研究主要集中利用脫墨廢紙漿生產(chǎn)紙或紙板等方面，技術較單一，產(chǎn)品附加值相對較小。探索開發(fā)廢紙資源化利用新技術在有效提高廢紙利用率和回收率、增加廢紙附加值以及環(huán)境保護等方面均有著重要的現(xiàn)實意義。
廢紙纖維結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與天然植物纖維相似，其具有相對低廉的價格、較小的密度、較高的彈性模量，尤其是自身的生物降解性和可再生性等優(yōu)點，使其在新型材料的研發(fā)方面?zhèn)涫車鴥?nèi)外關注。有研究表明，廢紙纖維完全具備用作熱塑性聚合物基復合材料無機填充料的基本條件。
另一方面，目前對于包裝廢塑料的處理主要有以下幾種方式：掩埋、焚燒、直接再利用、或者是再生利用。其中以改性以及與采用纖維填充或是增強等方法生產(chǎn)高附加值新型材料備受關注，這也是當前廢舊塑料回收技術研究的熱門領域。我國廢舊塑料資源豐富、價格相對低廉，廢舊塑料與原生塑料在性能上僅有微小區(qū)別，完全可以進行有效回收利用。而廢舊塑料在復合材料領域的回收和再利用是解決廢舊塑料回用問題的有效途徑之一，采用廢紙和廢舊塑料為原料制備新型復合材料，不僅可以實現(xiàn)資源的高效和循環(huán)利用，而且可以減少環(huán)境污染、變廢為寶，具有廣闊的應用前景。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種高含量二次纖維增強廢聚乙烯復合材料的制備方法，為二次纖維和包裝廢聚乙烯原料的高附加值資源化利用提供了一種新途徑，且制備的復合材料具有良好的加工性，吸水性低，力學性能優(yōu)良，應用前景廣闊。
本發(fā)明所采用的技術方案是，一種高含量二次纖維增強廢聚乙烯復合材料的制備方法，具體包括以下步驟：
步驟1、對廢紙進行預處理，優(yōu)化二次纖維形態(tài)，得到改性二次纖維；
步驟2、按照重量份數(shù)稱?。?0-60份預改性二次纖維，37-48份廢聚乙烯，以及2-3.5份界面相容劑；0.5份PE蠟；
步驟3、將聚乙烯、界面相容劑、PE蠟和一部分改性二次纖維在70-90℃下混合后以均勻加料的方式從主喂料口加入雙螺桿擠出機中，同時采用附加喂料機以均勻加料方式加入剩余的改性二次纖維，將擠出顆粒用型模壓制，冷卻，脫模，即得本發(fā)明復合材料。
本發(fā)明的特點還在于，
步驟1的具體實施步驟為：
步驟1.1、按照重量份數(shù)稱取50-60份廢紙，1-3.5份偶聯(lián)劑，10-30份醇類溶劑；
步驟1.2、將廢紙裁剪成2cm×2cm的小塊，在真空干燥箱中80℃烘干4h，備用；將偶聯(lián)劑和醇類溶劑混合均勻；
步驟1.3、將偶聯(lián)劑和醇類溶劑混合均勻后均勻噴灑于廢紙塊上，置于高速混合機中充分混合，取出廢紙，室溫下靜置反應1-2h，然后放入真空干燥箱中在80℃下干燥2小時，得到預改性廢紙；
步驟1.4、采用粉碎機將步驟1.3得到的預改性廢紙粉碎，即得改性二次纖維；控制二次纖維平均長度約為0.7-1.0cm。
偶聯(lián)劑為KH550硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑。
醇類溶劑為無水乙醇或異丙醇。
步驟2中界面相容劑為馬來酸酐接枝聚乙烯。
步驟3中雙螺桿擠出機各區(qū)溫度設定為170℃-180℃，機頭溫度180-190℃，擠出機速度設定為200-300r/min。
本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明高含量二次纖維增強廢聚乙烯復合材料的制備方法，為二次纖維的循環(huán)利用和資源化利用開辟新領域，同時有效提高包裝廢聚乙烯資源化利用率，節(jié)約資源，變廢為寶。本發(fā)明原材料成本低，投資少，工藝簡單，對原料的利用率高；制得的高含量二次纖維增強廢聚乙烯復合材料具有良好的加工性，吸水性低，力學性能優(yōu)良，可實現(xiàn)100％回收再生產(chǎn)，可廣泛應用于戶外地板、園林桌椅、圍欄、移動建筑、家具以及裝飾材料等領域。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。
本發(fā)明高含量二次纖維增強廢聚乙烯復合材料的制備方法，具體包括以下步驟：
步驟1、對廢紙進行預處理，優(yōu)化二次纖維形態(tài)，得到改性二次纖維；
具體實施步驟為：
步驟1.1、按照重量份數(shù)稱取50-60份廢紙，1-3.5份偶聯(lián)劑，10-30份醇類溶劑；偶聯(lián)劑為KH550硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑；醇類溶劑為無水乙醇或異丙醇；
步驟1.2、將廢紙裁剪成2cm×2cm的小塊，在真空干燥箱中80℃烘干4h，備用；將偶聯(lián)劑和醇類溶劑混合均勻；
步驟1.3、將偶聯(lián)劑和醇類溶劑混合均勻后均勻噴灑于廢紙塊上，置于高速混合機中充分混合，取出廢紙，室溫下靜置反應1-2h，然后放入真空干燥箱中在80℃下干燥2小時，得到預改性廢紙；
步驟1.4、采用粉碎機將步驟1.3得到的預改性廢紙粉碎，即得改性二次纖維；控制二次纖維平均長度約為0.7-1.0cm；
步驟2、按照重量份數(shù)稱取：50-60份預改性二次纖維，37-48份廢聚乙烯，以及2-3.5份界面相容劑；0.5份PE蠟；界面相容劑為馬來酸酐接枝聚乙烯；
步驟3、將聚乙烯、界面相容劑、PE蠟和一部分改性二次纖維在70-90℃下混合后以均勻加料的方式從主喂料口加入雙螺桿擠出機中，同時采用附加喂料機以均勻加料方式加入剩余的改性二次纖維，雙螺桿擠出機各區(qū)溫度設定為170℃-180℃，機頭溫度180-190℃，擠出機速度設定為200-300r/min，將擠出顆粒用型模壓制，冷卻，脫模，即得本發(fā)明復合材料。
實施例1
步驟1、對廢紙進行預處理，優(yōu)化二次纖維形態(tài)：
步驟1.1、按照重量份數(shù)稱取50份廢紙，2份KH550硅烷偶聯(lián)劑，30份無水乙醇；
步驟1.2、將步驟1.1稱取的廢紙裁剪成2cm×2cm的小塊，在真空干燥箱中80℃烘干4小時，備用；在燒杯中倒入無水乙醇，然后加入KH550，攪拌均勻得到混合溶液；
步驟1.3、采用噴壺將步驟1.2的混合溶液均勻噴灑于廢紙塊上，置于高速混合機中充分混合，取出廢紙，室溫下靜置反應2小時，然后放入真空干燥箱中在80℃下干燥2小時，得到預改性廢紙；
步驟1.4、采用粉碎機將步驟1.3得到的預改性廢紙粉碎，即得改性二次纖維；控制二次纖維平均長度約為0.7-1.0cm；
步驟2、按照重量份數(shù)稱取：50份預改性二次纖維，48份廢聚乙烯顆粒，2份馬來酸酐接枝聚乙烯，0.5份PE蠟；
步驟3、將步驟2稱取的物質(zhì)中的聚乙烯、馬來酸酐聚乙烯以及PE蠟和30份預改性二次纖維放入高混機中充分混合，混合溫度為80℃；將混合后的物質(zhì)以均勻加料的方式從主喂料口加入雙螺桿擠出機中，同時采用附加喂料機以均勻加料方式加入剩余的20份預改性二次纖維。擠出機各區(qū)溫度設定為170℃-180℃，機頭溫度185℃，擠出機速度設定為250r/min。將擠出顆粒用型模壓制，壓制溫度185℃，壓制時間15min，冷卻，脫模，即制得本發(fā)明復合材料樣品A。
實施例2
步驟1、對廢紙進行預處理，優(yōu)化二次纖維形態(tài)：
步驟1.1、按照重量份數(shù)稱取50份廢紙，1份鈦酸酯偶聯(lián)劑，10份異丙醇；
步驟1.2、將步驟1.1稱取的廢紙裁剪成2cm×2cm的小塊，在真空干燥箱中80℃烘干4小時，備用；在燒杯中倒入異丙醇，然后加入鈦酸酯偶聯(lián)劑，攪拌均勻，得到混合溶液；
步驟1.3、采用噴壺將步驟1.2的混合溶液均勻噴灑于廢紙塊上，置于高速混合機中充分混合，取出廢紙，室溫下靜置反應2小時，然后放入真空干燥箱中在80℃下干燥2小時，得到預改性廢紙；
步驟1.4、采用粉碎機將步驟1.3得到的預改性廢紙粉碎，即得改性二次纖維；控制二次纖維平均長度約為0.7-1.0cm；
步驟2、按照重量份數(shù)稱?。?0份預改性二次纖維，48份廢聚乙烯顆粒，2份馬來酸酐接枝聚乙烯，0.5份PE蠟；
步驟3、將步驟2稱取的物質(zhì)中的聚乙烯、馬來酸酐聚乙烯以及PE蠟和30份預改性二次纖維放入高混機中充分混合，混合溫度為80℃；將混合后的物質(zhì)以均勻加料的方式從主喂料口加入雙螺桿擠出機中，同時采用附加喂料機以均勻加料方式加入剩余的20份預改性二次纖維。擠出機各區(qū)溫度設定為170℃-180℃，機頭溫度185℃，擠出機速度設定為250r/min。將擠出顆粒用型模壓制，壓制溫度185℃，壓制時間15min，冷卻，脫模，即制得本發(fā)明復合材料樣品B。
實施例3
步驟1、對廢紙進行預處理，優(yōu)化二次纖維形態(tài)：
步驟1.1、按照重量份數(shù)稱取60份廢紙，2.5份KH550硅烷偶聯(lián)劑，30份無水乙醇；
步驟1.2、將步驟1.1稱取的廢紙裁剪成2cm×2cm的小塊，在真空干燥箱中80℃烘干4小時，備用；在燒杯中倒入無水乙醇，然后加入KH550，攪拌均勻，得到混合溶液；
步驟1.3、采用噴壺將步驟1.2的混合溶液均勻噴灑于廢紙塊上，置于高速混合機中充分混合，取出廢紙，室溫下靜置反應2小時，然后放入真空干燥箱中在80℃下干燥2小時，得到預改性廢紙；
步驟1.4、采用粉碎機將步驟1.3得到的預改性廢紙粉碎，即得改性二次纖維；控制二次纖維平均長度約為0.7-1.0cm；
步驟2、按照重量份數(shù)稱?。?0份預改性二次纖維，38份廢聚乙烯顆粒，2份馬來酸酐接枝聚乙烯，0.5份PE蠟；
步驟3、將步驟2稱取的物質(zhì)中的聚乙烯、馬來酸酐聚乙烯以及PE蠟和40份預改性二次纖維放入高混機中充分混合，混合溫度為80℃；將混合后的物質(zhì)以均勻加料的方式從主喂料口加入雙螺桿擠出機中，同時采用附加喂料機以均勻加料方式加入剩余的20份預改性二次纖維。擠出機各區(qū)溫度設定為170℃-180℃，機頭溫度185℃，擠出機速度設定為250r/min。將擠出顆粒用型模壓制，壓制溫度185℃，壓制時間15min，冷卻，脫模，即制得本發(fā)明復合材料樣品C。
實施例4
步驟1、對廢紙進行預處理，優(yōu)化二次纖維形態(tài)：
步驟1.1、按照重量份數(shù)稱取60份廢紙，1.5份鈦酸酯偶聯(lián)劑，10份異丙醇；
步驟1.2、將步驟1.1稱取的廢紙裁剪成2cm×2cm的小塊，在真空干燥箱中80℃烘干4小時，備用；在燒杯中倒入異丙醇，然后加入鈦酸酯偶聯(lián)劑，攪拌均勻，得到混合溶液；
步驟1.3、采用噴壺將步驟1.2的混合溶液均勻噴灑于廢紙塊上，置于高速混合機中充分混合，取出廢紙，室溫下靜置反應2小時，然后放入真空干燥箱中在80℃下干燥2小時，得到預改性廢紙；
步驟1.4、采用粉碎機將步驟1.3得到的預改性廢紙粉碎，即得改性二次纖維；控制二次纖維平均長度約為0.7-1.0cm；
步驟2、按照重量份數(shù)稱?。?0份預改性二次纖維，37份廢聚乙烯顆粒，2.5份馬來酸酐接枝聚乙烯，0.5份PE蠟；
步驟3、將步驟2稱取的物質(zhì)中的聚乙烯、馬來酸酐聚乙烯以及PE蠟和40份預改性二次纖維放入高混機中充分混合，混合溫度為80℃；將混合后的物質(zhì)以均勻加料的方式從主喂料口加入雙螺桿擠出機中，同時采用附加喂料機以均勻加料方式加入剩余的20份預改性二次纖維。擠出機各區(qū)溫度設定為170℃-180℃，機頭溫度185℃，擠出機速度設定為250r/min。將擠出顆粒用型模壓制，壓制溫度185℃，壓制時間15min，冷卻，脫模，即制得本發(fā)明復合材料樣品D。
實施例5
步驟1、對廢紙進行預處理，優(yōu)化二次纖維形態(tài)：
步驟1.1、按照重量份數(shù)稱取55份廢紙，2.5份KH550硅烷偶聯(lián)劑，30份無水乙醇；
步驟1.2、將步驟1.1稱取的廢紙裁剪成2cm×2cm的小塊，在真空干燥箱中80℃烘干4小時，備用；在燒杯中倒入無水乙醇，然后加入KH550，攪拌均勻，得到混合溶液；
步驟1.3、采用噴壺將步驟1.2的混合溶液均勻噴灑于廢紙塊上，置于高速混合機中充分混合，取出廢紙，室溫下靜置反應2小時，然后放入真空干燥箱中在80℃下干燥2小時，得到預改性廢紙；
步驟1.4、采用粉碎機將步驟1.3得到的預改性廢紙粉碎，即得改性二次纖維；控制二次纖維平均長度約為0.7-1.0cm；
步驟2、按照重量份數(shù)稱?。?5份預改性二次纖維，43份廢聚乙烯顆粒，2份馬來酸酐接枝聚乙烯，0.5份PE蠟；
步驟3、將步驟2稱取的物質(zhì)中的聚乙烯、馬來酸酐聚乙烯以及PE蠟和40份預改性二次纖維放入高混機中充分混合，混合溫度為80℃；將混合后的物質(zhì)以均勻加料的方式從主喂料口加入雙螺桿擠出機中，同時采用附加喂料機以均勻加料方式加入剩余的15份預改性二次纖維。擠出機各區(qū)溫度設定為170℃-180℃，機頭溫度185℃，擠出機速度設定為250r/min。將擠出顆粒用型模壓制，壓制溫度185℃，壓制時間15min，冷卻，脫模，即制得本發(fā)明復合材料樣品E。
實施例6
步驟1、對廢紙進行預處理，優(yōu)化二次纖維形態(tài)：
步驟1.1、按照重量份數(shù)稱取55份廢紙，2.5份KH550硅烷偶聯(lián)劑，30份無水乙醇；
步驟1.2、將步驟1.1稱取的廢紙裁剪成2cm×2cm的小塊，在真空干燥箱中80℃烘干4小時，備用；在燒杯中倒入無水乙醇，然后加入KH550，攪拌均勻，得到混合溶液；
步驟1.3、采用噴壺將步驟1.2的混合溶液均勻噴灑于廢紙塊上，置于高速混合機中充分混合，取出廢紙，室溫下靜置反應2小時，然后放入真空干燥箱中在80℃下干燥2小時，得到預改性廢紙；
步驟1.4、采用粉碎機將步驟1.3得到的預改性廢紙粉碎，即得改性二次纖維；控制二次纖維平均長度約為0.7-1.0cm；
步驟2、按照重量份數(shù)稱?。?5份預改性二次纖維，41份廢聚乙烯顆粒，3.5份馬來酸酐接枝聚乙烯，0.5份PE蠟；
步驟3、將步驟2稱取的物質(zhì)中的聚乙烯、馬來酸酐聚乙烯以及PE蠟和45份預改性二次纖維放入高混機中充分混合，混合溫度為80℃；將混合后的物質(zhì)以均勻加料的方式從主喂料口加入雙螺桿擠出機中，同時采用附加喂料機以均勻加料方式加入剩余的20份預改性二次纖維。擠出機各區(qū)溫度設定為170℃-180℃，機頭溫度185℃，擠出機速度設定為250r/min。將擠出顆粒用型模壓制，壓制溫度185℃，壓制時間15min，冷卻，脫模，即制得本發(fā)明復合材料樣品F。
將實施例1-6制備的復合材料與現(xiàn)有原生植物纖維復合材料進行了性能對比，具體實驗對比情況如下表1：
表1實施例1-6制備的復合材料與原生植物纖維復合材料的性能比較結(jié)果
由表1可以看出，本發(fā)明制得的高含量二次纖維增強廢聚乙烯復合材料具有良好的加工性，吸水性低，力學性能優(yōu)良，可實現(xiàn)100％回收再生產(chǎn)。
在復合材料成型中，二次纖維形態(tài)對復合材料機械力學性能、界面性能以及吸水性能等均有極為重要的影響，本發(fā)明方法中，在對廢紙粉碎時，采用粉碎機控制改性二次纖維長度在0.7-1.0cm，制備形態(tài)優(yōu)化的二次纖維。在制備改性二次纖維時，硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸酯偶聯(lián)劑均可與二次纖維發(fā)生化學交聯(lián)作用，降低二次纖維表面的極性，提高二次纖維與基體的界面結(jié)合強度。在擠出機造粒時，由于二次纖維密度較小，體積相對較大，如果采用傳統(tǒng)的喂料方法，很難保證高含量時，二次纖維在基體中分散的均勻性，故此，本發(fā)明方法將改性二次纖維分兩次加入基體中，一部分從主喂料口添加，另一部分采用附加喂料機以均勻加料方式添加，從而解決二次纖維密度小喂料上浮的缺點；同時，在擠出造粒時添加合適用量的馬來酸酐聚乙烯進一步改善復合材料的界面性能，添加適量的PE蠟可提升復合材料的加工性能。
本發(fā)明采用廢紙制備改性二次纖維，優(yōu)化纖維形態(tài)并進一步開發(fā)了合適的擠出工藝，廢紙原料無需進行脫墨處理，可實現(xiàn)高大50％以上的二次纖維添加量。制備的復合材料力學性能優(yōu)異，吸水率極低，綜合應用性能優(yōu)良，可廣泛應用于建筑材料、裝飾材料、家具材料等領域，而且該材料可實現(xiàn)100％回收利用，完全不含甲醛，是一種利用廢棄印刷包裝材料制備的高附加值環(huán)保復合材料。