改性羊毛纤维的制备方法及其在复合橡胶中的应用与流程

本发明属于天然橡胶处理，具体涉及改性羊毛纤维的制备方法及其在复合橡胶中的应用。

背景技术：

1、天然橡胶是线性的天然高分子化合物，具有优良的弹性和机械强度，并且具有较好的抗曲挠性、气密性、绝缘性和耐寒性。但天然橡胶在日常生活、运输保存、工业使用中存在老化现象，老化后的橡胶弹性、延展性、韧性降低，直接影响其力学性能，在工业应用中受限。

2、纤维增强聚合物基复合材料具有强度高、模量大、质量轻的优点，被广泛应用于航天业、汽车工业、建筑业等各种场合。传统的结构用纤维增强复合材料使用的纤维主要为碳纤维、玻璃纤维、合成纤维等。但是，上述纤维在生产过程中伴随较大的环境污染和资源消耗，且价格昂贵、回收困难。与以不可再生的石油为原料来源的合成纤维相比，羊毛纤维这种天然纤维，具有产量大、低密度、可生物降解、可再生和低加工成本等优点。若将其利用制备聚合物复合材料，有望实现废弃羊毛纤维的大宗资源化利用。然而，由于羊毛纤维在丝光工艺前，其外层表面具有致密光滑的鳞片层，这会导致纤维与天然橡胶界面作用较弱，力学性能较差。

3、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明旨在解决以上至少一个技术问题，提出了改性羊毛纤维的制备方法及其在复合橡胶中的应用。

2、为实现上述目的，本发提供了以下技术方案。

3、本发明提供的第一个技术方案为：

4、改性羊毛纤维的制备方法，利用次氯酸钠和臭氧在ph 4.5-5.5下同时对经过预处理的羊毛纤维进行表面刻蚀5-30min后，进行洗涤；

5、优选的，所述预处理为将羊毛纤维粉碎为20-200目。

6、优选的，所述次氯酸钠的浓度为0.1-3g/l；所述臭氧的流量为5-30g/h。

7、本发明提供的第二个技术方案为：

8、组合改性羊毛纤维的制备方法，向第一个技术方案中所述改性羊毛纤维中加入硅烷偶联剂溶液，在ph 4-5、室温下反应12-36h后，进行洗涤、干燥处理；

9、优选的，所述硅烷偶联剂的用量为羊毛纤维质量的0.5-5%。

10、优选的，所述硅烷偶联剂包含乙烯基硅烷（如乙烯基三乙氧基硅烷）、巯基硅烷（如3-巯丙基三乙氧基硅烷）或甲基丙烯酰氧基硅烷（如甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷）偶联剂等。

11、优选的，所述硅烷偶联剂溶液的制备方法为将硅烷偶联剂溶于异丙醇与水的混合溶液中，室温下反应4-5h。

12、本发明提供的第三个技术方案为：

13、根据第一个技术方案的制备方法得到的改性羊毛纤维。

14、本发明提供的第四个技术方案为：

15、根据第二个技术方案的制备方法得到的组合改性羊毛纤维。

16、本发明提供的第五个技术方案为：

17、橡胶复合材料，包含第三个技术方案中所述的改性羊毛纤维和天然橡胶；

18、所述改性羊毛纤维与天然橡胶的质量比为（0.2-0.8）:1。

19、优选的，所述橡胶复合材料还包含助剂，所述助剂包含氧化锌、硬脂酸、升华硫和二硫化四甲基秋兰姆。

20、本发明提供的第六个技术方案为：

21、橡胶复合材料，包含第四个技术方案所述的组合改性羊毛纤维和天然橡胶；

22、所述改性羊毛纤维与天然橡胶的质量比为（0.05-0.8）:1。

23、本发明提供的第七个技术方案为：

24、橡胶复合材料的制备方法，即第五个技术方案和第六个技术方案中橡胶复合材料的制备方法，包含将改性羊毛纤维、天然橡胶混合后在60-90℃下密炼5-15min后，热压成型、冷却。

25、优选的，原料为改性羊毛纤维时，所述热压成型为在130-160℃下热压3-15min；所述原料为组合改性羊毛纤维时，所述热压成型为在140-160℃下热压3-10min。

26、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

27、本发明通过采用次氯酸钠和臭氧对羊毛纤维进行表面刻蚀，实现物理改性，使羊毛纤维表面粗糙度增加。

28、本发明在物理改性后的羊毛纤维基础上采用硅烷偶联剂进行组合改性，所得胶原纤维表面含有疏水的-si-o-键，可降低纤维表面能。

29、本发明将经过表面刻蚀物理改性的羊毛纤维与天然橡胶复合后，能够实现羊毛纤维表面与橡胶界面物理机械互锁，提升橡胶的力学性能。

30、本发明将经过表面刻蚀物理改性和硅烷偶联剂组合改性后的羊毛纤维与天然橡胶复合后，羊毛纤维与橡胶界面物理机械互锁，且羊毛纤维与橡胶具有良好相容性，进一步提升天然橡胶的力学性能。

技术特征：

1.改性羊毛纤维的制备方法，其特征在于，利用次氯酸钠和臭氧在ph 4.5-5.5下同时对经过预处理的羊毛纤维进行表面刻蚀5-30min后，进行洗涤；

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述次氯酸钠的浓度为0.1-3g/l。

3.组合改性羊毛纤维的制备方法，其特征在于，向权利要求1所述改性羊毛纤维中加入硅烷偶联剂溶液，在ph 4-5、室温下反应12-36h后，进行洗涤、干燥处理；

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂溶液的制备方法为将硅烷偶联剂溶于异丙醇与水的混合溶液中，室温下反应4-5h。

5.采用如权利要求1或2所述制备方法得到的改性羊毛纤维。

6.采用如权利要求3或4所述制备方法得到的组合改性羊毛纤维。

7.橡胶复合材料，其特征在于，包含权利要求5所述的改性羊毛纤维和天然橡胶；

8.如权利要求7所述橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，包含将改性羊毛纤维、天然橡胶混合后在60-90℃下密炼5-15min后，热压成型、冷却；

9.橡胶复合材料，其特征在于，包含权利要求6所述的组合改性羊毛纤维和天然橡胶；

10.如权利要求9所述橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，包含将组合改性羊毛纤维、天然橡胶混合后在60-90℃下密炼5-15min后，热压成型、冷却；

技术总结
本发明属于天然橡胶处理技术领域，具体涉及改性羊毛纤维的制备方法及其在复合橡胶中的应用。改性羊毛纤维的制备方法包含利用次氯酸钠和臭氧在pH 4.5‑5.5下同时对经过预处理的羊毛纤维进行表面刻蚀5‑30min后，进行洗涤。本发明将经过表面刻蚀物理改性的羊毛纤维与天然橡胶复合后，能够实现羊毛纤维表面与橡胶界面物理机械互锁，提升橡胶的力学性能。将经过表面刻蚀物理改性和硅烷偶联剂组合改性后的羊毛纤维与天然橡胶复合后，羊毛纤维与橡胶界面物理机械互锁，且羊毛纤维与橡胶具有良好相容性，进一步提升天然橡胶的力学性能。

技术研发人员：周建飞,李双洋,董贺翔,罗恒祎,孙骎
受保护的技术使用者：温州鞋革产业研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/7/4