一種改性天然纖維復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種改性天然纖維復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]天然纖維復(fù)合材料是以樹脂或塑料為基體，以天然纖維為增強(qiáng)材料的一種復(fù)合材料。天然纖維主要有洋麻、黃麻、亞麻、白麻、劍麻、蕉麻、羅布麻、苧麻、大麻、木纖維、竹纖維、椰纖維、棉、木棉纖維、黃豆桿、小米桿、煙桿、棉花桿、向日葵桿、麻桿、高粱桿、稻草麥桿、玉米秸桿、黑小麥秸桿、小麥秸桿，以及以纖維素為主要成份的自然存在或生長(zhǎng)的纖維或纖維編織得到的布。具有密度小、價(jià)格低、可降解、對(duì)身體無(wú)刺激、可循環(huán)再生、對(duì)加工設(shè)備損耗小、資源豐富、加工能耗低、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，并具有一般纖維的強(qiáng)度和剛度，且比強(qiáng)度、比重較小、比剛度均較高。以天然纖維為增強(qiáng)基的復(fù)合材料同樣具有優(yōu)良的性能，隨著原料可持續(xù)發(fā)展這個(gè)主題的延伸，天然纖維在增強(qiáng)復(fù)合材料領(lǐng)域中扮演著越來越重要的角色。目前使用天然纖維復(fù)合的復(fù)合材料已經(jīng)應(yīng)用在汽車、建材、家具、包裝材料、服飾材料等領(lǐng)域。(參見倪敬達(dá)，于湖生，天然植物纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的研究應(yīng)用，化纖與紡織技術(shù)，2006，2:29)
天然纖維主要成分纖維素的含量占50%以上，起主要的力學(xué)支撐作用。但由于纖維素鏈上帶有較多的羥基，所以具有很強(qiáng)的親水性和吸濕性。
[0003]塑料按物理化學(xué)性能分類可以將其分為熱塑性塑料和熱固性塑料。熱塑性塑料的分子結(jié)構(gòu)是線性或支鏈型結(jié)構(gòu)，在受熱時(shí)可熔化冷卻可變硬，在受熱到一定溫度時(shí)又可軟化冷卻后在變硬，這種過程可反復(fù)進(jìn)行。如:聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛。熱固性塑料在受熱時(shí)也可軟化，當(dāng)加熱到一定溫度時(shí)就會(huì)硬化定型，再加熱也不會(huì)軟化，其分子結(jié)構(gòu)最終為體型結(jié)構(gòu)。如:酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯。
[0004]聚丙烯和不飽和聚酯分別是典型的熱塑性和熱固性樹脂。
[0005]聚丙烯是以丙烯為單體聚合而成。是一種重要通用塑料，具有無(wú)毒性、透明度高、耐化學(xué)腐蝕、密度小、相對(duì)硬度高，并具有良好的注塑性能，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，廣泛用于汽車、建材、紡織、家電包裝材料等領(lǐng)域。劉曉燁，戴干策在黃麻纖維氈的表面處理及其增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的力學(xué)性能的研究中對(duì)纖維表面先進(jìn)行NaOH處理，再進(jìn)行MAPP乳液處理，使彎曲強(qiáng)度比未處理的增加68%，拉伸強(qiáng)度比未處理的增加48%。說明MAPP乳液是麻纖維與聚丙烯之間的良好的界面相容劑。但其生產(chǎn)工藝繁瑣，MAPP乳液的接枝率僅為5%左右(參見劉曉燁，戴干策.黃麻纖維氈的表面處理及其增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的力學(xué)性能，2006， 23(5):63-69)。
[0006]不飽和聚酯(UPE)樹脂一般是由不飽和的二元酸飽和的二元醇或飽和二元酸不飽和二元醇經(jīng)縮聚合成具有酯鍵不飽和鍵的線性聚合物。UPE樹脂在熱固性樹脂中的使用量很大，同時(shí)在玻璃纖維增強(qiáng)工程塑料生產(chǎn)中的使用量也很大。不飽和聚酯樹脂具有成型性及工藝性良好，粘度、觸變性、適用期、空氣干燥性等都可調(diào)節(jié)；有較好的力學(xué)性能、耐腐蝕性能及電氣性能；著色自由；易于不同增強(qiáng)材料、填料組合得到不同特性的復(fù)合材料制品；價(jià)格低廉并有降低成本一系列辦法易于投資生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。已被廣泛的應(yīng)用在建筑、化工、船舶、汽車、桌椅、衛(wèi)生潔具等領(lǐng)域。(參見張小蘋，不飽和聚酯樹脂及其新發(fā)展，2008，2:23-29。參見宋余波，不飽和聚酯樹脂的生產(chǎn)及應(yīng)用，1999，20 (3):20-23)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種天然纖維復(fù)合材料及其制備方法，該天然纖維復(fù)合材料具有良好的吸濕性能和力學(xué)性能。
[0008]本發(fā)明首先提供一種天然纖維復(fù)合材料，該復(fù)合材料是將改性后的天然纖維和不飽和聚酯(UPE) /聚丙烯復(fù)合而得到的；
所述的改性后的天然纖維是將天然纖維先放置在NaOH溶液中反應(yīng)，再放在陽(yáng)離子表面活性劑溶液中反應(yīng)，然后在空氣中放置，再烘干而得。
[0009]優(yōu)選的是，所述的天然纖維的來源為洋麻、黃麻、亞麻、白麻、劍麻、蕉麻、羅布麻、苧麻、大麻、木纖維、竹纖維、椰纖維、棉、木棉纖維、黃豆桿、小米桿、煙桿、棉花桿、向日葵桿、麻桿、高粱桿、稻草麥桿、玉米秸桿、黑小麥秸桿或小麥秸桿。更優(yōu)選的是亞麻。
[0010]優(yōu)選的是，所述陽(yáng)離子表面活性劑為八烷基三甲基氯化銨、十烷基三甲基氯化銨、十二烷基三甲基氯化銨、十四烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十八烷基三甲基氯化銨、雙辛烷基二甲基氯化銨、雙十烷基二甲基氯化銨、雙十八烷基二甲基氯化銨、三乙基甲基氯化銨、三丙基甲基氯化銨、三丁基甲基氯化銨、三辛基甲基氯化銨、四甲基氯化銨、四乙基氯化銨、四丁基氯化銨、芐基三乙基氯化銨、芐基三甲基氯化銨、四甲基硫酸氫胺、四丁基溴化銨、四丙基溴化銨、四乙基溴化銨、四甲基溴化銨、三丁基甲基溴化銨、三辛基甲基溴化銨、雙十八烷基二甲基溴化銨、雙十二烷基二甲基溴化銨、雙十烷基二甲基溴化銨、十八烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基溴化銨、八烷基三甲基溴化銨、十烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基溴化銨、N，N-二乙基-(3 '-甲氧基苯氧乙基)芐基氯化銨等。更優(yōu)選的是十八烷基三甲基溴化銨。
[0011 ] 優(yōu)選的是，所述的NaOH溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1_5%和陽(yáng)離子表面活性劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2-6%。優(yōu)選的是，所述的反應(yīng)時(shí)間分別為為5-60min。
[0012]本發(fā)明還提供一種天然纖維復(fù)合材料的制備方法，包括:
步驟一:將天然纖維先放置在NaOH溶液中進(jìn)行改性處理，再放在陽(yáng)離子表面活性劑溶液中進(jìn)行改性處理，然后在空氣中放置，再烘干得到改性過的天然纖維；
步驟二:將改性過的天然纖維和UPE/聚丙烯復(fù)合，得到天然纖維復(fù)合材料。
[0013]優(yōu)選的是，所述的改性過的天然纖維和UPE復(fù)合的方法為:
將UPE樹脂、固化劑、促進(jìn)劑和消泡劑混合，得到混合物，將混合物涂敷在經(jīng)改性過的天然纖維上，固化成型后得到天然纖維復(fù)合材料。
[0014]優(yōu)選的是，所述的UPE樹脂、固化劑、促進(jìn)劑和消泡劑按照質(zhì)量份數(shù)計(jì)，包括:
UPE樹脂90-100份、固化劑0.10-3份、促進(jìn)劑0.01-0.5份、消泡劑0-10份。
[0015]優(yōu)選的是，所述的固化劑包括過氧化甲乙酮、過氧化環(huán)己酮、過氧化二苯甲酰、過氧化苯甲酰、過氧化甲異丁酮、異丙苯過氧化氫、叔丁基過氧化氫、2，4_ 二氯過氧化苯甲?；蜻^氧化十二酰。
[0016]優(yōu)選的是，所述的經(jīng)改性過的天然纖維和聚丙烯復(fù)合的方法為: 將聚丙烯、偶聯(lián)劑和改性過的天然纖維通過熱壓法加工得到天然纖維復(fù)合材料。
[0017]優(yōu)選的是，所述的偶聯(lián)劑為馬來酸酐接枝聚丙烯、馬來酸酐接枝ABS、馬來酸酐接枝聚乙烯、二聚磷酸二異辛酯硬脂酸鎂、DL系列鋁酸酯偶聯(lián)劑、粉末硅烷偶聯(lián)劑XH-820系列、馬來酸酐接枝EVA、TC-130、氨丙基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙二胺丙基三乙氧基硅烷、疏丙基三甲氧基硅烷、乙二胺丙基甲基二甲氧基硅烷。
[0018]本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明先提供一種天然纖維復(fù)合材料，該復(fù)合材料是將改性過的天然纖維和UPE/聚丙烯復(fù)合而得到的；所述的改性過的天然纖維是將天然纖維先放置在NaOH溶液中進(jìn)行化學(xué)改性，再放在陽(yáng)離子表面活性劑溶液中進(jìn)行化學(xué)改性處