CN108751921A - 植物纤维、制备方法及在增强塑料、增强胶凝材料的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种植物纤维、制备方法及在增强塑料、增强胶凝材料的应用。所述植物纤维的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)将100‑300g剑麻纤维加入氢氧化钠水溶液中处理；(2)用水冲洗，干燥，得到中性剑麻纤维；(3)将20‑60g改性剂、1‑5gγ‑氨丙基三乙氧基硅烷、3‑9gγ‑(2，3‑环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、2‑8g甘油、7‑15g十二烷基苯磺酸钠加入300‑800g水中，得到混合液；(4)向混合液中加入中性剑麻纤维，保温，过滤，干燥。本发明的植物纤维，经过改性后，质地坚韧，耐磨、耐盐碱、耐腐蚀，并具有较高的强度和刚度，绝缘、隔热，且比重较小，比强度、比刚度均较高的特点，在增强塑料、增强胶凝材料中具有广泛的应用前景。

Description

植物纤维、制备方法及在增强塑料、增强胶凝材料的应用
技术领域
本发明涉及一种植物纤维、制备方法及在增强塑料、增强胶凝材料的应用。
背景技术
近年来，由于人类环境意识的加强以及石油和能源问题的日益突出，以天然植物纤维代替合成纤维作为复合材料的增强材料逐渐受到人们的关注。与传统的合成纤维相比，天然植物纤维具有价廉、资源丰富、可回收、可降解、可再生等优点，并具有一般纤维的强度和刚度，绝缘、隔热，且比重较小，比强度、比刚度均较高的特点。因此，以天然植物纤维为增强基的复合材料同样具有优良的性能。随着原料生产的可持续发展，天然植物纤维在增强复合材料领域中将扮演着越来越重要的角色。
剑麻(英文名：sisal hemp，拉丁学名：Agave sisalanaPerr.ex Engelm.)又名菠萝麻，龙舌兰科龙舌兰属，是一种多年生热带硬质叶纤维作物，其原产墨西哥，现主要在非洲、拉丁美洲、亚洲等地种植，是当今世界用量最大，范围最广的一种硬质纤维。剑麻纤维质地坚韧，耐磨、耐盐碱、耐腐蚀，广泛运用在运输、渔业、石油、冶金等各种行业，具有重要的经济价值。
建筑材料中，经过一系列物理作用、化学作用，能从浆体变成坚固的石状体，并能将其他固体物料胶结成整体而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。根据化学组成的不同，胶凝材料可分为无机与有机两大类。石灰、石膏、水泥等工地上俗称为“灰”的建筑材料属于无机凝胶材料；而沥青、天然或合成树脂等属于有机胶凝材料。无机胶凝材料按其硬化条件的不同又可分为气硬性和水硬性两类。水硬性胶凝材料和水成浆后，既能在空气中硬化，又能在水中硬化、保持和继续发展其强度的称水硬性胶凝材料。这类材料通称为水泥，如硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等。气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，也只能在空气中保持和发展其强度的称气硬性胶凝材料，如石灰、石膏和水玻璃等；气硬性胶凝材料一般只适用于干燥环境中，而不宜用于潮湿环境，更不可用于水中。在本领域中，植物纤维很少被应用来进行增加产品强度。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种植物纤维、制备方法及在增强塑料、增强胶凝材料的应用。
具体的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种植物纤维的制备方法，包括下述步骤：
(1)将100-300g剑麻纤维加入氢氧化钠水溶液中处理，得到碱处理的剑麻纤维；
(2)将碱处理的剑麻纤维用水冲洗，干燥，得到中性剑麻纤维；
(3)将20-60g改性剂、1-5gγ-氨丙基三乙氧基硅烷、3-9gγ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、2-8g甘油、7-15g十二烷基苯磺酸钠加入300-800g水中，得到混合液；
(4)向混合液中加入中性剑麻纤维，保温，过滤，干燥，得到所述植物纤维。
优选的，一种植物纤维的制备方法，包括下述步骤：
(1)将100-300g剑麻纤维加入200-600g质量分数为3-10％的氢氧化钠水溶液中，在25-35℃保温2-6小时，过500-800目筛，得到碱处理的剑麻纤维；
(2)将碱处理的剑麻纤维用水冲洗至洗脱液成中性后，在40-60℃干燥5-10小时，得到中性剑麻纤维；
(3)将20-60g改性剂、1-5gγ-氨丙基三乙氧基硅烷、3-9gγ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、2-8g甘油、7-15g十二烷基苯磺酸钠加入300-800g水中，在频率为20-60KHz、功率为300-500W条件超声20-60分钟，得到混合液；
(4)向混合液中加入中性剑麻纤维，在35-50℃保温3-12小时，过500-800目筛，将滤饼在35-50℃干燥3-8小时，得到所述植物纤维。
优选的，所述改性剂为乳胶粉和/或聚乙烯醇。进一步优选的，所述改性剂为乳胶粉和聚乙烯醇的混合物，所述乳胶粉和聚乙烯醇的质量比为(1-3)：(1-3)。
本发明还提供了一种植物纤维，采用上述方法制备而成。
进一步，本发明还提供了一种植物纤维在制备增强胶凝材料的应用。
优选的，上述增强胶凝材料，包括下述重量份的原料制备而成：10-30份粉煤灰、20-60份氧化镁、10-30份氯化镁、3-12份硅灰石纤维或改性硅灰石纤维、4-16份凹凸棒土或改性凹凸棒土、5-15份所述植物纤维、25-75份水。
进一步，本发明还提供了一种植物纤维在制备增强塑料的应用。
本发明的植物纤维，经过改性后，质地坚韧，耐磨、耐盐碱、耐腐蚀，并具有较高的强度和刚度，绝缘、隔热，且比重较小，比强度、比刚度均较高的特点，在增强塑料、增强胶凝材料中具有广泛的应用前景。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以任意组合，即得本发明各较佳实施例。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
下述实施例中，所用主要原料及仪器如下：
粉煤灰，符合GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中的F类、Ⅱ级标准。
氧化镁，CAS号：1309-48-4。
氯化镁，CAS号：7786-30-3。
γ-氨丙基三乙氧基硅烷，CAS号：919-30-2
γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷，CAS号：2530-83-8。
硅灰石纤维，可以通过购买或制备得到。本发明中使用的硅灰石纤维按照申请号为200410067214.7实施例1制备得到。
二甲基硅油，美国道康宁，型号PMX-200。
正硅酸乙酯，CAS号：78-10-4。
凹凸棒土，主要成份及其含量：SiO2：49.76％，TiO2：0.72％，Al2O3：15.54％，Fe2O3：6.76％，MgO：5.89％，CaO：2.01％，K2O：3.75％，P2O5：14.64％。粒径120目。购买自江苏汇鑫凹土有限公司。
碳酸钠，CAS号：497-19-8。
剑麻纤维，束纤维断裂强力：880N，含杂率：2.5％，回潮率：13％，长度2mm，直径100-120μm。广西龙州强力麻业有限公司提供。
乳胶粉，使用陕西三维集团股份有限公司生产的型号SWF04的可再分散乳胶粉。
聚乙烯醇，型号：2488，厂家：任丘市鹏宇化工有限公司。
下述实施例中，所用测试方法及主要仪器如下：
抗压强度和抗水性测试：将利用粉煤灰制作的胶凝材料浇筑到40mm×40mm×160mm的试模中，成型后24小时后拆模，自然养护28天，取一半试件按照GBT 17671-1999，测试抗压强度，取另一半试件放入20℃水中养护，养护期间水的液面高出试件上表面5mm，每10天换一次水，水中养护28天后测试泡水后的试件的抗压强度，计算软化系数。软化系数＝泡水后试件的抗压强度/未泡水试件的抗压强度。软化系数越大，说明抗水性越好。
下面通过实施例的方式进一步说明本发明。
实施例1
一种利用粉煤灰制作的胶凝材料，包括下述重量份的原料制备而成：15份粉煤灰、40份氧化镁、18份氯化镁、40份水。
利用粉煤灰制作的胶凝材料的制备方法如下：按重量份称取上述原料，将氯化镁加入水中，充分搅拌至氯化镁完全溶解得到氯化镁溶液，将粉煤灰和氧化镁混合均匀后加入氯化镁溶液中，以200转/分钟的转速搅拌20分钟，得到利用粉煤灰制作的胶凝材料。
实施例2
一种利用粉煤灰制作的胶凝材料，包括下述重量份的原料制备而成：15份粉煤灰、40份氧化镁、18份氯化镁、6.5份硅灰石纤维、40份水。
利用粉煤灰制作的胶凝材料的制备方法如下：按重量份称取上述原料，将氯化镁加入水中，充分搅拌至氯化镁完全溶解得到氯化镁溶液，将粉煤灰、氧化镁、硅灰石纤维混合均匀后加入氯化镁溶液中，以200转/分钟的转速搅拌20分钟，得到利用粉煤灰制作的胶凝材料。
实施例3
一种利用粉煤灰制作的胶凝材料，包括下述重量份的原料制备而成：15份粉煤灰、40份氧化镁、18份氯化镁、6.5份改性硅灰石纤维、40份水。
改性硅灰石纤维的制备方法如下：将95g硅灰石纤维加入到200g质量分数为1％的氢氧化钾水溶液中，在30℃、转速为200转/分钟条件搅拌40分钟，过2000目筛，将滤饼加入到600g质量分数为65％的乙醇水溶液中，加入8g二甲基硅油、5g正硅酸乙酯、7.5g浓度为2mol/L的盐酸，在30℃、转速为200转/分钟搅拌3小时，过2000目筛，将滤饼在50℃干燥12小时，得到改性硅灰石纤维。
利用粉煤灰制作的胶凝材料的制备方法如下：按重量份称取上述原料，将氯化镁加入水中，充分搅拌至氯化镁完全溶解得到氯化镁溶液，将粉煤灰、氧化镁、改性硅灰石纤维混合均匀后加入氯化镁溶液中，以200转/分钟的转速搅拌20分钟，得到利用粉煤灰制作的胶凝材料。
实施例4
一种利用粉煤灰制作的胶凝材料，包括下述重量份的原料制备而成：15份粉煤灰、40份氧化镁、18份氯化镁、6.5份改性硅灰石纤维、5份凹凸棒土、40份水。
改性硅灰石纤维的制备方法同实施例3。
利用粉煤灰制作的胶凝材料的制备方法如下：按重量份称取上述原料，将氯化镁加入水中，充分搅拌至氯化镁完全溶解得到氯化镁溶液，将粉煤灰、氧化镁、改性硅灰石纤维、凹凸棒土混合均匀后加入氯化镁溶液中，以200转/分钟的转速搅拌20分钟，得到利用粉煤灰制作的胶凝材料。
实施例5
一种利用粉煤灰制作的胶凝材料，包括下述重量份的原料制备而成：15份粉煤灰、40份氧化镁、18份氯化镁、6.5份改性硅灰石纤维、5份改性凹凸棒土、40份水。
改性硅灰石纤维的制备方法同实施例3。改性凹凸棒土的制备方法如下：将80g凹凸棒土加入到250g、pH值为2.5的硝酸水溶液中，升温至70℃，并在70℃保温30分钟，过500目筛，将滤饼在65℃干燥12小时，将干燥后的滤饼与3g碳酸钠混合后置于马弗炉中，在650℃煅烧25分钟，在1150℃煅烧5分钟，自然冷却，粉碎，过100目筛，得到改性凹凸棒土。
利用粉煤灰制作的胶凝材料的制备方法如下：按重量份称取上述原料，将氯化镁加入水中，充分搅拌至氯化镁完全溶解得到氯化镁溶液，将粉煤灰、氧化镁、改性硅灰石纤维、改性凹凸棒土混合均匀后加入氯化镁溶液中，以200转/分钟的转速搅拌20分钟，得到利用粉煤灰制作的胶凝材料。
实施例6
与实施例5基本相同，区别仅在于，本实施例6中，改性凹凸棒土的制备方法如下：将80g凹凸棒土加入到250g、pH值为2.5的硝酸水溶液中，升温至70℃，并在70℃保温30分钟，过500目筛，将滤饼在65℃干燥12小时，将干燥后的滤饼与3g碳酸钠混合后置于马弗炉中，在650℃煅烧30分钟，自然冷却，粉碎，过100目筛，得到改性凹凸棒土。
实施例7
与实施例5基本相同，区别仅在于，本实施例7中，改性凹凸棒土的制备方法如下：将80g凹凸棒土加入到250g、pH值为2.5的硝酸水溶液中，升温至70℃，并在70℃保温30分钟，过500目筛，将滤饼在65℃干燥12小时，将干燥后的滤饼与3g碳酸钠混合后置于马弗炉中，在1150℃煅烧30分钟，自然冷却，粉碎，过100目筛，得到改性凹凸棒土。
实施例8
一种利用粉煤灰制作的胶凝材料，包括下述重量份的原料制备而成：15份粉煤灰、40份氧化镁、18份氯化镁、6.5份改性硅灰石纤维、5份改性凹凸棒土、6.5份剑麻纤维、40份水。
改性硅灰石纤维的制备方法同实施例3。改性凹凸棒土的制备方法同实施例5。
利用粉煤灰制作的胶凝材料的制备方法如下：按重量份称取上述原料，将氯化镁加入水中，充分搅拌至氯化镁完全溶解得到氯化镁溶液，将粉煤灰、氧化镁、改性硅灰石纤维、改性凹凸棒土、剑麻纤维混合均匀后加入氯化镁溶液中，以200转/分钟的转速搅拌20分钟，得到利用粉煤灰制作的胶凝材料。
实施例9
一种利用粉煤灰制作的胶凝材料，包括下述重量份的原料制备而成：15份粉煤灰、40份氧化镁、18份氯化镁、6.5份改性硅灰石纤维、5份改性凹凸棒土、6.5份改性剑麻纤维、40份水。
改性硅灰石纤维的制备方法同实施例3。
改性凹凸棒土的制备方法同实施例5。
改性剑麻纤维的制备方法如下：将150g剑麻纤维加入300g质量分数为5％的氢氧化钠水溶液中，在30℃保温3小时，过500目筛，得到碱处理的剑麻纤维，将碱处理的剑麻纤维用水冲洗至洗脱液成中性后，在50℃干燥6小时备用；将40g改性剂、2.5gγ-氨丙基三乙氧基硅烷、5gγ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、3g甘油、12g十二烷基苯磺酸钠加入500g水中，在频率为20KHz、功率为300W条件超声30分钟，得到混合液，向混合液中加入干燥后的全部剑麻纤维，在40℃保温6小时，过500目筛，将滤饼在40℃干燥5小时，得到改性剑麻纤维；所述改性剂为乳胶粉和聚乙烯醇的混合物，乳胶粉和聚乙烯醇的质量比为1:1。
利用粉煤灰制作的胶凝材料的制备方法如下：按重量份称取上述原料，将氯化镁加入水中，充分搅拌至氯化镁完全溶解得到氯化镁溶液，将粉煤灰、氧化镁、改性硅灰石纤维、改性凹凸棒土、改性剑麻纤维混合均匀后加入氯化镁溶液中，以200转/分钟的转速搅拌20分钟，得到利用粉煤灰制作的胶凝材料。
实施例10
与实施例9基本相同，区别仅在于：本实施例10中，改性剑麻纤维的制备方法如下：将150g剑麻纤维加入300g质量分数为5％的氢氧化钠水溶液中，在30℃保温3小时，过500目筛，得到碱处理的剑麻纤维，将碱处理的剑麻纤维用水冲洗至洗脱液成中性后，在50℃干燥6小时备用；将40g改性剂、2.5gγ-氨丙基三乙氧基硅烷、5gγ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、3g甘油、12g十二烷基苯磺酸钠加入500g水中，在频率为20KHz、功率为300W条件超声30分钟，得到混合液，向混合液中加入干燥后的全部剑麻纤维，在40℃保温6小时，过500目筛，将滤饼在40℃干燥5小时，得到改性剑麻纤维，改性剂为乳胶粉。
实施例11
与实施例9基本相同，区别仅在于：本实施例11中，改性剑麻纤维的制备方法如下：将150g剑麻纤维加入300g质量分数为5％的氢氧化钠水溶液中，在30℃保温3小时，过500目筛，得到碱处理的剑麻纤维，将碱处理的剑麻纤维用水冲洗至洗脱液成中性后，在50℃干燥6小时备用；将40g改性剂、2.5gγ-氨丙基三乙氧基硅烷、5gγ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、3g甘油、12g十二烷基苯磺酸钠加入500g水中，在频率为20KHz、功率为300W条件超声30分钟，得到混合液，向混合液中加入干燥后的全部剑麻纤维，在40℃保温6小时，过500目筛，将滤饼在40℃干燥5小时，得到改性剑麻纤维，改性剂为聚乙烯醇。
测试例1
将本发明的利用粉煤灰制作的胶凝材料进行抗压强度、抗水性能测试，测试结果见表1。
表1：测试结果表
本发明制备的利用粉煤灰制作的胶凝材料，抗压强度和抗水性能明显提高，固化后强度可达32.5水泥标准，可替代水泥广泛用于建筑物的砌砖、制预制板、制砖、粘贴墙、地砖等，还可用于建筑物的防水。
实施例12
植物纤维(改性剑麻纤维)的制备方法如下：
将150g剑麻纤维加入300g质量分数为5％的氢氧化钠水溶液中，在30℃保温3小时，过500目筛，得到碱处理的剑麻纤维；
将碱处理的剑麻纤维用水冲洗至洗脱液成中性后，在50℃干燥6小时，得到中性剑麻纤维；
将40g改性剂、2.5gγ-氨丙基三乙氧基硅烷、5gγ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、3g甘油、12g十二烷基苯磺酸钠加入500g水中，在频率为20KHz、功率为300W条件超声30分钟，得到混合液；
向混合液中加入中性剑麻纤维，在40℃保温6小时，过500目筛，将滤饼在40℃干燥5小时，得到所述植物纤维。
所述改性剂为乳胶粉和聚乙烯醇的混合物，乳胶粉和聚乙烯醇的质量比为1:1。(实质同实施例9中的改性剑麻纤维的制备方法)
实施例13
植物纤维(改性剑麻纤维)的制备方法如下：
将150g剑麻纤维加入300g质量分数为5％的氢氧化钠水溶液中，在30℃保温3小时，过500目筛，得到碱处理的剑麻纤维；
将碱处理的剑麻纤维用水冲洗至洗脱液成中性后，在50℃干燥6小时，得到中性剑麻纤维；
将40g改性剂、2.5gγ-氨丙基三乙氧基硅烷、5gγ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、3g甘油、12g十二烷基苯磺酸钠加入500g水中，在频率为20KHz、功率为300W条件超声30分钟，得到混合液；
向混合液中加入中性剑麻纤维，在40℃保温6小时，过500目筛，将滤饼在40℃干燥5小时，得到所述植物纤维。
所述改性剂为乳胶粉。(实质同实施例10中的改性剑麻纤维的制备方法)
实施例14
植物纤维(改性剑麻纤维)的制备方法如下：
将150g剑麻纤维加入300g质量分数为5％的氢氧化钠水溶液中，在30℃保温3小时，过500目筛，得到碱处理的剑麻纤维；
将碱处理的剑麻纤维用水冲洗至洗脱液成中性后，在50℃干燥6小时，得到中性剑麻纤维；
将40g改性剂、2.5gγ-氨丙基三乙氧基硅烷、5gγ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、3g甘油、12g十二烷基苯磺酸钠加入500g水中，在频率为20KHz、功率为300W条件超声30分钟，得到混合液；
向混合液中加入中性剑麻纤维，在40℃保温6小时，过500目筛，将滤饼在40℃干燥5小时，得到所述植物纤维。
所述改性剂为聚乙烯醇。(实质同实施例11中的改性剑麻纤维的制备方法)
测试例2
按照GB/T14463-2008，对实施例12-14的植物纤维进行强度测试，具体数据见表2。
表2：植物纤维强度测试表
束纤维断裂强力，N 干态强度，CN/dtex
实施例12 1070 7.6
实施例13 960 6.4
实施例14 940 6.2
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种植物纤维的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)将100-300g剑麻纤维加入氢氧化钠水溶液中处理，得到碱处理的剑麻纤维；
(2)将碱处理的剑麻纤维用水冲洗，干燥，得到中性剑麻纤维；
(3)将20-60g改性剂、1-5gγ-氨丙基三乙氧基硅烷、3-9gγ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、2-8g甘油、7-15g十二烷基苯磺酸钠加入300-800g水中，得到混合液；
(4)向混合液中加入中性剑麻纤维，保温，过滤，干燥，得到所述植物纤维。
2.如权利要求1所述的植物纤维的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)将100-300g剑麻纤维加入200-600g质量分数为3-10％的氢氧化钠水溶液中，在25-35℃保温2-6小时，过500-800目筛，得到碱处理的剑麻纤维；
(2)将碱处理的剑麻纤维用水冲洗至洗脱液成中性后，在40-60℃干燥5-10小时，得到中性剑麻纤维；
(3)将20-60g改性剂、1-5gγ-氨丙基三乙氧基硅烷、3-9gγ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、2-8g甘油、7-15g十二烷基苯磺酸钠加入300-800g水中，在频率为20-60KHz、功率为300-500W条件超声20-60分钟，得到混合液；
(4)向混合液中加入中性剑麻纤维，在35-50℃保温3-12小时，过500-800目筛，将滤饼在35-50℃干燥3-8小时，得到所述植物纤维。
3.如权利要求1或2所述的植物纤维的制备方法，其特征在于，所述改性剂为乳胶粉和/或聚乙烯醇。
4.如权利要求3所述的植物纤维的制备方法，其特征在于，所述改性剂为乳胶粉和聚乙烯醇的混合物，所述乳胶粉和聚乙烯醇的质量比为(1-3)：(1-3)。
5.一种植物纤维，采用权利要求1-4中任一项所述方法制备而成。
6.如权利要求1-4中任一项所述的植物纤维在制备增强胶凝材料的应用。
7.如权利要求1-4中任一项所述的植物纤维在制备增强塑料的应用。
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