一种木质素纳米粘土复合材料的制备方法及其应用与流程

本发明涉及橡胶复合材料，具体为一种木质素纳米粘土复合材料的制备方法及其应用。

背景技术：

1、随着科技的发展，在诸多领域中单一材料往往不能满足其性能上的需求，复合材料的诞生，通过将不同材料进行组合叠加实现一加一大于一的性能，用以满足各领域内对材料性能的需求，橡胶复合材料是通过将橡胶与其他材料进行复合，结合各种材料的优点，提升整体材料的性能；

2、木质素是一种复杂的有机聚合物，具备独特的芳香族和脂肪族朱利安结构，以及丰富的官能团，伴随着环保意识的提高和可再生能源需求的增加，木质素在诸多领域都有着广阔的应用前景，纳米粘土通过等离子交换技术等手段对其表面进行改性，将经过改性的纳米粘土加入复合材料的制备中，能够显著提升复合材料的力学性能、热稳定性和阻隔性能等，橡胶复合材料基于橡胶材料与其他纳米或微米级填料的结合，提升橡胶的性能用以满足不同领域内的日益增长的需求，通过不同的制备工艺如溶液共混、熔融共混和插层复合等方式将填料均匀分布，使橡胶复合材料具备更优良的力学性能、热稳定性、导电性等特质，被赋予更多特性的橡胶复合材料在诸多领域中有着广阔的应用前景。

3、专利文件cn115521481b公开了一种新型抗切割树脂及其制备方法与在制备橡胶复合材料中的应用，上述专利实现了将改性后的木质素与双环戊二烯进行聚合反应后，可以形成更加致密的交联网络，从而防止树脂性能的降低，并且改性后的木质素具备的环状结构与橡胶中的结构类似，进一步增强了相容性，而木质素作为这款抗切割树脂的基体，其本身具备的抗老化、补强以及降低生热等性能，也使得这款新型抗切割树脂的应用面更广，且价格会更加低廉，但上述专利不能实现。

4、专利文件cn112831059b公开了一种改性木质素及其制备方法与在橡胶复合材料中的应用，上述专利实现了炔基化试剂结构中含有酰氯官能团，易与木质素分子中的醇羟基和酚羟基发生酯化反应，生成接枝了不饱和的炔基官能团的改性木质素；炔基化改性减少了木质素分子中的羟基含量，降低了分子极性，有助于抑制由氢键导致的木质素自聚集趋势，有利于研磨得到粒径较低的木质素粉末，提高了木质素与非极性的天然橡胶的相容性和亲和性，促进木质素在天然橡胶基体中的分散，但上述专利不能实现。

5、专利文cn113583254b公开了一种可交联型木质素及其制备方法与在橡胶复合材料中的应用，上述专利实现了所制备的可交联型改性剂中含有的酸酐与木质素分子中的羟基发生反应，减少极性的羟基含量，生成了接枝不饱和烯烃长链的木质素，降低了木质素的极性，提高了木质素与天然橡胶之间的相容性，有利于木质素在橡胶基体中的分散，但上述专利不能实现。

6、专利文件cn106905712b公开了一种利用无机盐中和碱木质素制备橡胶填料的方法，上述专利实现了橡胶填料制备的橡胶复合材料的拉伸强度、定伸应力、扯断伸长率和硬度等力学性能均有显著提高，但上述专利不能实现。

7、综上所述，上述专利不能实现通过磺酸基团与金属离子反应，提升复合材料的稳定性，防止木质素和纳米粘土出现聚集和沉淀，不能实现通过对木质素进行离子交换改变其原有性能，大幅增加木质素的部分性能，不能实现在加工纳米粘土过程中对其进行改性处理，通过对纳米粘土内部结构进行重组，增加纳米粘土的分散性和稳定性，不能实现通过有机溶剂对对材料溶解后分离析出，进行资源二次利用，提高材料利用率，节约资源，导致木质素纳米粘土复合材料及其在橡胶复合材料中的应用不能满足橡胶复合材料技术领域的性能需求；

8、为此，本技术提出了一种能实现通过磺酸基团与金属离子反应，提升复合材料的稳定性，防止木质素和纳米粘土出现聚集和沉淀，能实现通过对木质素进行离子交换改变其原有性能，大幅增加木质素的部分性能，能实现在加工纳米粘土过程中对其进行改性处理，通过对纳米粘土内部结构进行重组，增加纳米粘土的分散性和稳定性，能实现通过有机溶剂对对材料溶解后分离析出，进行资源二次利用，提高材料利用率，节约资源的木质素纳米粘土复合材料的制备及其在橡胶复合材料中的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种木质素纳米粘土复合材料的制备方法及其应用，以解决上述背景技术中提出的不能实现通过磺酸基团与金属离子反应，提升复合材料的稳定性，防止木质素和纳米粘土出现聚集和沉淀，不能实现通过对木质素进行离子交换改变其原有性能，大幅增加木质素的部分性能，不能实现在加工纳米粘土过程中对其进行改性处理，通过对纳米粘土内部结构进行重组，增加纳米粘土的分散性和稳定性，不能实现通过有机溶剂对材料溶解后分离析出，进行资源二次利用，提高材料利用率，节约资源，导致木质素纳米粘土复合材料及其在橡胶复合材料中的应用不能满足橡胶复合材料技术领域的性能需求的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种木质素纳米粘土复合材料的制备，所述木质素纳米粘土复合材料的制备步骤为：

3、步骤1：按比例称取足量改性木质素和改性纳米粘土，在110℃恒温环境中进行2h干燥处理；

4、步骤2：将改性木质素和改性纳米粘土进行混合搅拌；

5、步骤3：向混合物中加入胶黏剂和添加剂，继续搅拌；

6、步骤4：待反应完成后，对复合材料进行成型和固化处理，得到产品木质素纳米粘土复合材料；

7、所述添加剂为：木质素磺酸钠、磺化三聚氰胺甲醛缩合物、马来酸酐聚氧乙烯之磺酸盐和淀粉类减水剂。

8、优选的，所述添加剂成分中的磺酸基团与木质素和纳米粘土内部的金属离子发生配位反应形成配位键，同时磺酸基团电离出来的氢离子使得木质素分子带负电，而纳米粘土表面带有一定的电荷，通过加入磺酸基团，使木质素分子和纳米粘土之间可以通过静电吸引相互结合。

9、优选的，所述胶黏剂为木质素基胶黏剂，木质素基胶黏剂利用高活性木质素制备，相较于传统石化基胶黏剂在使用中产生有毒气体来说，木质素基胶黏剂更为绿色、低碳环保和可持续发展。

10、优选的，所述木质素成分包括以下重量份组份为：

11、木块：20份～50份；

12、有机溶剂：40份～80份；

13、阳离子溶液：10份～40份；

14、酸化剂：5份～10份；

15、氨基苯磺酸钠：1份～5份；

16、蒸馏水：10份～15份；

17、丙酮溶液：20份～50份；

18、间苯二胺：1份～5份；

19、甲基丙烯酸酐：0.2份～0.5份；

20、有机溶剂的成分为：二氧己环、甲苯、1，2-二氯乙烷和乙醇；

21、阳离子溶液内含有：钠离子、钾离子、铵根离子、银离子和锌离子等。

22、优选的，所述木质素的制备过程为：

23、步骤1：准备足量木块，将木块切碎研磨成木粉，备用；

24、步骤2：将木粉与有机溶剂混合后加入阳离子溶液，充分搅拌；

25、步骤3：向混合溶液a中加入经过加热的蒸馏水，进行纤维素再生；

26、步骤4：将经过的纤维素再生的液体过滤分离，对滤液进行蒸馏分离出有机溶剂、水和混合溶液b；

27、步骤5：向混合溶液b加入足量丙酮溶液，进行木质素的析出；

28、步骤6：对析出的木质素进行酸洗和干燥处理后，得到木质素；

29、步骤7：对提纯后的木质素进行改性处理，向木质素中加入氨基苯磺酸钠、间苯二胺和甲基丙烯酸酐，经过滤和干燥后得到改性木质素。

30、优选的，所述纳米粘土的制备步骤为：

31、步骤1：准备足量蒙脱石，将蒙脱石碾碎成粉末状；

32、步骤2：对蒙脱石粉末进行预处理；

33、步骤3：将经过预处理的蒙脱石粉末进行在600℃温度下进行烧结处理；

34、步骤4：对烧结后的材料进行离子交换反应，同时对材料继续充分搅拌；

35、步骤5：对材料进行提纯，对提纯后的材料进行干燥处理；

36、步骤6：在提纯后的材料中加水形成蒙脱石散；

37、步骤7：将改性剂加入蒙脱石散中，在恒温为60℃中充分搅拌；

38、步骤7：对反应过后的混合物进行分离提纯和干燥处理，得到改性纳米粘土。

39、优选的，所述改性剂的组成为：二甲基双癸基氯化铵、酞酸酯类偶联剂、十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵和十二烷基苯磺酸钠。

40、优选的，所述木质素纳米粘土复合材料在橡胶材料中的应用步骤为：

41、步骤1：准备足量木质素纳米粘土复合材料、炭黑、天然橡胶；

42、步骤2：将木质素纳米复合材料、炭黑和天然橡胶放入密炼机中进行混炼；

43、步骤3：在混炼过程中加入硫化剂；

44、步骤4：对混炼物进行热压成型得到最终产品橡胶复合材料。

45、优选的，所述木质素纳米粘土复合材料和天然橡胶的重量份组分比例为0.2-0.6:1。

46、优选的，所述木质素纳米粘土复合材料和炭黑的重量份组分比例为1：0.6-0.9。

47、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

48、1.本发明通过设计有在木质素纳米粘土复合材料的制备过程中，通过添加剂中的磺酸基团与原材料中的金属离子的配位反应以及静电吸引，防止出现木质素和纳米粘土出现聚集和沉淀；

49、2.本发明通过设计有在木质素制备阶段加入阳离子溶液，经过离子交换，改变木质素内部结构，提升木质素的部分性能，拓宽了木质素的应用前景；

50、3.本发明通过设计有在纳米粘土制备过程中加入改性剂对纳米粘土内部结构进行重组，增加纳米粘土的分散性和稳定性，提高产品的性能；

51、4.本发明通过设计有通过有机溶剂溶解材料后经过分离析出，实现了材料的重复利用，节约资源，绿色环保。