之前已有研究用污泥作建筑材料制造的添加剂,例如水泥、砖、陶瓷和混凝土。然而,DPS的水分含量高,使得它很难在增值应用上被重用。事实上,对于大多数应用,污泥必须进行脱水或干燥,由于相关的干燥成本和能耗,这很大地限制它的发展。造纸厂的污泥现已被测试以添加剂形式添加到木材聚合物复合材料(WPs)中,以替代木粉。此外,已经证实,DPS增强复合材料显示出了优异的物理机械性能。
在我们的工作中,我们正在寻找用于生产复合材料的纸污泥和塑料回收的新的替代物,然后在某些领域加以利用(例如汽车行业、窗户、门和盖板)。因此,我们调查了DPS和再生生物复合材料高密度聚乙烯(RHDPE)的复合效果。 DPS由有机物质(总共41%)和无机物质组成。有机材料主要是纤维素(23.0±1.84%),而上述无机部分主要是铝、镁和钙的氧化物(例如碳酸钙、高岭土)。这样的组分使得DPS成为热塑性复合材料的一种生物填料。DPS的有机含量意味着它能对DPS增强复合材料的机械性能产生实质性影响。此外,DPS的低密度(1.924克/立方厘米)使得它成为聚合物基质的良好的增强剂。
我们使用熔融混炼方法生产DPS / RHDPE粒料用于注射成型(见图1)。这些样本中包含不同含量的DPS(0-20wt%)和增容剂(0-4wt%)。此外,我们使用聚酰胺胺-表氯醇(PAE)树脂作为DPS粘合剂。因此,我们可以研究DPS含量和PAE含量对RHDPE / DPS生物复合材料性能的影响。
在我们研究的第一部分中,我们研究了DPS的物理化学性质。DPS的扫描电子显微镜图像显示出了它的不规则、破裂和短纤维(见图2)。我们还发现, DPS的一些有机纤维被细分成粉末,这是因为它们已被再生过几次,而其它纤维则保持原来的形状。
我们的机械试验表明,加入DPS后复合材料的杨氏模量有所增加。这是因为,样品中含有刚性组分的量增加了。我们的测量也表明,样品的拉伸强度有所增加,在DPS含量为12.5%时达到一个的最佳水平(见图3)。与此相反,我们发现,样品的伸长率随DPS含量增加而降低。这可能是由于高含量DPS复合材料具有很多缺陷(即丰富的矿物集合体)和它的低同质性。实际上,更多的组分提供了最复杂的结果(由于有机和无机组分之间的协同效应)。
总之,脱墨废纸污泥的特性揭示了其矿化特性和富含纤维素的性质。这种特性使得它可以作为高密度聚乙烯复合材料的木质纤维素填料。对DPS / RHDPE样品机械试验表明,DPS的添加改进了复合材料的抗张强度和刚度。分散性差的DPS中的大颗粒尺寸会对复合材料的延展性和韧性带来负面影响。我们还发现,加入碱性阳离子树脂后改进了DPS和RHDPE之间的界面相容性,但是对样品的延展性有损。在我们今后的工作中,我们将专注于利用高含量DPS、木塑复合材料和刨花板生产建筑材料。同时,我们也希望DPS的研究最终能扩展到其他聚合物基质中。