[发明专利]一种碳酸钙改性植物纤维复合材料的制备方法

说明书

本发明属于改性塑料技术领域，具体为一种碳酸钙改性植物纤维复合材料的制备方法。本发明将破碎筛分处理过植物纤维在H₂O₂(质量分数为30%)和CH₃COOH配制的混合溶液中浸泡一段时间后，离析出单根纤维，然后浸泡在氢氧化钙溶液中进行超声预处理一段时间，再移入高压反应釜中通二氧化碳气体进行搅拌反应至体系pH为6~7，得到碳酸钙改性植物纤维，即改性填料。最后将得到的改性填料与聚丙烯进行共混，在一定挤出温度、注塑温度下挤塑成型，得到碳酸钙/植物纤维/聚丙烯复合材料。本发明得到的复合材料具有良好的力学性能，制作成本较低，成分绿色环保，具有良好的市场应用研究前景。

技术领域

本发明属于改性塑料技术领域，特别涉及一种碳酸钙改性植物纤维复合材料的制备方法。

背景技术

随着工业化进程的加快，研究开发性能多样的复合材料成为材料领域学者的聚焦点。几十年来，国内外研究学者通过实验测试，探索研究了纤维增强复合材料的结构与性能等问题。相比较于传统纤维，天然纤维优势显著，植物纤维增强热塑性聚合物因具有环保、质轻、尺寸稳定性高、加工性能好、成本低等优点，而广泛应用于汽车工业、航空器、室内装饰材料及日常生活等诸多领域。

然而，纤维本身具有的多孔性，其在复合材料中的分散性以及界面相容性限制了植物纤维增强热塑性聚合物的发展和使用。纤维的极性较强，纤维和聚合物共混时两物相容性较差，结合力变弱，从而复合材料的机械性能较差。纳米CaCO₃是一种新型超细固体材料，具有填充、沿裂隙或孔隙生长的特点，而采用制浆工艺获取的植物纤维在去除木质素和半纤维素时，细胞壁表面会产生很多微孔，纳米CaCO₃可弥补植物纤维表面微孔结构，起到刚性粒子填充作用，可起到铆钉点作用，增强了纤维与聚丙烯的界面相容性，减少“空穴”效应。

中国专利CN111516073A提供了一种竹纤维模塑复合材料的制备方法，通过将竹片碾压至松散状后，浸入至纳米碳酸钙溶液中，加螯合剂，闪爆处理，得到改性竹纤维粗品。中国专利CN109181335A提供了一种晶须增强植物纤维复合材料，将碳酸钙晶须作填充物与植物纤维粉混合填充树脂，能够阻止裂纹扩展，通过界面可塑性形变起到加速冲击能量耗散的作用，以此达到增强的目的。中国专利CN106182298A提供了一种纳米碳酸钙原位改性竹材的制备方法。利用超声和真空负压辅助浸注含碳酸钙前驱体的水溶液，使钙离子和碳酸二甲酯深度渗透到竹材内部，进而通过调节溶液的pH值原位生成碳酸钙。中国专利CN106273988A提供了一种碳酸钙原位改性竹纤维复合材料的制备方法。采用复分解反应的离子溶液原位合成方法，添加改性剂和分散剂等，成功在竹纤维表面形成 CaCO₃ 纳米及亚微米级颗粒，填充后极大地提高了聚丙烯薄膜的综合力学性能，且具有稳定且优异的热学和流变性能。以上碳酸钙改性植物纤维应用于填充树脂材料，主要将CaCO₃颗粒和纤维浆料共混搅拌，通过机械黏附作用，使其进入并附着在细胞壁孔隙及细胞腔内。发展原位沉淀CaCO₃加填植物纤维工艺则是伴随着化工领域的CaCO₃合成工艺发展而来，植物纤维悬浮液成为CaCO₃晶体的合成场所。但多采用复分解方法，碳酸钙颗粒较大，且附着量少。闪爆技术，分散剂、偶联剂等的投加使生产成本增加，且给塑料制品带来环保、健康危害。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种基于碳化反应的碳酸钙原位改性植物纤维新材料的制备方法；本发明方法不仅实现了天然资源的废物利用，并且能极大提升植物纤维的填充性能。本发明的技术方案具体介绍如下。

一种碳酸钙原位改性植物纤维材料的制备方法，具体步骤如下：

（1）将植物纤维于烘箱内烘干，经高速破碎机粉碎，筛分成不同粒径的产品。所得产品在H₂O₂( 质量分数为30% ) 和CH₃COOH配制的混合溶液中浸泡后，离析出单根纤维，再用去离子水漂洗至无酸味，烘干保存；