[发明专利]一种木质纤维材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种纤维材料的制备方法及其应用，具体的包括纤维的制备、纤维的脱水和纤维的改性步骤。本发明通过对植物纤维原料经过汽蒸、双螺杆挤机、化学处理、盘磨机、乙醇逐级脱水及硅烷化处理制备纤维；盘磨处理提高了木纤维分丝帚化的效果，增加了纤维和聚合物之间的机械互锁能力，化学处理脱除了果胶、树脂及少量的纤维素、半纤维素、木质素等，同时暴露了更多的羟基；通过硅烷改性使纤维表面结合大量的硅烷，显著降低了纤维的极性和亲水性，制备的FWPC，纤维分散性高，力学性能显著提高。

技术领域

本发明属于发泡木塑复合材料制备技术领域，特别涉及一种木质纤维材料的制备方法及其应用。

背景技术

木塑复合材料(Wood Plastic Composites，WPC)、发泡木塑复合材料(FoamedWood Plastic Composite，FWPC)是以天然植物纤维填料(包括木粉、竹粉、秸秆、稻壳及废弃植物纤维等)和塑料(包括聚乙烯(PE)、聚烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)及废旧热塑性塑料等)为主要原料，采用植物纤维改性、塑料改性及改善界面相容性等技术手段，将天然植物纤维、废旧塑料与助剂再加工成型的一种绿色环保、环境友好的复合材料。因木粉、麦秆等属于农林剩余物，发泡木塑复合材料的制作成本相比于实木和塑料来说价格低廉，性能稳定，既具有木材的环保性，又具有塑料的硬度，是一种性能优异，应用前景十分广泛的复合材料。

目前比较广泛的研究是使用木粉、竹粉、秸秆类、麻等原料通过粉碎机制备20-80目的纤维，经过氢氧化钠碱性溶液的低温浸泡，硅烷改性反应，制备木质纤维作为填料制备发泡木塑复合材料。但是处理过程复杂，制备的木塑发泡材料力学性能一般且不宜于工业化。

发明内容

发明目的：面对纤维制备过程对设备要求高、能耗大、化学预处理效果较差等问题，本发明提出了一种木质纤维材料的制备方法，并进一步提出了制备的木质纤维材料制备发泡木塑复合材料中的应用。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明提出了一种纤维材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)纤维的制备：将纤维原料洗涤后，制备得到加拿大游离度CSF在50-700ml范围内的木纤维；

(2)纤维的脱水：步骤(1)得到的木纤维经过乙醇-水体系脱水若干次，其中，乙醇-水体系中乙醇含量越来越高直至为无水乙醇；

(3)纤维的改性：使步骤(3)得到的纤维分散在100％乙醇溶液中，缓慢滴加5ml/min硅烷偶联剂，使纤维表面羟基硅烷化，硅烷偶联剂的使用量为相对于乙醇的用量；或将硅烷偶联剂水解在95％乙醇中，均匀喷撒在纤维表面，然后将纤维经过烘箱干燥，使水分保持在1％以下，得到纤维材料。

具体地，步骤(1)中，通过如下方法制备得到加拿大游离度CSF在50-700ml范围内的木纤维：

将植物纤维原料经高温高压蒸汽120-180℃，锅炉压力0.1-0.8Mpa，蒸汽预汽蒸30-60min，然后经双螺杆机械挤压设备处理后成细丝团状，加入2-15％氢氧化钠或者亚硫酸钠水溶液再次汽蒸20-40分钟，以上化学品用量为相对于绝干原料的量，浓度控制在30-35％之间，然后经过盘磨机(保持磨浆电流50A控制磨浆比压，盘磨间隙控制在0.2-0.5mm，纤维原料的摩擦、撕裂作用，软化木质素，制备成加拿大游离度CSF在700-50ml范围内的纤维。

其中，所述植物纤维原料为木片、竹片、秸秆、稻草的任意一种或几种的组合。

优选地，步骤(2)中，木纤维经过体积比分别为20/80、40/60、60/40、80/20、100/0的乙醇水体系逐级脱水。

其中，步骤(3)中，硅烷偶联剂为KH550、KH570中的任意一种。

优选地，硅烷偶联剂的使用量在1-5％的质量分数，硅烷偶联剂的使用量为相对于乙醇的用量。