基于機械共混法的建筑用皮粉基高分子復(fù)合材料制備*

許 圓

（咸陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西咸陽712000）

環(huán)氧樹脂是一種廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域的熱固性聚合物，具有低水分吸附性、高破壞強度、高彈性模量等方面的性能優(yōu)勢，但也存在源于高交聯(lián)結(jié)構(gòu)的內(nèi)在脆性。機械粉碎得到的廢皮革纖維（SLFs）是一種從鞣制的動物皮革中提取的生物材料，具有抗斷裂、低密度、可再生的特點，將 SLFs添加至原始環(huán)氧樹脂中所生產(chǎn)出來的皮粉基高分子復(fù)合材料有可能成為物理性能更具優(yōu)勢、固化行為更加理想、環(huán)保價值更加突顯的新型建筑材料[1-3]。

1 皮粉基高分子復(fù)合材料的制備

1.1 實驗材料

制備皮粉基高分子復(fù)合材料所需要的原材料有：（1）環(huán)氧樹脂（UⅤR6105），主要化學(xué)成分為3,4-環(huán)氧環(huán)己基甲酸酯和3,4-環(huán)氧環(huán)己基甲基，購自上海鮑林化工有限公司；（2）固化劑：主要化學(xué)成分為甲基六氫苯酐，購自濮陽惠城電子材料股份有限公司；（3）改性劑：主要化學(xué)成分為三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，購自句容大華化工有限公司；（4）引發(fā)劑：主要化學(xué)成分為過氧化二苯甲酰，購自江蘇高奇新材料有限公司；（5）有機蒙脫土：購自濟南凌威化工有限公司；（6）廢皮革纖維（SLFs），粒徑約0.85mm，購自廣州市萬鵬皮鞋有限公司。各主要原材料的結(jié)構(gòu)如圖1所示[4-6]。

圖 1 主要原材料的結(jié)構(gòu)式Fig. 1 Structural formula of main raw materials

1.2 制備方法

將適量的環(huán)氧樹脂、SLFs、有機蒙脫土、過氧化二苯甲酰、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、甲基六氫苯酐置入攪拌機中，于室溫環(huán)境下進行2h的強力攪拌，充分實現(xiàn)各原材料的機械共混。針對所得到的液體混合物實施高壓去泡處理，處理時間為30min，環(huán)境壓強為-0.15MPa。在此基礎(chǔ)上對混合物進行固化處理，具體的操作方法為∶選取一個經(jīng)過表面用脫模劑固化預(yù)熱處理的不銹鋼模塊，將混合物倒入模塊中，前2h的固化處理溫度為135℃，后8h的固化處理溫度為165℃，最終得到皮粉基高分子復(fù)合材料[7-9]。不同配比復(fù)合材料成分見表1。

表 1 不同配比皮粉基高分子復(fù)合材料的具體成分（單位：pbw）Table 1 Specific composition of leather powder based polymer composites with different proportions(unit, pbw)

1.3 實驗儀器

通過差示掃描量熱儀來分析皮粉基高分子復(fù)合材料的固化行為特征，該儀器型號為DSC200F3NETZSCH，購自德國Hettich科學(xué)儀器公司。

2 皮粉基高分子復(fù)合材料的固化行為分析

本次研究通過差示掃描量熱法（DSC）來分析皮粉基高分子復(fù)合材料的固化行為特征，不同復(fù)合材料的DSC固化曲線如圖2所示。

圖 2不同比例皮粉基高分子復(fù)合材料的DSC固化曲線Fig. 2 DSC curing curves of skin powder based polymer composites with different proportions

根據(jù)圖2（a）可知，摻入10份SLFs或5份有機蒙脫土的復(fù)合材料在固化過程中，其DSC固化曲線存在兩個明顯的放熱峰，在反應(yīng)溫度達到130℃時出現(xiàn)第一個放熱峰，該放熱峰主要來源于三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和過氧化二苯甲酰之間的自由基聚合交聯(lián)反應(yīng)[10-11]。在反應(yīng)溫度持續(xù)上升的過程中，各種不同比例皮粉基高分子復(fù)合材料均會出現(xiàn)第二放熱峰，該放熱峰主要來源于酸酐-環(huán)氧體系的催化固化反應(yīng)[12-13]。環(huán)氧樹脂/有機蒙脫土復(fù)合材料的放熱峰出現(xiàn)在187℃，環(huán)氧樹脂/SLFs復(fù)合材料則在176℃出現(xiàn)放熱峰。由此可知，由于SLFs和有機蒙脫土的加入，環(huán)氧樹脂的反應(yīng)起始溫度和放熱峰溫度明顯下降，說明SLFs能夠參與并加速環(huán)氧酸酐體系的固化反應(yīng)。

根據(jù)圖2（b）可知，皮粉基高分子復(fù)合材料的固化行為會受到SLFs含量的影響，在持續(xù)添加SLFs的過程中，雖然低溫度的放熱峰未表現(xiàn)出明顯變化，但高溫度的放熱峰會逐漸移向低溫放熱峰，說明SLFs和有機蒙脫土能夠促進環(huán)氧酸酐體系的固化反應(yīng)。

3 結(jié)語

通過機械共混法將環(huán)氧樹脂、廢皮革纖維和有機蒙脫土混合起來并進行固化處理是獲取皮粉基高分子復(fù)合材料的一種有效途徑。在原始環(huán)氧樹脂材料中加入廢皮革纖維和有機蒙脫土能夠顯著提升復(fù)合材料的固化性能，豐富皮粉基高分子復(fù)合材料的應(yīng)用場景。廢皮革纖維和有機蒙脫土也是一種價格低廉且易獲得的有效材料，在提升建筑復(fù)合材料物理性能的同時也有助于降低有機復(fù)合材料的使用成本，并且在環(huán)境性能方面也明顯優(yōu)于傳統(tǒng)無機建材。