一种复合改性生物质麻纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种复合改性生物质麻纤维及其制备方法。本发明专利技术研发出了一种稀土复合改性麻纤维，即：在稀土改性的天然麻纤维外表面再接枝包覆马来酸酐接枝聚丙烯。本发明专利技术方法是先在常温或低温下将天然麻纤维在一定浓度的稀土溶液液浸渍１－２小时，过滤、烘干。然后将稀土处理的麻纤维采用挤出方法包覆马来酸酐接枝聚丙烯后，得到复合改性的天然麻纤维。本发明专利技术的复合改性方法可以有效消除麻纤维表面结构缺陷和杂质问题，改变其表面极性和亲水性，极大地提高麻纤维与聚合物基体材料的界面结合力，可望获得界面结合力强、力学性能优异的麻纤维／聚合物复合材料，并使得改性天然麻纤维及其复合材料能够更为广泛地应用于建筑、交通工具内饰及办公家具等领域。该改性方法操作简单、可规模化，无污染，环境友好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属材料及其表面处理
，特别是一种表面复合改性处理的生物质天然麻纤维及其制备。专利技术的复合改性麻纤维材料，可以有效解决麻纤维表面结构缺陷、杂质、结构一致性和稳定性问题，并使得麻纤维可以进一步和聚合物基体形成的优良的界面，从而获得广泛的、力学性能优异的麻纤维/聚合物复合材料，扩大天然麻纤维应用领域。
技术介绍
随着国际能源的日益紧缺、能源价格的不断攀升和环保压力越来越大，各国政府对节能、环保技术的研究越来越重视。其中最重要的措施之一就是推广轻量化、环境友好、可回收材料的应用。 天然生物麻纤维/聚合物复合材料是一种满足节能、环保、可回收等要求的新材料。它可广泛应用于车辆、建筑、飞机和日常办公用品等领域。天然生物麻纤维包括大麻、苎麻、亚麻、剑麻等低成本生物质材料。生物质麻纤维E-玻璃纤维、人造碳纤维与热塑性树脂复合材料而言，不仅在环境友好和可回收利用方面具有优势，而且来源广泛、重量轻、高强、高模且耐冲击性强。可望部分取代E-玻璃纤维、人造碳纤维在工程领域及上述行业(车辆、建筑等)的应用。然而，由于天然生物麻纤维表面结构存在缺陷和杂质问题，而且具有较强的极性，因而麻纤维/聚合物基复合材料界面相容性差。为此，虽然业已研发了多种天然纤维改性技术与方法，如物理改性和化学改性方法。其中，物理改性是不改变纤维的化学组成，主要改变了纤维的一些物理特性，如激光高能射线辐射法、热处理法和放电处理法等。化学处理法包括烷化处理法、纤维素接枝共聚法、乙酰化处理法和硝酸和乙酸混合处理等方法。尽管麻纤维的表面改性方法很多，然而，其与聚合物基体界面结合力低、材料性能不稳定等问题尚为从根本上解决，改性处理效果有待提高。简单易行，成本低，可规模化的改性方法有待研发。为此，在科技部"863"高新计划重点项目课题"纤维增强聚丙烯釜内合金复合材料的研究"支持下，我们成功研发出了一种生物质麻纤维稀土复合改性材料及方法。该法简单易行，成本低，可规模化，且无污染，环境友好。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有天然生物麻纤维/聚合物复合材料存在的麻纤维结构缺陷和杂质、麻纤维极性与聚合物极性界面不相容、界面结合力低，最终导致天然生物麻纤维/聚合物复合材料性能差和性能不稳定等问题，首次经科学设计并研制出复合改性麻纤维及该改性麻纤维简单、操作性强的制备方法。改性后麻纤维表面羟基数量减少，生物质麻纤维表面极性减低，有助于提高纤维与聚合物基的界面结合力；另一方面，纤维结构重整，不仅纤维表面缺陷极大减低，而且增加了纤维与聚合物的结合界面，从而可有效提高麻纤维、聚合物复合材料力学性能。 本专利技术的目的是通过下述方式实现的 —种复合改性生物质麻纤维是稀土改性的天然麻纤维外表面包覆有马来酸酐接枝聚丙烯。 所述的稀土改性的天然麻纤维是指天然麻纤维经稀土化合物改性剂溶液超声浸泡后，过滤烘干得到。 所述的包覆是表面有接技反应的包覆。 本专利技术的制备方法为将天然麻纤维浸入到的稀土化合物溶液中，超声浸泡后，过滤烘干；将马来酸酐接枝聚丙烯熔融成粘稠的流体物，采用挤出成型的方式将马来酸酐接枝聚丙烯进一步包覆在稀土处理后的天然麻纤维表面，固化后得到稀土 /马来酸酐接枝聚丙烯复合改性生物质麻纤维。 稀土化合物溶液采用氢氧化镁调节pH值至8-9区间。 所述挤出成型的方式包覆马来酸酐接枝聚丙烯是指将马来酸酐接枝聚丙烯从单螺杆挤出成型机端头进料口进入，在挤出温度175-185t:，挤出压力38-45bar条件下马来酸酐接枝聚丙烯在单螺杆挤出成型机中熔融并成为粘稠的流体物；同时，将稀土表面处理后的天然麻纤维从挤出成型机侧面另一端口依靠螺杆转力牵引进入并与粘稠的流体物粘合进行接枝包覆。 将上述经接枝包覆的材料滚压，冷却，常温固化，切粒得到稀土/马来酸酐接枝聚丙烯复合改性的生物质麻纤维。 本专利技术特别优选的马来酸酐接枝聚丙烯，熔融指数12-20g/10min，接枝率2-3%。 本专利技术由于选用了电负性值低的稀土化合物，并配制成溶液。在稀土溶液中超声浸渍处理生物质麻纤维，再将稀土处理的麻纤维接枝包覆马来酸酐接枝聚丙烯，获得稀土/马来酸酐接枝聚丙烯复合改性的天然麻纤维。优选稀土化合物在溶液中重量含量为0. 1% -0. 5%。 优选的超声浸泡过程为配制浓度为0. 1% -0. 5%的稀土化合物溶液，盛入器皿中，将生物麻纤维浸渍于稀土化合物溶液，在超声振动条件下浸渍处理麻纤维1-2小时，过滤、风干。 稀土化合物包括稀土氧化物。本专利技术优选硝酸镧或氧化镧。稀土改性后麻纤维牵引条件为螺杆转速70-80转/分。 本专利技术具体的制备过程为 将La(N0》3 6H20在50-6(TC度的热水中溶解，并配置成一定质量浓度(范围在0. 1% -0. 5% )的稀土溶液，将洗净并干燥后的苎麻纤维放入配置好的稀土溶液中，超声振荡1-2小时后取出，在80°C -g(rc真空干燥后待用。将马来酸酐接枝聚丙烯从单螺杆挤出成型机端头进料口进料，在挤出温度175-185t:，挤出压力38-45bar条件下，挤出粘流状态的马来酸酐接枝聚丙烯，并使之在挤出过程中与经稀土表面处理后的天然麻纤维结合并包覆在稀土改性的天然麻纤维表面，滚压，冷却，常温固化，切粒得到稀土 /马来酸酐接枝聚丙烯复合改性的天然麻纤维。 本专利技术中，为满足麻纤维与聚合物优良的界面结合，专利技术人设计并成功研发出了生物质麻纤维稀土复合改性材料及其制备方法。本专利技术方法改性后的生物麻纤维具有以下几大特点麻纤维表面杂质去除，麻纤维表面极性减低，纤维结构重整分束，纤维表面缺陷极大减低，纤维结构、性能稳定，并且处理方法无毒、无害，环境友好。 本专利技术了还提供了一种简单、操作性强的生物质麻纤维稀土 /马来酸酐接枝聚丙烯复合改性材料与方法。专利技术的改性方法工艺过程简单，工艺参数可控，保障了改性麻纤维材料性能的一致性。 本专利技术的优势效果体现在 1 、科学设计，功效优良。 在稀土改性溶液中，电负性值低的稀土元素将与天然生物麻纤维表面的羟基键合，这将减少了生物麻纤维表面的羟基数量，降低了生物麻纤维的极性，能够提高麻纤维与非极性聚合物基体之间的界面结合力；同时，因稀土元素吸附和键合在麻纤维表面，从而能够填补或改善麻纤维表面的微观结构缺陷(尺寸不同的微裂纹)，提高纤维本身的力学性能(如拉伸强度等)。从而实现麻纤维作为复合材料增强相时的增强效果。另一方面，由于稀土原子电负性极低，有极强的化学亲合力，可作为一个负电中心吸引周围的原子，成为活性中心，因此，吸附和键合在麻纤维表面的稀土元素以活性稀土原子的形式出现，更好地与接枝包覆的马来酸酐接枝聚丙烯结合，形成性能优良，结构稳定的改性麻纤维。从而可望极大地提高麻纤维增强聚合物复合材料的力学性能，扩大生物质麻纤维在汽车、建筑、航天领域的应用范围。界面科学设计的结合机制见附图1。 2、结构重整，改性麻纤维材料性能稳定。 与现有的化学处理法包括烷化处理法、纤维素接枝共聚法、乙酰化处理法和硝酸和乙酸混合处理等方法相比，本专利技术不仅改善了纤维与聚合物基的界面结合强度，而且有效地重整了纤维结构，使得天然麻纤维的结构缺陷大大降低，并且通过包覆的马来酸酐接枝聚丙烯，更好地实现了纤维结构的改善和纤维性能结构的一致性、稳定性。从而可有效地解决麻纤维增强复合材料性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合改性生物质麻纤维，其特征在于，稀土改性的天然麻纤维外表面包覆有马来酸酐接枝聚丙烯。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何莉萍，陈大川，王璐琳，
申请(专利权)人：湖南大学，何莉萍，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]