基于機械共混法的建筑用皮粉基高分子復合材料制備*

許 圓

（咸陽職業技術學院，陜西咸陽712000）

環氧樹脂是一種廣泛應用于建筑領域的熱固性聚合物，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勢，但也存在源于高交聯結構的內在脆性。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添加至原始環氧樹脂中所生產出來的皮粉基高分子復合材料有可能成為物理性能更具優勢、固化行為更加理想、環保價值更加突顯的新型建筑材料[1-3]。

1 皮粉基高分子復合材料的制備

1.1 實驗材料

制備皮粉基高分子復合材料所需要的原材料有：（1）環氧樹脂（UⅤR6105），主要化學成分為3,4-環氧環己基甲酸酯和3,4-環氧環己基甲基，購自上海鮑林化工有限公司；（2）固化劑：主要化學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）引發劑：主要化學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。各主要原材料的結構如圖1所示[4-6]。

圖 1 主要原材料的結構式Fig. 1 Structural formula of main raw materials

1.2 制備方法

將適量的環氧樹脂、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，于室溫環境下進行2h的強力攪拌，充分實現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，環境壓強為-0.15MPa。在此基礎上對混合物進行固化處理，具體的操作方法為∶選取一個經過表面用脫模劑固化預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合材料[7-9]。不同配比復合材料成分見表1。

表 1 不同配比皮粉基高分子復合材料的具體成分（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合材料的固化行為特征，該儀器型號為DSC200F3NETZSCH，購自德國Hettich科學儀器公司。

2 皮粉基高分子復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合材料的固化行為特征，不同復合材料的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

根據圖2（a）可知，摻入10份SLFs或5份有機蒙脫土的復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，在反應溫度達到130℃時出現第一個放熱峰，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反應[10-11]。在反應溫度持續上升的過程中，各種不同比例皮粉基高分子復合材料均會出現第二放熱峰，該放熱峰主要來源于酸酐-環氧體系的催化固化反應[12-13]。環氧樹脂/有機蒙脫土復合材料的放熱峰出現在187℃，環氧樹脂/SLFs復合材料則在176℃出現放熱峰。由此可知，由于SLFs和有機蒙脫土的加入，環氧樹脂的反應起始溫度和放熱峰溫度明顯下降，說明SLFs能夠參與并加速環氧酸酐體系的固化反應。

根據圖2（b）可知，皮粉基高分子復合材料的固化行為會受到SLFs含量的影響，在持續添加SLFs的過程中，雖然低溫度的放熱峰未表現出明顯變化，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氧酸酐體系的固化反應。

3 結語

通過機械共混法將環氧樹脂、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合材料的一種有效途徑。在原始環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合材料的固化性能，豐富皮粉基高分子復合材料的應用場景。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，在提升建筑復合材料物理性能的同時也有助于降低有機復合材料的使用成本，并且在環境性能方面也明顯優于傳統無機建材。