[发明专利]一种复合改性生物质麻纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属材料及其表面处理技术领域，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。发明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。

背景技术

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。

发明内容：

本发明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。

本发明的目的是通过下述方式实现的：

一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。

本发明的制备方法为：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175-185℃，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。

本发明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％。