[发明专利]一种植物纤维的表面改性方法

说明书

技术领域

本发明属于材料改性领域，涉及一种植物纤维的表面改性方法，具体说是用乙烯-乙烯醇共聚物改性植物纤维，使其表面由亲水性变为亲油性的改性方法。 

背景技术

木塑复合材料是以植物纤维为主要组分与热塑性塑料如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯等通过一定的成型加工方法复合而形成的一种新型材料，其兼具天然纤维与塑料的双重特性，能弥补两者的不足、克服木材的强度低和变异性大等使用局限性，具有价格低廉、力学性能好、耐酸碱腐蚀、可回收利用等特点，可在多种场合替代木材使用，它的研制和推广将有效缓解我国石油和森林资源供应紧缺的矛盾，减少塑料和农业废弃物焚烧对环境的污染。 

然而，尽管发展木塑复合材料的意义重大，但它的开发与应用也面临着许多问题。由于植物纤维表面含有大量的醇羟基和酚羟基，这些羟基易形成分子间或分子内氢键，具有强极性和吸水性；而热塑性聚合物表面一般为非极性或弱极性，当两者复合时植物纤维在聚合物基体中的分散性不佳，易发生团聚，两者相容性差，界面咬合力较弱。当材料受到外力作用时，应力在界面处不能得到有效传递，容易发生界面脱粘使得材料发生破坏。因此，提高植物纤维与聚合物间的界面相容性，是制备木塑复合材料要解决的关键问题。 

国内许多学者对如何提高植物纤维与聚合物基体的相容性进行了大量的研究，一般采取通过物理或化学的手段处理植物纤维或添加相容剂来改善纤维与基体之间的相容性，如采取碱处理、酰化、醚化植物纤维或添加硅烷偶联剂、异氰酸酯偶联剂、马来酸酐接枝聚合物等作为相容剂，以期改善植物纤维与聚合物基体的相容性，但这些方法均有一些不足之处。如用碱处理植物纤维主要是通过溶解植物纤维中的果胶、木质素等，增加植物纤维与聚合物基体的接触面来提高界面咬合力，属于物理机械咬合作用，对制品性能的提高有限；而且碱处理方法过程繁琐，处理的废液会对环境造成严重的污染，一般较少采用。偶联剂是一类处理效果较好的相容剂，但由于偶联剂价格比较昂贵，限制了它在工业上的应用。接枝聚合物是目前研究最多的一类相容剂，其中以马来酸酐接枝聚合物最为普遍。但马来酸酐接枝聚合物的生产需要另外的工序，而且生产过程中马来酸酐等小分子接枝单体的挥发对操作人员的呼吸道和眼睛产生严重的刺激，危害环境和操作人员身体健康。虽然使用马来酸酐接枝聚合物作为相容剂的原理是基于马来酸酐可与植物纤维上醇羟基和酚羟基发生酯化反应，但是由于马来酸酐接枝聚合物与植物纤维之间的酯化反应是大分子间反应，反应较为困难，现有资料并没有明确充分的实验事实证明酸酐基团与植物纤维发生了化学作用，因此它们之间的作用是物理的氢键作用还是化学结合还有待进一步的科学探索；而且由于马来酸酐接枝聚合物接枝率较低，一般仅为0.4%~1%，因此要达到处理目的，需要的马来酸酐接枝聚合物用量较大。因此接枝聚合物作为相容剂使用首先要解决相容剂接枝率低的问题，但目前尚无好的解决方法。近几年来，不少学者一直致力于聚烯烃多元接枝共聚物的研究（如中国专利申请号02118793，200510035486.3），以提高相容剂中极性基团的接枝率，但此方法类似于马来酸酐接枝聚合物的生产。制备方法及操作工艺较复杂，成本高，且同样存在小分子接枝单体对操作人员身体健康和环境的危害。 

针对现有技术存在的问题，本发明采用商品化的乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）处理植物纤维。乙烯-乙烯醇共聚物中高达70-30%摩尔含量的乙烯醇结构单元，可与植物纤维表面含有的大量醇羟基和酚羟基产生氢键作用，天然地使其与植物纤维存在良好的相容性；而乙烯-乙烯醇共聚物中高达30-70%摩尔含量的乙烯结构单元与基体聚合物有良好的亲和性，可产生二者间大分子链缠绕，因此乙烯-乙烯醇共聚物作为替代上文中提及的常见相容剂、偶联剂等改性手段，很好地改善植物纤维与聚合物基体间的相容性，从而赋予聚烯烃基木塑复合材料良好的力学性能。这种改性方法目前尚无相关文献和专利报道。