CN102775558A - 一种植物粉体的改性材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于植物材料领域，具体涉及一种植物粉体的改性材料，其表面接枝有憎水性的有机高分子链段，所述的憎水性的有机高分子链段是指聚烯烃、聚丙烯酸酯、聚酯、聚醚或它们的共聚物。本发明还提供了所述植物粉体的改性材料的制备方法。本发明除了可在有机溶剂体系中对植物粉体进行改性外，还可在水性体系中进行改性，具有明显的环保特征。
Description
技术领域
本发明属于植物材料领域，具体涉及一种植物粉体的改性材料及其制备方法。
背景技术
本发明所涉及的植物原料来源丰富，每年地球上约形成1000亿吨植物有机物，约含3×1021焦耳的能量，是全世界人类每年消耗量的10倍。
就纤维素类生物质而言，我国农村可供利用的农作物秸秆达5亿～6亿吨，相当于2亿多吨标准煤。林产加工废料约为3000万吨，此外还有1000万吨左右的甘蔗渣可供利用。
对这些植物的综合利用，可减少环境问题。目前农村固体废物纤维素类物质，除少量用于造纸、建筑、纺织等行业外，大部分未被有效利用，其中有16％～38％是作为垃圾处理的，其余部分的利用也多处于低级水平，如造成环境污染的随意焚烧，采用热效率仅约为10％的直接燃烧方法等。从解决环境污染的角度考虑，以废弃的纤维类物质和其它植物物质作为原料，加工成粉体，并应用橡塑工业中，是一种行之有效的利用方法。就目前以植物粉体为原料，有大量应用于木塑材料和合成革填料，但因未对这些植物填料进行表面改性，以至于这些植物粉体只起到惰性填料的作用，且吸湿严重，产品易霉变。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题和不足，本发明旨在提供一种不易霉变的可作橡塑材料的填充剂的植物粉体的改性材料，同时还提供该植物粉体的改性材料的制备方法。
具体说来，发明人提供如下的技术方案：
一种植物粉体的改性材料，其表面接枝有憎水性的有机高分子链段。
这种改性后的植物粉体，已不是简单的惰性填料，因其表面接枝有有机高分子链段，因此与橡塑材料复合时会产生协同作用。与现有技术相比，本发明具有以下优点：在橡塑基体材料中的分散性好，可起明显的增强和增韧作用，且制品不易霉变。该植物粉体的改性材料可作橡塑材料的填充剂。
作为优选，本发明中所述的憎水性的有机高分子链段是指聚烯烃、聚丙烯酸酯、聚酯、聚醚或它们的共聚物。
作为优选，本发明中所述的植物粉体是以植物根、茎、叶或果壳等富含纤维素和木质素的材料所制成的粉状物，是细度在10目至800目间的细粉，或者是平均长度不超过3毫米的纤维。本发明的适用性广，所述的植物包括但不限于乔木类、灌木类、藤木类、匍匐类、竹和秸杆等植物，来源十分广泛。
作为优选，本发明中所述的植物粉体来自乔木类、灌木类、藤木类、匍匐类、竹和秸杆植物。
本发明还提供了上述的植物粉体的改性材料的制备方法，包括：先以呈粉状的植物根、茎、叶或果壳为原料，在溶剂中溶胀及分散，然后用改性剂在植物粉体的表面进行接枝改性，使植物粉体的表面接枝有憎水性的有机高分子链段，再经过洗涤和干燥后得到植物粉体的改性材料。
作为优选，本发明中所述的溶剂包括苯类溶剂、酰胺类溶剂、醇类溶剂、酮类溶剂、水以及它们的混合物。
更优选的是，所述的苯类溶剂选自苯、甲苯或二甲苯；酰胺类溶剂选自二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺、醇类溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇或二丙酮醇、酮类溶剂选自丙酮或丁酮。
作为优选，本发明中所述的植物粉体与溶剂的配比是1：1~50。植物粉体与溶剂的更优选配比是1：5~20。
作为优选，本发明中所述的改性剂为丙烯酸酯、烯烃分子（如乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯等α-烯烃以及某些环烯烃）、多元醇和多元酸。
作为优选，在本发明中所述的植物粉体与改性剂的配比是100：0.2~50。植物粉体与改性剂的更优选配比是100：1~20。
与现有技术相比，本发明还具有以下优点：
本发明除了可在有机溶剂体系中对植物粉体进行改性外，还可在水性体系中进行改性，具有明显的环保特征。
具体实施方式
下面结合实施例，更具体地说明本发明的内容。
在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
一种植物粉体的改性材料，其表面接枝有憎水性的有机高分子链段，所述的憎水性的有机高分子链段是指聚丙烯酸酯共聚物，按下述方法制备：
配制改性剂：称0.3克甲基丙烯酸、0.5克甲基丙烯酸丁酯、0.2克甲基丙烯酸缩水甘油酯，另称0.005克过氧化二苯甲酰胺，溶于20克二甲基甲酰胺中。
取10g细度325目的纯纤维素粉，加入到500mL的烧杯中，加入250mL的二甲基甲酰胺溶液，开启机械搅拌，置于75℃的水浴中。把上述配制好的改性剂以滴加的方式在一个小时内滴加入烧杯内，其间不停地搅拌；滴完后继续反应半小时，然后升温到90℃反应半小时。把反应物用滤布进行抽滤，并用300克二甲基甲酰胺洗涤二次，抽滤后得滤饼。把该滤饼在100℃下真空干燥2小时，即得成品。
实施例2
一种植物粉体的改性材料，其表面接枝有憎水性的有机高分子链段，所述的憎水性的有机高分子链段是指苯丙聚合物，按下述方法制备：
配制改性物：称0.3克甲基丙烯酸、0.2克甲基丙烯酸丁酯、0.5克苯乙烯，另称0.008克偶氮二异丁腈，溶于20克二丙酮醇中。
取10g细度325目的漂白竹粉，加入到500mL的烧杯中，加入250mL的二丙酮醇溶液，开启机械搅拌，置于75℃的水浴中。把上述配制好的改性剂以滴加的方式在一个小时内滴加入烧杯内，其间不停地搅拌；滴完后继续反应半小时，然后升温到90℃反应半小时。把反应物用滤布进行抽滤，并用300克二丙酮醇洗涤二次，抽滤后得滤饼。把该滤饼在80℃下真空干燥2小时，即得成品。
实施例3
一种植物粉体的改性材料，其表面接枝有憎水性的有机高分子链段，所述的憎水性的有机高分子链段是指带有聚醚结构的聚丙烯酸酯，按下述方法制备：
配制改性物：称0.2克丙烯酸、0.5克甲基丙烯酸丁酯、0.3克甲氧基聚乙二醇（350）丙烯酸酯，另称0.008克偶氮二异丁腈，溶于20克异丙醇中。
取10g细度200目的秸杆磨成的细粉，加入到500mL的烧杯中，加入250mL的异丙醇溶液，开启机械搅拌，置于75℃的水浴中。把上述配制好的改性剂以滴加的方式在一个小时内滴加入烧杯内，其间不停地搅拌；滴完后继续反应半小时，然后升温到90℃反应半小时。把反应物用滤布过滤并进行真空抽滤，并用300克异丙醇洗涤二次，抽滤后得滤饼。把该滤饼在100℃下真空干燥2小时，即得成品。
实施例4
一种植物粉体的改性材料，其表面接枝有憎水性的有机高分子链段，所述的憎水性的有机高分子链段是指带有环氧基团的聚丙烯酸酯，按下述方法制备：
配制改性物：称0.3克甲基丙烯酸、0.5克甲基丙烯酸丁酯、0.2克甲基丙烯酸缩水甘油酯，另称0.01克过硫酸铵和0.1克乳化剂OP-10，溶于20克水中。
取10g细度325目的杨木粉，加入到500mL的烧杯中，加入250mL的水溶液，开启机械搅拌，置于75℃的水浴中。把上述配制好的改性剂以滴加的方式在一个小时内滴加入烧杯内，其间不停地搅拌；滴完后继续反应半小时，然后升温到90℃反应半小时。把反应物用滤布过滤并进行真空抽滤，并用500克水洗涤二次，抽滤后得滤饼。把该滤饼在100℃下真空干燥2小时，即得成品。
实施例5
一种植物粉体的改性材料，其表面接枝有憎水性的有机高分子链段，所述的憎水性的有机高分子链段是指带有聚醚结构的聚丙烯酸酯，按下述方法制备：
配制改性物：称0.2克丙烯酸、0.5克甲基丙烯酸丁酯、0.5克甲氧基聚乙二醇（350）丙烯酸酯，另称0.015克过硫酸铵和0.1克乳化剂OP-10，溶于20克水中。
取10g细度200目的竹粉，加入到500mL的烧杯中，加入250mL的水溶液，开启机械搅拌，置于75℃的水浴中。把上述配制好的改性剂以滴加的方式在一个小时内滴加入烧杯内，其间不停地搅拌；滴完后继续反应半小时，然后升温到90℃反应半小时。把反应物用滤布过滤并进行真空抽滤，并用500克水洗涤二次，抽滤后得滤饼。把该滤饼在100℃下真空干燥2小时，即得成品。
下面通过对比实验来验证本发明具有的实际效果：
把实施例1得到的改性纤维素粉，以60%的最佳添加量加入到高密度聚乙烯（HDPE）塑料中，用双螺杆机进行加工挤出造粒，然后进行测试。双螺杆机的加工条件如下：一区温度165℃、二区温度170℃、三区温度175℃、四区温度180℃、五区温度185℃、六区温度170℃、七区温度160℃，喂料速度4rpm，螺杆转速40.5rpm。经改性的纯纤维素粉/HDPE复合材料的最终测试结果为：弯曲强度53.1MPa，拉伸强度32.4MPa，抗冲击强度10.5KJ/m2，沸水吸水率2.56%，48小时冷水吸水率1.25%。
而对于未经改性的纯纤维素粉，同样以60%的添加量加入到HDPE中，双螺杆机的加工条件不变。复合材料物理性能的最终测试结果为：弯曲强度47.6MPa，拉伸强度30.4MPa，抗冲击强度8.1KJ/m2，沸水吸水率3.09%，48小时冷水吸水率2.1%。可见，其各项指标要明显差于经过改性的纤维素/HDPE复合材料。
经改性的纯纤维素粉/HDPE复合材料的物理性能至所以比未经改性的纯纤维素粉/HDPE复合材料都有显著的改善，其主要原是因为经改性后的植物粉体的表面亲水性羟基被憎水的改性基团所取代，大大改善了植物粉体与橡塑基体的相互作用，提高了二者的相容性，故可促使改性后的植物粉体较易于均匀地分散在橡塑基质材料中，使植物粉体由未改性时的惰性填料经改性后变成起到一种增韧和增强作用的功能性填料；同时因经改性后的植物粉体的表面亲水性羟基被憎水的改性基团所取代，大大减少了植物粉体的吸水性，使植物粉体与橡塑复合材料的吸水率也明显下降，使之处于相对干燥的状态，因此使得复合材料变得不易霉变。
最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明的技术方案不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种植物粉体的改性材料，其特征在于所述的植物粉体的表面接枝有憎水性的有机高分子链段。
2.根据权利要求1所述的一种植物粉体的改性材料，其特征在于，所述的憎水性的有机高分子链段是指聚烯烃、聚丙烯酸酯、聚酯、聚醚或它们的共聚物。
3.根据权利要求1所述的一种植物粉体的改性材料，其特征在于，所述的植物粉体是以植物根、茎、叶或果壳所制成的粉状物，是细度在10目至800目间的细粉，或者是平均长度不超过3毫米的纤维。
4.根据权利要求1所述的一种植物粉体的改性材料，其特征在于，所述的植物粉体来自乔木类、灌木类、藤木类、匍匐类、竹和秸杆植物。
5.一种如权利要求1-4之一所述的植物粉体的改性材料的制备方法，其特征在于包括：先以呈粉状的植物根、茎、叶或果壳为原料，在溶剂中溶胀及分散，然后用改性剂在植物粉体的表面进行接枝改性，使植物粉体的表面接枝有憎水性的有机高分子链段，再经过洗涤和干燥后得到植物粉体的改性材料。
6.根据权利要求5所述的一种植物粉体的改性材料的制备方法，其特征在于，所述的溶剂包括苯类溶剂、酰胺类溶剂、醇类溶剂、酮类溶剂、水以及它们的混合物。
7.根据权利要求5所述的一种植物粉体的改性材料的制备方法，其特征在于，所述的植物粉体与溶剂的配比是1：1~50。
8.根据权利要求5所述的一种植物粉体的改性材料的制备方法，其特征在于，所述的改性剂为丙烯酸酯、烯烃分子、多元醇和多元酸。
9.根据权利要求5所述的一种植物粉体的改性材料的制备方法，其特征在于，所述的植物粉体与改性剂的配比是100：0.2~50。
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