[发明专利]一种天然植物纤维改性剂和天然植物纤维的表面改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改性剂以及复合材料界面改性方法，尤其涉及一种天然植物纤维改性剂以及天然植物纤维增强聚合物复合材料界面的改性方法。

背景技术

竹纤维、木纤维等天然植物纤维具有资源丰富、比强度高、价廉、可再生性和可生物降解等优点，而且加工容易，是制备植物纤维增强聚合物复合材料的优质原料。但是，竹纤维、木纤维等天然植物纤维是由纤维素、半纤维素、木质素及各种抽提物组成；其主要成分纤维素、半纤维素和木质素等含有大量的极性羟基和酚羟基官能团，天然植物纤维表面表现出很强的化学极性，而大多数聚合物表面能较低，存在表面惰性和疏水性，表面表现为非极性。当天然植物纤维与聚合物复合时，导致天然植物纤维与聚合物等塑料基材间界面不相容，二者结合力差，应力在界面不能有效地传递，所制备的天然植物纤维增强聚合物复合材料的物理力学强度低。

因此，在制备天然植物纤维增强聚合物复合材料时需要对天然植物纤维与聚合物界面进行改性处理，从而改善亲水的极性天然植物纤维表面与疏水的非极性聚合物界面相容性，制备高强度天然植物纤维增强复合材料。目前，市场上的天然植物纤维改性剂不仅价格昂贵、易流失，而且是直接处理天然植物纤维，由于天然植物纤维表面存在一定量的硅质，直接处理天然植物纤维会使复合材料性能改善效果不明显、改性效果差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种天然纤维改性剂和天然植物纤维的表面改性方法，能显著改善天然植物纤维与聚合物界面相容性。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种天然植物纤维改性剂，按重量份计，主要包括以下组份的原料：2～5份的表面活性剂、5～10份的桥架剂和780～800份的溶剂。

上述的天然植物纤维改性剂，优选的，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。十二烷基苯磺酸钠的添加量小、环保且对天然植物纤维强度损伤小。

上述的天然植物纤维改性剂，优选的，所述桥架剂为阴离子聚丙烯酰胺，阴离子聚丙烯酰胺桥架剂表面活性强、与植物纤维及聚合物反应能力强，可以在天然植物纤维与聚合物之间形成牢固的吸附网状桥架。

上述的天然植物纤维改性剂，优选的，所述溶剂为无水乙醇。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种天然植物纤维的表面改性方法，包括以下步骤：

1）将天然植物纤维浸没到清洗剂中清洗除去杂质，再用水清洗，干燥；

2）将步骤1）后干燥的天然植物纤维浸没在上述的天然植物改性剂中，并于70-90℃下水浴10～20min，取出天然植物纤维，静置、自然干燥，即得到表面改性的天然植物纤维。

上述的改性方法，优选的，所述步骤1）中，天然植物纤维与清洗剂的质量比为1:20～25。

上述的改性方法，优选的，所述步骤1）中，清洗剂为质量分数为4%～8%的六偏磷酸钠水溶液。

上述的改性方法，优选的，所述步骤1）中，清洗剂清洗天然植物纤维的时间为10min；水清洗天然植物纤维的时间为5～10min。

上述的改性方法，优选的，所述步骤1）中，干燥的温度为80-100℃；干燥的时间为8h。

上述的改性方法，优选的，所述步骤2）中，干燥的天然植物纤维与改性剂的质量比为1:25～35。

在本发明中，天然植物纤维经清洗剂清除表面硅质等杂质被且力学强度不降低，天然植物纤维的表面在通过改性剂处理，与桥架剂的反应活性和能力显著增加，天然植物纤维表面会被牢固接枝一层阴离子聚丙烯酰胺，阴离子聚丙烯酰胺分子链的极性基团与天然植物纤维相通过机械、物理、化学等作用交联。当改性后的天然植物纤维与聚合物复合时，聚合物与天然植物纤维上的阴离子聚丙烯酰胺的非极性基团交联，如此，阴离子聚丙烯酰胺在天然植物纤维与聚合物之间形成牢固的吸附网状桥架，天然植物纤维增强聚合物复合材料拉伸强度增加20%以上，冲击强度增加15%以上。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）本发明的改性剂中的表面活性剂可以显著提高植物纤维与桥架剂的接枝能力，且活性剂添加量小、环保且对天然植物纤维强度损伤小；桥架剂表面活性强、与植物纤维及聚合物反应能力强，可以在天然植物纤维与聚合物之间形成牢固的吸附网状桥架；无水乙醇溶剂具有不与植物纤维反应，不会损坏植物纤维强度，处理完后易快速挥发、无毒、不易残留等优点。本发明的天然植物纤维改性剂具有环保、成本低、改性效率高、改性效果好的特点。