[发明专利]一种原位改性植物长纤维及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种原位改性植物长纤维的制备方法，它是将木质纤维原料粉碎、水洗后，和改性剂溶液同时输送到双螺旋挤压搓丝机中，收集物料进行保温反应；保温反应结束后，所得产物经二次水洗后，即得原位改性植物长纤维。与现有技术相比，本发明具本发明可以有效批量生产表面改性植物长纤维，并且通过植物长纤维制备增强型木塑复合材料，降低了生产过程中的环境污染，减少了生产安全隐患，提高了植物纤维与热塑性塑料的相容性。且木塑复合材料的力学性能、耐候性都有明显提高，这对整合木塑行业都均由积极意义。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种原位改性植物长纤维及其制备方法与应用。

背景技术

本世纪木材工业可持续发展的重要战略决策之一。木塑复合材料经过近半个世纪研究与应用，木塑复合材料得到空前发展。木塑复合材料，它是由农业秸秆及农林加工废弃物等植物纤维与热塑性塑料配以特殊功能改性剂及其他助剂，经塑料成型加工工艺制成的性能优良的复合材料。木塑复合材料综合了植物纤维和高分子材料的诸多优点，能大量替代木材，可有效缓解我国森林资源贫乏、木材供应紧缺的矛盾，同时它也解决了塑料、农林行业废弃资源的再生利用问题，是一种极具发展前途的低碳、绿色、可循环、可再生的材料。其主要特点为：原料资源化、产品可塑化、使用环保化、成本经济化、回收再生化。

从目前主流加工工艺来看，木塑生产过程中需要对植物纤维进行粉化，给生产车间带来了严重的粉尘污染，带来了极大的安全、环保、卫生隐患。随着木塑使用范围扩大，对木塑性能的要求逐渐提高。为了提高性能，大量的增强剂和增强型纤维(玻璃纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维、碳纤维)被使用。而与传统增强纤维类材料相比植物长纤维等天然纤维复合材料具有价格低廉、可再生、可降解、比强度及比模量高等优点，同时可代替常规粉体植物纤维，大幅提升木塑复合材料各项性能，并减少环境危害，但是由于长纤维大批量均一化制备难度较大且长纤维在热加工过程中的不稳定性使其仍未能被广泛使用。

本发明从均一化大批量制备植物长纤维入手，并通过协同原位表面改性技术，提高植物长纤维与热塑性塑料的相容性，同时选择性分离部分植物纤维中的多糖、半纤维素等，制备表面改性植物长纤维材料，改善木塑复合材料力学性能和耐候性能，提高木塑复合材料的产品价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种原位改性植物长纤维，以解决现有技术存在的成本过高，环境危害严重，生产效率低下等问题。

本发明还要解决的技术问题是提供上述原位改性植物长纤维的制备方法与应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种原位改性植物长纤维的制备方法，它包括如下步骤：

将木质纤维原料粉碎、水洗后，和改性剂溶液同时输送到双螺旋挤压搓丝机中，收集物料进行保温反应；保温反应结束后，所得产物经二次水洗后，即得原位改性植物长纤维。

其中，所述的木质纤维原料为农业秸秆和/或农林加工废弃物；其中，所述的农业秸秆包括小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、薯类秸秆、油菜秸秆、棉花秆、葡萄藤、麻类植物和高粱秸秆，所述的农林加工废弃物包括甘蔗渣、废竹片(渣)、废木片(渣)和椰子壳。

其中，所述的粉碎是指将木质纤维原料粉碎至长度为5～30cm。

其中，所述的水洗是指用热水洗去灰尘和蜡质。

其中，所述的改性剂为马来酸酐、丙烯酸、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、、钛螯合物偶联剂、铝酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂和异氰酸酯中的任意一种或几种的组合；所述的改性剂溶液的溶剂为水、甲醇、乙醇中的任意一种或几种的组合，所述的改性剂溶液的溶剂浓度为5％-80％，所述的改性剂溶液的用量为植物纤维质量的0.5％～5％。

其中，所述的保温干燥反应的温度为85到130℃，保温干燥时间为1～24小时(根据改性剂溶液浓度改变)。