CN103696242B - 用于玉米纤维表面上浆剂的改性方法及其制备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于玉米纤维表面上浆剂的改性方法，是二氧化硅经表面活性剂和偶联剂改性后得到改性剂，将所述改性剂均匀地分散于上浆剂中。其上浆剂的制备方法，包括以下步骤：1）表面活性剂的溶解；2）制备得到分散均匀的二氧化硅分散液；3）二氧化硅的偶联剂处理，得到改性剂；4）改性上浆剂的配制：将30%的成膜剂乳液加入到改性剂中，得到均匀的改性玉米纤维表面上浆剂。玉米纤维经过上浆剂处理后与一定量树脂混合，经注塑机一步注塑成型，得到玉米纤维复合材料。本发明上浆剂很好的改善了纳米二氧化硅在上浆剂中的分散性，提高了纳米二氧化硅与玉米纤维和聚乳酸之间的化学交联，使玉米纤维复合材料的力学性能显著提高。

Description

用于玉米纤维表面上浆剂的改性方法及其制备

技术领域

本发明涉及材料表面改性处理方法，尤其涉及一种改性玉米纤维上浆剂的制备方法。

背景技术

玉米纤维来源广泛，具有较高的拉伸强度，绿色环保，近几年由于石油危机更加受到青睐，但玉米纤维表面杂质较多，与树脂的结合性能差，因此其表面处理及快速有效的复合材料制备工艺成为研究热点。玉米纤维的表面处理方法有碱处理、热压蒸汽处理等，但至今还未见到上浆处理的报道。

上浆剂在国内迅速发展，且对上浆剂的改性也有一定的研究，如吕春祥等将环氧树脂高速搅匀，加入分散剂，然后加入纳米二氧化硅与环氧树脂高速搅拌混匀，最后得到改性的环氧树脂（CN200410064587.9），但这种方法未对二氧化硅进行表面偶联剂处理，偶联剂处理可以有效提高复合材料的强度。杨禹等人将环氧树脂AG-80溶于少量丙酮中，加入适量纳米SiO₂和硅烷偶联剂KH-570，然后磁力搅拌30min后真空脱去丙酮，但这种方式由于环氧树脂的存在，会影响SiO₂表面的偶联剂接枝率。为了提高SiO₂表面的接枝率，本发明专利采取了先进行二氧化硅分散，后表面接枝，最后加入成膜剂乳液的制备方法。

发明内容

针对上述现有技术，为了克服玉米纤维与基体结合性能差的缺点，本发明提供一种改性玉米纤维表面上浆剂的制备方法，对玉米纤维表面上浆剂进行了纳米改性。纳米二氧化硅在上浆剂中分散均匀，且有较大的比表面积，大大提高了界面的结合强度。

为了解决上述技术问题，本发明一种用于玉米纤维表面上浆剂的改性方法是，二氧化硅经表面活性剂和偶联剂改性后得到改性剂，将所述改性剂均匀地分散于上浆剂中。

进一步讲，所述改性剂由下述组分和重量百分比组成：表面活性剂1-15%，二氧化硅1-10%，偶联剂1-5%。

所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、脂肪酸甘油酯、十二烷基硫酸钠、聚山梨酯中的一种或者几种。

所述偶联剂为γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷偶联剂、3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂和γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷偶联剂中的一种或者几种。

所述二氧化硅的形态最好为球形粉状，其粒径为10-200nm。

本发明一种改性玉米纤维表面上浆剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、表面活性剂的溶解：将表面活性剂搅拌溶解，配制成浓度为1-15%的溶液；

步骤二、二氧化硅的分散处理：将二氧化硅加入步骤一的溶液中，超声分散处理30～50min，得到分散均匀的二氧化硅分散液；

步骤三、二氧化硅的偶联剂处理：偶联剂水解处理后，加入到步骤二的二氧化硅分散液中，搅拌分散20～25min，使二氧化硅表面接枝偶联剂，从而获得改性剂；

步骤四、改性上浆剂的配制：将30%的成膜剂乳液加入到步骤三获得的改性剂中，搅拌分散20～25min，得到均匀的改性玉米纤维表面上浆剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明提供的上浆剂为乳液状态，没有污染，可以提供洁净的工作环境，其处理过程简单，提高了处理效率。

（2）上浆剂很好的改善玉米纤维和基体树脂的相容性，用纳米二氧化硅改性后，进一步提高复合材料的力学性能。

附图说明

图1为本发明改性上浆剂的制备工艺流程图；

图2(a)是二氧化硅在上浆剂中均匀分散的TEM照片；

图2(b)是本发明实施例1获得的玉米纤维聚乳酸复合材料拉伸断面SEM照片。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

本发明一种用于玉米纤维表面上浆剂的改性方法是：二氧化硅经表面活性剂和偶联剂改性后得到改性剂，将所述改性剂均匀地分散于上浆剂中。其中表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、脂肪酸甘油酯、十二烷基硫酸钠、聚山梨酯中的一种或者几种（含量为1-15wt%）。所述二氧化硅的形态可以为粉状或者溶胶状，最好为球形粉状，粒径为10-200nm（含量为1-10wt%）。所述偶联剂选自于γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷偶联剂、3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷偶联剂中的一种或者几种（含量为1-5wt%）。

本发明一种改性玉米纤维上浆剂的制备方法，如图1所示，主要过程是：表面活性剂溶解——二氧化硅分散——硅烷偶联剂处理——纳米改性玉米纤维上浆剂——处理玉米纤维——与热塑性树脂机械混合后一步注塑成型法注塑成型，具体步骤如下：

步骤一、表面活性剂的溶解：将表面活性剂搅拌溶解，配制成浓度为1-15%的溶液；

步骤二、二氧化硅的分散处理：将二氧化硅加入步骤一的溶液中，超声分散处理30～50min，得到分散均匀的二氧化硅分散液；

步骤三、二氧化硅的偶联剂处理：偶联剂水解处理后，加入到步骤二的二氧化硅分散液中，搅拌分散20～25min，使二氧化硅表面接枝偶联剂，从而获得改性剂；

步骤四、改性上浆剂的配制：将30%的成膜剂乳液加入到步骤三获得的改性剂中，搅拌分散20～25min，得到均匀的改性玉米纤维表面上浆剂。

以下通过实施例讲述本发明的详细内容，提供实施例是为了理解的方便，绝不是限制本发明。

实施例1

本实施例1改性玉米纤维上浆剂及聚乳酸复合材料，所用的原料是成膜剂乳液、二氧化硅、十二烷基苯磺酸钠、γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷偶联剂和聚乳酸。采用一步注塑成型的方法，具体步骤如下：

步骤一、表面活性剂的溶解：称取5g十二烷基苯磺酸钠，加入到95g水中，搅拌溶解，得到5wt%的表面活性剂溶液。

步骤二、二氧化硅的分散处理：称取2g二氧化硅，超声分散30min得到分散均匀的二氧化硅分散液。

步骤三、二氧化硅的偶联剂处理：称取5gγ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷偶联剂进行水解处理，然后加入到二氧化硅的分散液中，搅拌均匀。

步骤四、改性上浆剂的配制：称取100g成膜剂乳液，加入到偶联剂改性的二氧化硅分散液中，搅拌分散均匀，得到纳米二氧化硅改性的上浆剂。

步骤五、处理玉米纤维和一步注塑成型，用上述上浆剂处理玉米纤维，然后与聚乳酸混合均匀，用螺杆注塑机直接进行注塑成型，得到力学性能测试样条，进行测试，处理后的玉米纤维聚乳酸复合材料的拉伸强度显著提高，统计学分析p=0.034<0.05。

图2(a)是二氧化硅在上浆剂中均匀分散的TEM照片；图2(b)是本发明实施例1获得的玉米纤维聚乳酸复合材料拉伸断面SEM照片。从图2（a）和图2（b）中可以看出，二氧化硅可以在上浆剂中分散均匀，处理后玉米纤维与基材结合紧密(p<0.05)。

实施例2

本实施例2改性玉米纤维上浆剂及聚乳酸复合材料，所用的原料是成膜剂乳液（30wt%）、二氧化硅、脂肪酸甘油酯、3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂和聚乳酸。采用一步注塑成型的方法，其中二氧化硅浓度为1wt%，脂肪酸甘油酯浓度为1wt%，3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂浓度为1wt%，剩余为水。本实施例2改性玉米纤维上浆剂及聚乳酸复合材料的制备步骤同实施例1。

实施例3

本实施例3改性玉米纤维上浆剂及聚乳酸复合材料，所用的原料是成膜剂乳液（30wt%）、二氧化硅、十二烷基硫酸钠、聚乳酸、3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂和γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷偶联剂。采用一步注塑成型的方法，其中二氧化硅浓度为10wt%，十二烷基硫酸钠浓度为15wt%，3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂浓度为2wt%，γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷偶联剂浓度为3wt%，剩余为水。本实施例3改性玉米纤维上浆剂及聚乳酸复合材料的制备步骤同实施例1。

实施例4

本实施例4改性玉米纤维上浆剂及聚乳酸复合材料，所用的原料是成膜剂乳液（30wt%）、二氧化硅、十二烷基硫酸钠、聚山梨酯、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷偶联剂和聚乳酸。采用一步注塑成型的方法，其中二氧化硅浓度为2wt%，十二烷基硫酸钠浓度为3wt%，聚山梨酯浓度为2wt%，γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷偶联剂浓度为4wt%，剩余为水。本实施例4改性玉米纤维上浆剂及聚乳酸复合材料的制备步骤同实施例1。

实施例5

本实施例5改性玉米纤维上浆剂及聚乳酸复合材料，所用的原料是成膜剂乳液（30wt%）、二氧化硅、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷偶联剂和聚乳酸。采用一步注塑成型的方法，其中二氧化硅浓度为6wt%，十二烷基苯磺酸钠浓度为4wt%、十二烷基硫酸钠浓度为6wt%，γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷偶联剂浓度为3wt%，剩余为水。本实施例5改性玉米纤维上浆剂及聚乳酸复合材料的制备步骤同实施例1。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种用于玉米纤维表面上浆剂的改性方法，其特征在于，二氧化硅经表面活性剂和偶联剂改性后得到改性剂，将所述改性剂均匀地分散于上浆剂中。

2.根据权利要求1所述用于玉米纤维表面上浆剂的改性方法，其中，所述改性剂由下述组分和重量百分比组成：

表面活性剂    1-15％，

二氧化硅      1-10％，

偶联剂        1-5％；

余量为水。

3.根据权利要求1或2所述用于玉米纤维表面上浆剂的改性方法，其中，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、脂肪酸甘油酯、十二烷基硫酸钠、聚山梨酯中的一种或者几种。

4.根据权利要求1或2所述用于玉米纤维表面上浆剂的改性方法，其中，所述偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷偶联剂、3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷偶联剂中的一种或者几种。

5.根据权利要求1或2所述用于玉米纤维表面上浆剂的改性方法，其中，所述二氧化硅的形态为球形粉状，其粒径为10-200nm。

6.一种改性玉米纤维表面上浆剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、表面活性剂的溶解：将表面活性剂搅拌溶解，配制成浓度为1-15％的溶液；

步骤二、二氧化硅的分散处理：将二氧化硅加入步骤一的溶液中，超声分散处理30～50min，得到分散均匀的二氧化硅分散液；

步骤三、二氧化硅的偶联剂处理：偶联剂水解处理后，加入到步骤二的二氧化硅分散液中，搅拌分散20～25min，使二氧化硅表面接枝偶联剂，从而获得改性剂；

步骤四、改性上浆剂的配制：将30％的成膜剂乳液加入到步骤三获得的改性剂中，搅拌分散20～25min，得到均匀的改性玉米纤维表面上浆剂。