CN105062107A

CN105062107A - 一种纤维复合材料及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN105062107A
Application number: CN201510594169.9A
Authority: CN
Inventors: 李敏雯; 杨仁党; 李夏君; 马忠华
Original assignee: Infinitus China Co Ltd
Current assignee: Infinitus China Co Ltd
Priority date: 2015-09-17
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2015-11-18

Abstract

本发明提供了一种纤维复合材料及其制备方法与应用，该纤维复合材料由木材纤维与烷基烯酮二聚物混合反应得到。与现有技术相比，烷基烯酮二聚物具有疏水长链烷基与反应活性基团，反应活性基团与木材纤维中的羟基发生反应，从而使烷基烯酮二聚物键合到木材纤维上，可封闭纤维中部分羟基，从而使纤维复合材料具有较低的极性与较低的回潮性能，同时该制备工艺简单，可操作性强。

Description

一种纤维复合材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于高分子复合材料技术领域，尤其涉及一种纤维复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

复合材料是两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。复合材料的组分材料虽然保持其相对独立性，但复合材料的性能却不是组分材料的简单相加，而是有着重要的改进。在复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。分散相以独立的形态分布在整个连续相中，两相之间存在着相界面，分散相可为增强材料纤维，也可为颗粒或弥散的填料。复合材料的出现和发展，是现代科学不断进步的结果，也是材料设计方面的一个突破。

近年来，木材纤维作为填料或增强材料的研究利用逐渐引起人们的兴趣，它与聚乙烯等热塑性聚合物的复合更是当前高分子复合材料领域中的研究热点。木材纤维与许多无机纤维材料及合成纤维材料相比有许多优点，如价廉、易得、密度低、较高的拉伸强度和模量、加工能耗小、可再生性和环境友好性等；另外，木材纤维具有多孔性，在一定工艺条件下，熔融的塑料基体可以渗入到植物纤维的细胞空腔中，达到增强处理的目的。

但是，木材纤维由纤维素、半纤维素、木质素、抽提物等组成，其含有大量的羟基和酚羟基等极性官能团，表现出较强的极性和亲水性。而聚乙烯等热塑性聚合物是典型的非极性树脂，具有疏水性。如何使亲水的极性木质表面与疏水的非极性树脂界面很好的融合在一起，成为木塑复合材料获得优良性能的关键。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种纤维复合材料及其制备方法与应用，该纤维复合材料的性能较好。

本发明提供了一种一种纤维复合材料，由烷基烯酮二聚物与木材纤维复合形成。

优选的，所述烷基烯酮二聚物如(I)所示：

其中，所述R₁与R₂各自独立地为C4～C30的烷基。

优选的，所述R₁与R₂各自独立地为C10～C20的烷基。

本发明还提供了一种纤维复合材料的制备方法，包括：

将木材纤维与烷基烯酮二聚物混合反应，得到纤维复合材料。

优选的，所述木材纤维先用碱性溶液处理，再与烷基烯酮二聚物混合反应。

优选的，所述碱性溶液为碱金属氢氧化物的水溶液。

优选的，所述碱性溶液中碱性物质的质量为木材纤维质量的5％～15％。

优选的，所述烷基烯酮二聚物与木材纤维的质量比为1：(0.5～2)。

优选的，所述混合反应的温度为70℃～90℃；所述混合反应的时间为0.5～2h。

本发明还提供了一种纤维复合材料在木塑领域中的应用。

附图说明

图1为本发明实施例1中原木粉的扫描电镜照片；

图2为本发明实施例1得到的纤维复合材料扫描电镜照片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种纤维复合材料，由烷基烯酮二聚物与木材纤维复合形成。

所述烷基烯酮二聚物为本领域技术人员熟知的烷基烯酮二聚物即可，并无特殊的限制，本发明中优选如式(I)所示：

其中，所述R₁与R₂各自独立地为C4～C30的烷基，优选为C6～C28的烷基，更优选为C8～C25的烷基，再优选为C10～C25的烷基，再优选为C10～C20的烷基；所述烷基烯酮二聚物最优选为-R₁与-R₂为-C₁₄H₂₉或-C₁₆H₃₃组成的混合物。

烷基烯酮二聚物是同时含有疏水基团和反应活性基团的化合物，其制作工艺简单，成本低廉，而且具有良好的成膜性和耐水性。烷基烯酮二聚物的反应活性基团内酯环，可与纤维中的羟基发生酯的醇解反应，生成新的酯，形成共价结合，从而使烷基烯酮二聚物键合到纤维上，在纤维表面形成一层稳定的薄膜，此时疏水基团转向纤维表面之外，引入疏水的长链基团，使木材纤维获得憎液性能，从而达到降低木材纤维表面的极性的目的。

本发明还提供了一种上述纤维复合材料的制备方法，包括：将木材纤维与烷基烯酮二聚物混合反应，得到纤维复合材料。

其中，本发明对所有原料的来源并没有特殊的限制，为市售即可；所述烷基烯酮二聚物同上所述，在此不再赘述。

按照本发明，优选先将木材纤维用碱性溶液处理；所述碱性溶液为本领域技术人员熟知的碱性溶液即可，并无特殊的限制，本发明中优选为碱金属氢氧化物的水溶液，更优选为氢氧化钠和/或氢氧化钾水溶液，再优选为氢氧化钠水溶液。用碱性溶液处理，可将木材纤维中的羟基更多的暴露出来，有利于其与烷基烯酮二聚物的反应。所述碱性溶液中碱性物质的质量优选为木材纤维质量的5％～15％，更优选为8％～15％，再优选为10％～15％；所述木材纤维与碱性溶液中水的质量比优选为1：(5～15)，更优选为1：(8～10)，更优选为1：(10～15)；所述处理的温度优选为30℃～60℃，更优选为30℃～50℃，再优选为30℃～40℃；所述处理的时间优选为0.5～2h，更优选为1～2h。

用碱性溶液处理后，优选用水洗涤、过滤与干燥，得到碱性处理后的木材纤维。水洗涤可除去木材纤维表面附着的碱性物质；所述水洗涤优选使木材纤维的混合溶液清洗至pH值为7.5～9，更优选为7.5～8.5，再优选为7.5～8；所述过滤采用本领域技术人员熟知的方法即可并无特殊的限制，本发明优选采用循环水式真空泵进行抽滤；所述干燥的温度优选为85℃～115℃，更优选为90℃～115℃，再优选为90℃～105℃；所述干燥的时间优选为6～10h，更优选为8～10h。

然后再将碱性处理后的木材纤维与烷基烯酮二聚物混合反应；所述木材纤维与烷基烯酮二聚物的质量比优选为1：(0.5～2)，更优选为1：(1～1.5)；该反应优选以水为溶剂进行，所述木材纤维与水的质量比优选为1：(5～15)，更优选为1：(8～15)，更优选为1：(10～15)；所述混合反应的温度优选为70℃～90℃，更优选为80℃～90℃；所述混合反应的时间优选为0.5～2h，更优选为1～2h。

混合反应之后，优选进行过滤与干燥得到纤维复合材料；所述过滤为本领域技术人员熟知的过滤方法即可，并无特殊的限制，本发明优选采用循环水式真空泵进行抽滤；所述干燥的温度优选为90℃～120℃，更优选为100℃～120℃，再优选为105℃～120℃；所述干燥的时间优选为10～14h，更优选为12～14h。

烷基烯酮二聚物具有疏水长链烷基与反应活性基团，反应活性基团与木材纤维中的羟基发生反应，从而使烷基烯酮二聚物键合到木材纤维上，可封闭纤维中部分羟基，从而使纤维复合材料具有较低的极性与较低的回潮性能，同时该制备工艺简单，可操作性强。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种纤维复合材料及其制备方法与应用进行详细描述。

以下实施例中所用的试剂均为市售。

实施例1

取10g绝干的-30～40目原木粉置于80℃的恒温水浴中，然后加入10g烷基烯酮二聚物(山东的济南汇聚科技有限公司)和100ml水后持续搅拌反应1h，再用循环水式真空泵进行抽滤，最后在105℃的烘箱内干燥12h得到纤维复合材料。

利用扫描电镜(SEM)对实施例1所得的纤维复合材料和原木粉进行分析，得到图1与图2，其中图1为原木粉的扫描电镜照片，如2为纤维复合材料扫描电镜照片。由图1与图2对比分析可知，原始木粉在未进行改性之前，其微观形态呈现出表面粗糙不平、多孔和长短大小不一的形貌，并有枝权分离、木质纤维交织纵横等现象。当原木粉用烷基烯酮二聚物改性后，疏水的烷基烯酮二聚物包覆层在木粉表面并有一种铺展的趋势。因此，纤维复合材料与原木粉相比多了一层疏水性薄膜。

实施例2

2.1将10g绝干的-30～40目的原木粉置于250ml的烧杯中，加入10％的分析纯NaOH和100ml水，然后置于40℃的恒温水浴中持续搅拌反应1.5h，用清水洗涤至pH值为7.5，再用循环水式真空泵进行抽滤，在115℃的烘箱内干燥6h得到碱处理后的木粉。

2.2将2.1中得到的碱处理后的木粉置于70℃的恒温水浴中，加入5g烷基烯酮二聚物(山东的济南汇聚科技有限公司)和50ml水后持续搅拌反应2h，最后用循环水式真空泵进行抽滤、在120℃的烘箱内干燥10h得到纤维复合材料。

实施例3

3.1将10g绝干的-30～40目的原木粉置于250ml的烧杯中，加入15％的分析纯NaOH和150ml水，然后置于60℃的恒温水浴中持续搅拌反应0.5h，用清水洗涤至pH值为8，再用循环水式真空泵进行抽滤、85℃的烘箱内干燥10h得到碱处理后的木粉。

3.2将3.1中得到的碱处理后的木粉置于90℃的恒温水浴中，加入10g烷基烯酮二聚物(山东的济南汇聚科技有限公司)和100ml水后持续搅拌反应1h，最后用循环水式真空泵进行抽滤、90℃的烘箱内干燥14h得到纤维复合材料。

实施例4

4.1将10g绝干的-30～40目的原木粉置于250ml的烧杯中，加入5％的分析纯NaOH和50ml水，然后置于30℃的恒温水浴中持续搅拌反应2h，用清水洗涤至pH值为8.5，再用循环水式真空泵进行抽滤、95℃的烘箱内干燥8h得到碱处理后的木粉。

4.2将4.1中得到的碱处理后的木粉置于80℃的恒温水浴中，加入15g烷基烯酮二聚物(山东的济南汇聚科技有限公司)和150ml水后持续搅拌反应1.5h，最后用循环水式真空泵进行抽滤、110℃的烘箱内干燥12h得到纤维复合材料。

实施例5

5.1将10g绝干的-30～40目的原木粉置于250ml的烧杯中，加入10％的分析纯NaOH和100ml水，然后置于40℃的恒温水浴中持续搅拌反应1h，用清水洗涤至pH值为9，再用循环水式真空泵进行抽滤、105℃的烘箱内干燥8h得到碱处理后的木粉。

5.2将5.1中得到的碱处理后的木粉置于90℃的恒温水浴中，加入20g烷基烯酮二聚物(山东的济南汇聚科技有限公司)和150ml水后持续搅拌反应0.5h，最后用循环水式真空泵进行抽滤、120℃的烘箱内干燥12小时得到纤维复合材料。

实施例6纤维复合材料回潮率的测定

根据《GB5883-1986苎麻回潮率、含水率试验方法》对实施例1～5制备得到的纤维改性材料以及未改性的原木粉进行回潮率的检测，测试结果见表1。

表1原木粉及纤维复合材料回潮率的检测结果

样品

原木粉

实施例1

实施例2

实施例3

实施例4

实施例5

m_木粉:m_{烷基烯酮二聚物}

1:0

1:1

1:0.5

1:1

1:1.5

1:2

回潮率％

16.84

13.77

13.01

12.25

11.16

11.09

由表1可以看出，用烷基烯酮二聚物处理过的木粉与未处理过的原木粉相比，回潮率明显下降；从实施例1和实施例3烷基烯酮二聚物改性木材纤维的回潮率可以看出，与直接用烷基烯酮二聚物处理得到的纤维复合材料相比，先用碱预处理，再烷基烯酮二聚物处理得到的纤维复合材料的回潮率更低；从实施例2～5纤维复合材料的回潮率可以看出，随着烷基烯酮二聚物用量的增加，纤维改性材料的回潮率逐渐下降，亲水性逐渐减弱，疏水性逐渐增强。

Claims

1.一种纤维复合材料，其特征在于，由烷基烯酮二聚物与木材纤维复合形成。

2.根据权利要求1所述的纤维复合材料，其特征在于，所述烷基烯酮二聚物如(I)所示：

其中，所述R₁与R₂各自独立地为C4～C30的烷基。

3.根据权利要求2所述的纤维复合材料，其特征在于，所述R₁与R₂各自独立地为C10～C20的烷基。

4.一种纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述木材纤维先用碱性溶液处理，再与烷基烯酮二聚物混合反应。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液为碱金属氢氧化物的水溶液。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液中碱性物质的质量为木材纤维质量的5％～15％。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述烷基烯酮二聚物与木材纤维的质量比为1：(0.5～2)。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混合反应的温度为70℃～90℃；所述混合反应的时间为0.5～2h。

10.权利要求1～3任意一项所述的纤维复合材料或权利要求4～9任意一项所制备的纤维复合材料在木塑领域中的应用。