[发明专利]一种表面改性蓖麻纤维及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及蓖麻纤维的改性及其应用，具体涉及一种表面改性蓖麻纤维、该表面改性蓖麻纤维的制备方法及应用。

背景技术

环氧树脂作为最重要的热固性树脂之一，因具有固化方便、易于成型加工、粘结性能强、机械力学性能好、电性能及化学稳定性、尺寸稳定性出色且价格低廉等优点，被广泛应用于胶粘剂、涂料、机械和电子材料、塑料模具、复合材料以及结构材料等领域。大多数环氧树脂在常温下呈液态，在常温或加热件下，环氧树脂与固化剂反应交联成不溶不熔的三维网状结构高分子聚合物，显示出优异的性能。但是环氧树脂存在固化后交联密度高、内应力大、脆性大、耐疲劳与抗冲击性能差及耐候性差和表面能高等不足，在很大程度上限制了环氧树脂的应用。

蓖麻纤维可用作环氧树脂增韧增强剂，由于蓖麻纤维拔出会使裂纹尖端应力松弛，从而减缓裂纹的扩展，吸收冲击功，起到增韧和增强的目的。另外，蓖麻纤维分散在树脂基体中，阻止树脂基体片段移动，可以提高树脂的玻璃化转变温度。但蓖麻纤维与树脂基体界面结合情况差、粘附力较弱，不利于树脂的增韧增强。

基于上述问题，我们进行深入研究，形成了本发明技术。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的在于针对现有技术中存在的蓖麻纤维与树脂基体界面结合情况差、粘附力弱等问题，提供一种表面改性蓖麻纤维；本发明的第二目的在于提供该表面改性蓖麻纤维的制备方法；本发明的第三目的在于提供该表面改性蓖麻纤维用于增强增韧环氧树脂的应用。

技术方案：本发明所述的表面改性蓖麻纤维是一种表面接枝端环氧基超支化聚合物的蓖麻纤维，其中，端环氧基超支化聚合物可由端羟基超支化聚合物经环氧基封端剂封端得到。

上述蓖麻纤维、端羟基超支化聚合物和环氧基封端剂的质量比优选为1:0.05～0.5:0.15～1.5。

较优的，端羟基超支化聚合物由丁二酸酐和季戊四醇缩聚而成；进一步的，原料蓖麻纤维与丁二酸酐、季戊四醇的质量比为1:2～14:2～15。

环氧基封端剂优选为环氧氯丙烷，封端过程采用的端羟基超支化聚合物与环氧氯丙烷的质量比为1:1～8。当端羟基超支化聚合物由丁二酸酐和季戊四醇缩聚形成时，丁二酸酐、季戊四醇和环氧氯丙烷的质量比最好为1:1.4:6。

上述表面改性蓖麻纤维的长度为30～80μm，直径为10～15μm；其长径比较大，物理力学性能突出。

本发明的表面改性蓖麻纤维通过对蓖麻纤维进行如下改性得到:

(1)对蓖麻纤维进行硅烷化处理；

(2)通过缩聚反应在蓖麻纤维表面接枝端羟基超支化聚合物，然后采用环氧基封端剂封端，得到表面改性蓖麻纤维。

上述步骤(1)中，硅烷化处理过程是将天然的蓖麻纤维溶于溶剂中，采用硅烷偶联剂对蓖麻纤维进行处理；溶剂优选为甲苯，硅烷偶联剂优选采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷；

较优的，可在甲苯中加入1重量份的蓖麻纤维和0.5～2.0重量份的3-氨基丙基三乙氧基硅烷，升温至60～90℃，反应3～9小时，过滤、干燥得到硅烷化蓖麻纤维；更优的，蓖麻纤维与甲苯的质量比为1:10～50。

上述硅烷化处理过程中：硅烷化反应温度最好为80℃；反应时间最好为6小时。

优选的，步骤(2)中，取1重量份的硅烷化蓖麻纤维加入N,N-二甲基甲酰胺中，然后加入2～14重量份丁二酸酐和2～15重量份季戊四醇，升温至90～140℃，聚合反应4～10小时；再加入10～30重量份的环氧氯丙烷，在90～140℃的温度条件下聚合反应4～10小时，然后洗涤、干燥，得到表面改性蓖麻纤维；进一步的，硅烷化蓖麻纤维与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:5～20。

其中，硅烷化蓖麻纤维与丁二酸酐、季戊四醇的质量比最好为1:2:2.8；通过缩聚反应在蓖麻纤维表面接枝端羟基超支化聚合物的反应温度可进一步优选为120～140℃，最好为120℃，反应时间可进一步优选为6～10小时，最好为6小时；采用环氧基封端时，加入的环氧氯丙烷进一步优选为15～30重量份，更进一步的，加入的环氧氯丙烷与丁二酸酐、季戊四醇的质量比最好为6:1:1.4；封端反应的温度可进一步优选为120～140℃，最好为120℃，反应时间进一步优选为6～10小时，最好为6小时。

本发明还提供了上述表面改性蓖麻纤维用作双酚A型环氧树脂增强增韧剂的应用。

具体的，将表面改性蓖麻纤维加入双酚A型环氧树脂与胺类固化剂的混合体系中，对双酚A型环氧树脂进行增强增韧，其中，表面改性蓖麻纤维、双酚A型环氧树脂及胺类固化剂的质量比为1～10:100:28～40。