本發(fā)明涉及橡膠復(fù)合材料，具體為一種木質(zhì)素納米粘土復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著科技的發(fā)展，在諸多領(lǐng)域中單一材料往往不能滿足其性能上的需求，復(fù)合材料的誕生，通過(guò)將不同材料進(jìn)行組合疊加實(shí)現(xiàn)一加一大于一的性能，用以滿足各領(lǐng)域內(nèi)對(duì)材料性能的需求，橡膠復(fù)合材料是通過(guò)將橡膠與其他材料進(jìn)行復(fù)合，結(jié)合各種材料的優(yōu)點(diǎn)，提升整體材料的性能；

2、木質(zhì)素是一種復(fù)雜的有機(jī)聚合物，具備獨(dú)特的芳香族和脂肪族朱利安結(jié)構(gòu)，以及豐富的官能團(tuán)，伴隨著環(huán)保意識(shí)的提高和可再生能源需求的增加，木質(zhì)素在諸多領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用前景，納米粘土通過(guò)等離子交換技術(shù)等手段對(duì)其表面進(jìn)行改性，將經(jīng)過(guò)改性的納米粘土加入復(fù)合材料的制備中，能夠顯著提升復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性和阻隔性能等，橡膠復(fù)合材料基于橡膠材料與其他納米或微米級(jí)填料的結(jié)合，提升橡膠的性能用以滿足不同領(lǐng)域內(nèi)的日益增長(zhǎng)的需求，通過(guò)不同的制備工藝如溶液共混、熔融共混和插層復(fù)合等方式將填料均勻分布，使橡膠復(fù)合材料具備更優(yōu)良的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、導(dǎo)電性等特質(zhì)，被賦予更多特性的橡膠復(fù)合材料在諸多領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景。

3、專利文件cn115521481b公開了一種新型抗切割樹脂及其制備方法與在制備橡膠復(fù)合材料中的應(yīng)用，上述專利實(shí)現(xiàn)了將改性后的木質(zhì)素與雙環(huán)戊二烯進(jìn)行聚合反應(yīng)后，可以形成更加致密的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，從而防止樹脂性能的降低，并且改性后的木質(zhì)素具備的環(huán)狀結(jié)構(gòu)與橡膠中的結(jié)構(gòu)類似，進(jìn)一步增強(qiáng)了相容性，而木質(zhì)素作為這款抗切割樹脂的基體，其本身具備的抗老化、補(bǔ)強(qiáng)以及降低生熱等性能，也使得這款新型抗切割樹脂的應(yīng)用面更廣，且價(jià)格會(huì)更加低廉，但上述專利不能實(shí)現(xiàn)。

4、專利文件cn112831059b公開了一種改性木質(zhì)素及其制備方法與在橡膠復(fù)合材料中的應(yīng)用，上述專利實(shí)現(xiàn)了炔基化試劑結(jié)構(gòu)中含有酰氯官能團(tuán)，易與木質(zhì)素分子中的醇羥基和酚羥基發(fā)生酯化反應(yīng)，生成接枝了不飽和的炔基官能團(tuán)的改性木質(zhì)素；炔基化改性減少了木質(zhì)素分子中的羥基含量，降低了分子極性，有助于抑制由氫鍵導(dǎo)致的木質(zhì)素自聚集趨勢(shì)，有利于研磨得到粒徑較低的木質(zhì)素粉末，提高了木質(zhì)素與非極性的天然橡膠的相容性和親和性，促進(jìn)木質(zhì)素在天然橡膠基體中的分散，但上述專利不能實(shí)現(xiàn)。

5、專利文cn113583254b公開了一種可交聯(lián)型木質(zhì)素及其制備方法與在橡膠復(fù)合材料中的應(yīng)用，上述專利實(shí)現(xiàn)了所制備的可交聯(lián)型改性劑中含有的酸酐與木質(zhì)素分子中的羥基發(fā)生反應(yīng)，減少極性的羥基含量，生成了接枝不飽和烯烴長(zhǎng)鏈的木質(zhì)素，降低了木質(zhì)素的極性，提高了木質(zhì)素與天然橡膠之間的相容性，有利于木質(zhì)素在橡膠基體中的分散，但上述專利不能實(shí)現(xiàn)。

6、專利文件cn106905712b公開了一種利用無(wú)機(jī)鹽中和堿木質(zhì)素制備橡膠填料的方法，上述專利實(shí)現(xiàn)了橡膠填料制備的橡膠復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、定伸應(yīng)力、扯斷伸長(zhǎng)率和硬度等力學(xué)性能均有顯著提高，但上述專利不能實(shí)現(xiàn)。

7、綜上所述，上述專利不能實(shí)現(xiàn)通過(guò)磺酸基團(tuán)與金屬離子反應(yīng)，提升復(fù)合材料的穩(wěn)定性，防止木質(zhì)素和納米粘土出現(xiàn)聚集和沉淀，不能實(shí)現(xiàn)通過(guò)對(duì)木質(zhì)素進(jìn)行離子交換改變其原有性能，大幅增加木質(zhì)素的部分性能，不能實(shí)現(xiàn)在加工納米粘土過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行改性處理，通過(guò)對(duì)納米粘土內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行重組，增加納米粘土的分散性和穩(wěn)定性，不能實(shí)現(xiàn)通過(guò)有機(jī)溶劑對(duì)對(duì)材料溶解后分離析出，進(jìn)行資源二次利用，提高材料利用率，節(jié)約資源，導(dǎo)致木質(zhì)素納米粘土復(fù)合材料及其在橡膠復(fù)合材料中的應(yīng)用不能滿足橡膠復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域的性能需求；

8、為此，本技術(shù)提出了一種能實(shí)現(xiàn)通過(guò)磺酸基團(tuán)與金屬離子反應(yīng)，提升復(fù)合材料的穩(wěn)定性，防止木質(zhì)素和納米粘土出現(xiàn)聚集和沉淀，能實(shí)現(xiàn)通過(guò)對(duì)木質(zhì)素進(jìn)行離子交換改變其原有性能，大幅增加木質(zhì)素的部分性能，能實(shí)現(xiàn)在加工納米粘土過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行改性處理，通過(guò)對(duì)納米粘土內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行重組，增加納米粘土的分散性和穩(wěn)定性，能實(shí)現(xiàn)通過(guò)有機(jī)溶劑對(duì)對(duì)材料溶解后分離析出，進(jìn)行資源二次利用，提高材料利用率，節(jié)約資源的木質(zhì)素納米粘土復(fù)合材料的制備及其在橡膠復(fù)合材料中的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種木質(zhì)素納米粘土復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用，以解決上述背景技術(shù)中提出的不能實(shí)現(xiàn)通過(guò)磺酸基團(tuán)與金屬離子反應(yīng)，提升復(fù)合材料的穩(wěn)定性，防止木質(zhì)素和納米粘土出現(xiàn)聚集和沉淀，不能實(shí)現(xiàn)通過(guò)對(duì)木質(zhì)素進(jìn)行離子交換改變其原有性能，大幅增加木質(zhì)素的部分性能，不能實(shí)現(xiàn)在加工納米粘土過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行改性處理，通過(guò)對(duì)納米粘土內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行重組，增加納米粘土的分散性和穩(wěn)定性，不能實(shí)現(xiàn)通過(guò)有機(jī)溶劑對(duì)材料溶解后分離析出，進(jìn)行資源二次利用，提高材料利用率，節(jié)約資源，導(dǎo)致木質(zhì)素納米粘土復(fù)合材料及其在橡膠復(fù)合材料中的應(yīng)用不能滿足橡膠復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域的性能需求的技術(shù)問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種木質(zhì)素納米粘土復(fù)合材料的制備，所述木質(zhì)素納米粘土復(fù)合材料的制備步驟為：

3、步驟1：按比例稱取足量改性木質(zhì)素和改性納米粘土，在110℃恒溫環(huán)境中進(jìn)行2h干燥處理；

4、步驟2：將改性木質(zhì)素和改性納米粘土進(jìn)行混合攪拌；

5、步驟3：向混合物中加入膠黏劑和添加劑，繼續(xù)攪拌；

6、步驟4：待反應(yīng)完成后，對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行成型和固化處理，得到產(chǎn)品木質(zhì)素納米粘土復(fù)合材料；

7、所述添加劑為：木質(zhì)素磺酸鈉、磺化三聚氰胺甲醛縮合物、馬來(lái)酸酐聚氧乙烯之磺酸鹽和淀粉類減水劑。

8、優(yōu)選的，所述添加劑成分中的磺酸基團(tuán)與木質(zhì)素和納米粘土內(nèi)部的金屬離子發(fā)生配位反應(yīng)形成配位鍵，同時(shí)磺酸基團(tuán)電離出來(lái)的氫離子使得木質(zhì)素分子帶負(fù)電，而納米粘土表面帶有一定的電荷，通過(guò)加入磺酸基團(tuán)，使木質(zhì)素分子和納米粘土之間可以通過(guò)靜電吸引相互結(jié)合。

9、優(yōu)選的，所述膠黏劑為木質(zhì)素基膠黏劑，木質(zhì)素基膠黏劑利用高活性木質(zhì)素制備，相較于傳統(tǒng)石化基膠黏劑在使用中產(chǎn)生有毒氣體來(lái)說(shuō)，木質(zhì)素基膠黏劑更為綠色、低碳環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。

10、優(yōu)選的，所述木質(zhì)素成分包括以下重量份組份為：

11、木塊：20份～50份；

12、有機(jī)溶劑：40份～80份；

13、陽(yáng)離子溶液：10份～40份；

14、酸化劑：5份～10份；

15、氨基苯磺酸鈉：1份～5份；

16、蒸餾水：10份～15份；

17、丙酮溶液：20份～50份；

18、間苯二胺：1份～5份；

19、甲基丙烯酸酐：0.2份～0.5份；

20、有機(jī)溶劑的成分為：二氧己環(huán)、甲苯、1，2-二氯乙烷和乙醇；

21、陽(yáng)離子溶液內(nèi)含有：鈉離子、鉀離子、銨根離子、銀離子和鋅離子等。

22、優(yōu)選的，所述木質(zhì)素的制備過(guò)程為：

23、步驟1：準(zhǔn)備足量木塊，將木塊切碎研磨成木粉，備用；

24、步驟2：將木粉與有機(jī)溶劑混合后加入陽(yáng)離子溶液，充分?jǐn)嚢瑁?/p>

25、步驟3：向混合溶液a中加入經(jīng)過(guò)加熱的蒸餾水，進(jìn)行纖維素再生；

26、步驟4：將經(jīng)過(guò)的纖維素再生的液體過(guò)濾分離，對(duì)濾液進(jìn)行蒸餾分離出有機(jī)溶劑、水和混合溶液b；

27、步驟5：向混合溶液b加入足量丙酮溶液，進(jìn)行木質(zhì)素的析出；

28、步驟6：對(duì)析出的木質(zhì)素進(jìn)行酸洗和干燥處理后，得到木質(zhì)素；

29、步驟7：對(duì)提純后的木質(zhì)素進(jìn)行改性處理，向木質(zhì)素中加入氨基苯磺酸鈉、間苯二胺和甲基丙烯酸酐，經(jīng)過(guò)濾和干燥后得到改性木質(zhì)素。

30、優(yōu)選的，所述納米粘土的制備步驟為：

31、步驟1：準(zhǔn)備足量蒙脫石，將蒙脫石碾碎成粉末狀；

32、步驟2：對(duì)蒙脫石粉末進(jìn)行預(yù)處理；

33、步驟3：將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的蒙脫石粉末進(jìn)行在600℃溫度下進(jìn)行燒結(jié)處理；

34、步驟4：對(duì)燒結(jié)后的材料進(jìn)行離子交換反應(yīng)，同時(shí)對(duì)材料繼續(xù)充分?jǐn)嚢瑁?/p>

35、步驟5：對(duì)材料進(jìn)行提純，對(duì)提純后的材料進(jìn)行干燥處理；

36、步驟6：在提純后的材料中加水形成蒙脫石散；

37、步驟7：將改性劑加入蒙脫石散中，在恒溫為60℃中充分?jǐn)嚢瑁?/p>

38、步驟7：對(duì)反應(yīng)過(guò)后的混合物進(jìn)行分離提純和干燥處理，得到改性納米粘土。

39、優(yōu)選的，所述改性劑的組成為：二甲基雙癸基氯化銨、酞酸酯類偶聯(lián)劑、十二烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基氯化銨和十二烷基苯磺酸鈉。

40、優(yōu)選的，所述木質(zhì)素納米粘土復(fù)合材料在橡膠材料中的應(yīng)用步驟為：

41、步驟1：準(zhǔn)備足量木質(zhì)素納米粘土復(fù)合材料、炭黑、天然橡膠；

42、步驟2：將木質(zhì)素納米復(fù)合材料、炭黑和天然橡膠放入密煉機(jī)中進(jìn)行混煉；

43、步驟3：在混煉過(guò)程中加入硫化劑；

44、步驟4：對(duì)混煉物進(jìn)行熱壓成型得到最終產(chǎn)品橡膠復(fù)合材料。

45、優(yōu)選的，所述木質(zhì)素納米粘土復(fù)合材料和天然橡膠的重量份組分比例為0.2-0.6:1。

46、優(yōu)選的，所述木質(zhì)素納米粘土復(fù)合材料和炭黑的重量份組分比例為1：0.6-0.9。

47、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

48、1.本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)有在木質(zhì)素納米粘土復(fù)合材料的制備過(guò)程中，通過(guò)添加劑中的磺酸基團(tuán)與原材料中的金屬離子的配位反應(yīng)以及靜電吸引，防止出現(xiàn)木質(zhì)素和納米粘土出現(xiàn)聚集和沉淀；

49、2.本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)有在木質(zhì)素制備階段加入陽(yáng)離子溶液，經(jīng)過(guò)離子交換，改變木質(zhì)素內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提升木質(zhì)素的部分性能，拓寬了木質(zhì)素的應(yīng)用前景；

50、3.本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)有在納米粘土制備過(guò)程中加入改性劑對(duì)納米粘土內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行重組，增加納米粘土的分散性和穩(wěn)定性，提高產(chǎn)品的性能；

51、4.本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)有通過(guò)有機(jī)溶劑溶解材料后經(jīng)過(guò)分離析出，實(shí)現(xiàn)了材料的重復(fù)利用，節(jié)約資源，綠色環(huán)保。