CN110230205A - 植物纤维的改性方法以及改性得到的改性植物纤维、植物纤维增强复合材料及其制备方法 - Google Patents

植物纤维的改性方法以及改性得到的改性植物纤维、植物纤维增强复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110230205A
CN110230205A CN201910582331.3A CN201910582331A CN110230205A CN 110230205 A CN110230205 A CN 110230205A CN 201910582331 A CN201910582331 A CN 201910582331A CN 110230205 A CN110230205 A CN 110230205A
Authority
CN
China
Prior art keywords
plant fiber
solution
plant
fiber
composite material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910582331.3A
Other languages
English (en)
Inventor
伍宏明
何雍
郭建兵
周颖
高成涛
秦舒浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guizhou Material Industrial Technology Research Institute
Original Assignee
Guizhou Material Industrial Technology Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guizhou Material Industrial Technology Research Institute filed Critical Guizhou Material Industrial Technology Research Institute
Priority to CN201910582331.3A priority Critical patent/CN110230205A/zh
Publication of CN110230205A publication Critical patent/CN110230205A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/06—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material using pretreated fibrous materials
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M13/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M13/10—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with compounds containing oxygen
    • D06M13/184—Carboxylic acids; Anhydrides, halides or salts thereof
    • D06M13/188—Monocarboxylic acids; Anhydrides, halides or salts thereof
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M13/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M13/10—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with compounds containing oxygen
    • D06M13/184—Carboxylic acids; Anhydrides, halides or salts thereof
    • D06M13/203—Unsaturated carboxylic acids; Anhydrides, halides or salts thereof
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M13/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M13/10—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with compounds containing oxygen
    • D06M13/224—Esters of carboxylic acids; Esters of carbonic acid
    • D06M13/228—Cyclic esters, e.g. lactones
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M15/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M15/01—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with natural macromolecular compounds or derivatives thereof
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M15/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M15/19—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds
    • D06M15/21—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D06M15/227—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds of hydrocarbons, or reaction products thereof, e.g. afterhalogenated or sulfochlorinated
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M15/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M15/19—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds
    • D06M15/37—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D06M15/59—Polyamides; Polyimides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2323/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers
    • C08J2323/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers not modified by chemical after treatment
    • C08J2323/04—Homopolymers or copolymers of ethene
    • C08J2323/06—Polyethene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2401/00—Characterised by the use of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
    • C08J2401/02—Cellulose; Modified cellulose
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2497/00—Characterised by the use of lignin-containing materials
    • C08J2497/02—Lignocellulosic material, e.g. wood, straw or bagasse
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M2101/00—Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
    • D06M2101/02—Natural fibres, other than mineral fibres
    • D06M2101/04—Vegetal fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M2101/00—Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
    • D06M2101/02—Natural fibres, other than mineral fibres
    • D06M2101/04—Vegetal fibres
    • D06M2101/06—Vegetal fibres cellulosic

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)

Abstract

本发明涉及植物纤维处理领域，具体而言，提供了一种植物纤维的改性方法以及改性得到的改性植物纤维、植物纤维增强复合材料及其制备方法。所述植物纤维的改性方法包括以下步骤：采用有机溶剂和聚合物的混合溶液对植物纤维进行包覆，所述有机溶剂包括能够与熔融后的聚合物混合且能与羟基发生酯化反应的物质。该方法能够提高植物纤维的热稳定性和与聚合物的相容性，从而提高其与聚合物的结合强度，进而提高植物纤维增强复合材料的热稳定性和力学性能。

Description

植物纤维的改性方法以及改性得到的改性植物纤维、植物纤 维增强复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及植物纤维处理领域，具体而言，涉及一种植物纤维的改性方法以及改性得到的改性植物纤维、植物纤维增强复合材料及其制备方法。
背景技术
天然植物纤维具有可再生循环利用、成本低、密度小、绿色环保等诸多优点而被广泛应用于建筑模块、汽车组件、化学物资提取等领域。然而，植物纤维作为一种生物质材料，表面存在着大量的羟基而使得表面极性较高，与聚合物的相容性较差。植物纤维与聚合物材料制备成复合材料后，复合材料界面张力大，粘结强度较弱，导致其力学性能出现不同程度的下降。因此需要对植物纤维进行相应的改性处理，以提高其与聚合物基质材料的结合强度，进而提高其力学性能，以满足植物纤维在不同领域的应用要求。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种植物纤维的改性方法，该方法能够提高植物纤维的热稳定性和与聚合物的相容性，从而提高其与聚合物的结合强度，进而提高植物纤维增强复合材料的热稳定性和力学性能。
本发明的第二目的在于提供一种改性植物纤维。
本发明的第三目的在于提供一种植物纤维增强复合材料。
本发明的第四目的在于提供一种植物纤维增强复合材料的制备方法。
本发明的第五目的在于提供一种上述植物纤维增强复合材料在汽车内饰或汽车保险杠中的应用。
本发明的第六目的在于提供一种汽车内饰或汽车保险杠，包括上述植物纤维增强复合材料。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种植物纤维的改性方法，包括以下步骤：采用有机溶剂和聚合物的混合溶液对植物纤维进行包覆，所述有机溶剂包括能够与熔融后的聚合物混合且能与羟基发生酯化反应的物质。
作为进一步优选的技术方案，所述有机溶剂包括植物油和/或有机酸；
优选地，所述植物油包括大豆油、亚麻油或桐油中的至少一种；
优选地，所述有机酸包括芥酸、软脂酸或十二烷基溴化物中的至少一种；
优选地，所述聚合物包括聚烯烃，优选包括聚乙烯、聚丙烯或乙烯丙烯共聚物中的至少一种；
优选地，有机溶剂和聚合物的质量比为20:1-5:1，进一步优选为15:1-10:1。
作为进一步优选的技术方案，所述包覆包括：将植物纤维采用牵伸的方式通过所述混合溶液，得到包覆处理的植物纤维；
优选地，牵伸时混合溶液的温度为160-175℃，牵伸通过混合溶液的时间为0.5-2min。
作为进一步优选的技术方案，在进行包覆之前还包括对植物纤维进行干燥，或采用pH为6-9的中性溶液对植物纤维进行预处理的步骤，所述中性溶液包括能够去除植物纤维表面杂质且能将植物纤维中的羟基裸露出来的物质；
优选地，在进行包覆之前还依次包括对植物纤维进行干燥和采用pH为6-9的中性溶液对植物纤维进行预处理的步骤，所述中性溶液包括能够去除植物纤维表面杂质且能将植物纤维中的羟基裸露出来的物质；
优选地，干燥温度为80-120℃，干燥时间为6-10h；
优选地，预处理的温度为35-45℃，时间为10-60min；
优选地，所述中性溶液包括酯类溶液、钠盐类溶液或钾盐类溶液中的至少一种；
优选地，所述中性溶液包括γ-戊内酯溶液、NaClO溶液、KHCO3溶液、NaHCO3溶液、Na2CO3溶液或K2CO3溶液中的至少一种；
优选地，在中性溶液预处理后还依次包括用水洗涤和干燥的步骤，然后得到预处理后的植物纤维。
作为进一步优选的技术方案，所述植物纤维的长径比大于10；
优选地，所述植物纤维包括黄麻纤维、亚麻纤维、苎麻纤维、剑麻纤维或竹纤维。
作为进一步优选的技术方案，所述改性方法包括以下步骤：
(a)干燥：将植物纤维在80-120℃的温度下干燥6-10h；
(b)预处理：将植物纤维置于pH为6-9的中性溶液中，于35-100℃保温10-60min，然后用水洗涤，再干燥；
(c)包覆：将植物纤维采用牵伸的方式通过有机溶剂和聚合物的混合溶液，得到包覆处理的植物纤维，其中，混合溶液中有机溶剂和聚合物的质量比为20:1-5:1，混合溶液的温度为160-175℃，浸泡时间为0.5-2min。
第二方面，本发明提供了一种采用上述改性方法改性得到的改性植物纤维。
第三方面，本发明提供了一种植物纤维增强复合材料，包括上述改性植物纤维和聚合物。
第四方面，本发明提供了一种上述植物纤维增强复合材料的制备方法，包括以下步骤：将所述改性植物纤维与聚合物经挤出造粒后得到所述复合材料。
作为进一步优选的技术方案，熔融温度为170-215℃；
优选地，挤出造粒的时间为5-10min。
第五方面，本发明提供了一种上述植物纤维增强复合材料或采用上述制备方法制备得到的植物纤维增强复合材料在汽车内饰或汽车保险杠中的应用。
第六方面，本发明提供了一种汽车内饰或汽车保险杠，包括上述植物纤维增强复合材料或采用上述制备方法制备得到的植物纤维增强复合材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的植物纤维的改性方法采用有机溶剂和聚合物的混合溶液对植物纤维进行包覆，该混合溶液能够与植物纤维表面的羟基发生酯化反应，从而在植物纤维表面形成稳定的有机溶液和聚合物包覆结构，使得纤维具有更好的热稳定性，同时提高其与聚合物基体材料的相容性，从而提高其与聚合物的结合强度，提高植物纤维增强复合材料的热稳定性和力学性能。
本发明提供的植物纤维增强复合材料包括上述改性植物纤维，因而具有热稳定性高和力学性能好的优点。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
需要说明的是：
本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方法可以相互组合形成新的技术方案。
本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。
本发明中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“160-175”表示本文中已经全部列出了“160-175”之间的全部实数，“160-175”只是这些数值组合的缩略表示。
本发明中，除非另有说明，各个操作步骤可以顺序进行，也可以不按照顺序进行。优选地，本文中的操作步骤是顺序进行的。
除非另有说明，本文中所用的专业与科学术语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法或材料也可应用于本发明中。
根据本发明的一个方面，在至少一个实施例中提供了一种植物纤维的改性方法，包括以下步骤：采用有机溶剂和聚合物的混合溶液对植物纤维进行包覆，所述有机溶剂包括能够与熔融后的聚合物混合且能与羟基发生酯化反应的物质。
上述改性方法采用有机溶剂和聚合物的混合溶液对植物纤维进行包覆，该混合溶液能够与植物纤维表面的羟基发生酯化反应，从而在植物纤维表面形成稳定的有机溶液和聚合物包覆结构，使得纤维具有更好的热稳定性，同时提高其与聚合物基体材料的相容性，从而提高其与聚合物的结合强度，提高植物纤维增强复合材料的热稳定性和力学性能。
上述有机溶剂与聚合物的溶度参数的差值为1.7-2.1，在此范围内时，有机溶剂能够与熔融后的聚合物混合。该溶度参数采用浊度滴定法测试得到，具体的测试为，将待测聚合物溶于某一溶剂中，然后用沉淀剂(能与该溶剂共混)滴定，直至溶液开始出现混浊为止，便得到混浊点混合溶剂的溶度参数σ值。
在一种优选的实施方式中，所述有机溶剂包括植物油和/或有机酸。上述有机溶剂包括但不限于植物油，有机酸，或植物油和有机酸的组合等。
优选地，所述植物油包括大豆油、亚麻油或桐油中的至少一种。上述植物油包括但不限于大豆油，亚麻油，桐油，大豆油和亚麻油的组合，亚麻油和桐油的组合，大豆油和桐油的组合，或大豆油、亚麻油和桐油的组合等。
优选地，所述有机酸包括芥酸、软脂酸或十二烷基溴化物中的至少一种。上述有机酸包括但不限于芥酸，软脂酸，十二烷基溴化物，芥酸和软脂酸的组合，软脂酸和十二烷基溴化物的组合，芥酸和十二烷基溴化物的组合，或芥酸、软脂酸和十二烷基溴化物的组合等。
上述有机溶剂能够与纤维形成更强的化学键，同时能增强与聚合物链之间的连接作用，且环保、可再生、来源广泛、价格便宜，能够降低改性成本，同时提高环保性。
在一种优选的实施方式中，所述聚合物包括聚烯烃，优选包括聚乙烯、聚丙烯或乙烯丙烯共聚物中的至少一种。上述聚烯烃包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚戊烯、聚己烯或聚辛烯等，优选为聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物或聚乙烯和聚丙烯的组合。
在一种优选的实施方式中，有机溶剂和聚合物的质量比为20:1-5:1，优选为15:1-10:1。上述质量比典型但非限制性的为20:1、19:1、18:1、17:1、16:1、15:1、14:1、13:1、12:1、11:1、10:1、9:1、8:1、7:1、6:1或5:1。有机溶剂和聚合物的质量比在上述范围内时，其混合溶液对植物纤维的包覆效果更好，采用该纤维制得的纤维增强复合材料的力学性能更好。
在一种优选的实施方式中，所述包覆包括：将植物纤维采用牵伸的方式通过所述混合溶液，得到包覆处理的植物纤维。本优选实施方式是指采用牵伸机等牵伸设备将植物纤维牵伸通过混合溶液，也就是在混合溶液中对纤维进行牵伸，在牵伸的同时实现纤维在混合溶液中的浸泡。该方法不但操作方便，还能进一步提高植物纤维的强度等物理性能。
优选地，牵伸时混合溶液的温度为160-175℃，牵伸通过混合溶液的时间为0.5-2min。上述温度典型但非限制性的为160℃、161℃、162℃、163℃、164℃、165℃、166℃、167℃、168℃、169℃、170℃或175℃；上述时间典型但非限制性的为0.5min、1min、1.5min或2min。在上述温度和时间范围内，所得植物纤维的包覆效果更好，植物纤维的性能更加稳定。
可选地，在包覆后还包括干燥和剪切的步骤。干燥温度可选75-85℃，干燥时间可选20-28h。
在一种优选的实施方式中，在进行包覆之前还包括对植物纤维进行干燥，或采用pH为6-9的中性溶液对植物纤维进行预处理的步骤，所述中性溶液为能够去除植物纤维表面杂质且能将植物纤维中的羟基裸露出来的物质。
优选地，在进行包覆之前还依次包括对植物纤维进行干燥和采用pH为6-9的中性溶液对植物纤维进行预处理的步骤，所述中性溶液包括能够去除植物纤维表面杂质且能将植物纤维中的羟基裸露出来的物质。
经干燥后，植物纤维更加稳定，有利于提高包覆后植物纤维的稳定性。
采用上述特定的中性溶液对植物纤维进行预处理，能够有效去除植物纤维表面的杂质，如多糖、粉尘、木质素等，纤维表面变得光滑，且能将植物纤维中的羟基裸露出来，便于提高后续反应的可行性，相对于现有的采用强碱或强酸处理植物纤维，采用中性溶液进行预处理能够较少对植物纤维表面的过度腐蚀，从而保证了植物纤维的完整性。上述pH典型但非限制性的为6、6.5、7、7.5、8、8.5或9。上述pH是指温度为25℃时的溶液pH。
优选地，干燥温度为80-120℃，干燥时间为6-10h。上述干燥温度典型但非限制性的为80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃或120℃。上述干燥时间典型但非限制性的为6h、6.5h、7h、7.5h、8h、8.5h、9h、9.5h或10h。
优选地，预处理的温度为35-100℃，时间为10-60min。上述温度典型但非限制性的为35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、80℃、90℃或100℃。上述时间典型但非限制性的为10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min。在上述温度和时间下进行预处理，能够对植物纤维表面的杂质快速有效去除掉，有利于后续包覆的进行，进一步提高植物纤维的结构稳定性。
优选地，所述中性溶液包括酯类溶液、钠盐类溶液或钾盐类溶液中的至少一种。上述中性溶液包括但不限于酯类溶液，钠盐类溶液，钾盐类溶液，酯类溶液和钠盐类溶液的组合，钠盐类溶液和钾盐类溶液的组合，酯类溶液和钾盐类溶液的组合，或酯类溶液、钠盐类溶液和钾盐类溶液的组合等。上述中性溶液化学性质温和，能够很好的去除植物纤维表面的杂质，并避免对植物纤维造成损伤。
优选地，所述中性溶液包括γ-戊内酯溶液、NaClO溶液、KHCO3溶液、NaHCO3溶液、Na2CO3溶液或K2CO3溶液中的至少一种。上述中性溶液包括但不限于以下几种：γ-戊内酯溶液，NaClO溶液，KHCO3溶液，NaHCO3溶液，Na2CO3溶液，K2CO3溶液，γ-戊内酯溶液和NaClO溶液的组合，KHCO3溶液和NaHCO3溶液的组合，Na2CO3溶液和K2CO3溶液的组合，γ-戊内酯溶液、NaClO溶液和KHCO3溶液的组合，或NaHCO3溶液、Na2CO3溶液和K2CO3溶液的组合等。
优选地，在中性溶液预处理后还依次包括用水洗涤和干燥的步骤，然后得到预处理后的植物纤维。用水洗涤后植物纤维的pH在7左右，有利于后续包覆的进行，提高包覆结构的稳定性。
在一种优选的实施方式中，所述植物纤维的长径比大于10。当植物纤维的长径比大于10时，有利于其在混合溶液中进行牵伸包覆。
优选地，所述植物纤维包括黄麻纤维、亚麻纤维、苎麻纤维、剑麻纤维或竹纤维。
在一种优选的实施方式中，所述改性方法包括以下步骤：
(a)干燥：将植物纤维在80-120℃的温度下干燥6-10h；
(b)预处理：将植物纤维置于pH为6-9的中性溶液中，于35-45℃保温10-60min，然后用水洗涤，再干燥；
(c)包覆：将植物纤维采用牵伸的方式通过有机溶剂和聚合物的混合溶液，得到包覆处理的植物纤维，其中，混合溶液中有机溶剂和聚合物的质量比为20:1-5:1，混合溶液的温度为160-175℃，浸泡时间为0.5-2min。
本优选实施方式中的改性方法工艺步骤科学合理，植物纤维表面能够包覆上一层稳定的有机小分子物质，从而能有效提高植物纤维与聚合物之间的相容性，提高复合材料的力学性能。
根据本发明的另一方面，提供了一种采用上述改性方法改性得到的改性植物纤维。该改性植物纤维采用上述改性方法制备得到，因而具有热稳定性高和与聚合物相容性高的优点。
根据本发明的另一方面，提供了一种植物纤维增强复合材料，包括上述改性植物纤维和聚合物。该复合材料包括上述改性植物纤维，因而具有热稳定性高和力学性能好的优点。
根据本发明的另一方面，提供了一种上述植物纤维增强复合材料的制备方法，包括以下步骤：将上述改性植物纤维与聚合物经熔融和挤出造粒后得到所述复合材料。
优选地，熔融温度为170-215℃。上述温度典型但非限制性的为170℃、175℃、180℃、182℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃或215℃。
优选地，挤出造粒的时间为5-10min。上述时间典型但非限制性的为5min、6min、7min、8min、9min或10min。
根据本发明的另一方面，提供了一种上述植物纤维增强复合材料在汽车内饰或汽车保险杠中的应用。
根据本发明的另一方面，提供了一种汽车内饰或汽车保险杠，包括上述植物纤维增强复合材料。该汽车内饰或汽车保险杠包括上述植物纤维增强复合材料，因而至少具有热稳定性高和力学性能好的优点。
上述汽车内饰包括但不限于汽车方向盘套、汽车坐垫、汽车脚垫、汽车香水、汽车挂件、内部摆件或收纳箱等。
下面结合实施例和对比例对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
一种植物纤维的改性方法，包括以下步骤：
(a)干燥：将黄麻纤维在130℃的温度下干燥5h；
(b)预处理：将黄麻纤维置于pH为10的氢氧化钠溶液中，于30℃保温5min，然后用水洗涤，再干燥；
(c)包覆：将黄麻纤维浸泡到玉米油和聚酰胺的混合溶液中，混合溶液温度为170℃，浸泡时间为3min，玉米油和聚苯乙烯的质量比为30:1，黄麻纤维的长径比为9。
实施例2-8
一种植物纤维的改性方法，与实施例1不同的是，实施例2-8中将玉米油分别替换为大豆油、亚麻油、芥酸、桐油、软脂酸、大豆油和软脂酸的组合、芥酸和桐油的组合。
实施例9-12
一种植物纤维的改性方法，与实施例2不同的是，实施例9-12中将聚酰胺分别替换为聚乙烯、聚丙烯、质量比为1:1的聚乙烯和聚丙烯的组合、乙烯丙烯共聚物。
实施例13-17
一种植物纤维的改性方法，与实施例9不同的是，实施例13-17中分别将大豆油和聚乙烯的质量比替换为20:1、5:1、15:1、12:1和10:1。
实施例18-19
一种植物纤维的改性方法，与实施例17不同的是，实施例18-19中分别将黄麻纤维的长径比替换为11和15。
实施例20
一种植物纤维的改性方法，与实施例19不同的是，将植物纤维采用牵伸的方式通过所述混合溶液，得到包覆处理的植物纤维。
实施例21-23
一种植物纤维的改性方法，与实施例20不同的是，实施例21-23中浸泡时混合溶液的温度分别为160℃、165℃和175℃，浸泡时间分别为2min、1min和0.5min。
实施例24-26
一种植物纤维的改性方法，与实施例22不同的是，实施例24-26中，步骤(a)中干燥温度分别为80℃、100℃、120℃，干燥时间分别为10h、8h、6h。
实施例27-31
一种植物纤维的改性方法，与实施例25不同的是，实施例27-31中，分别将步骤(b)中pH为10的氢氧化钠溶液替换为pH为7的γ-戊内酯溶液、pH为9的Na2CO3溶液、pH为7.5的NaClO溶液、pH为8的KHCO3溶液、pH为6的γ-戊内酯和NaHCO3的混合溶液。
实施例32-34
一种植物纤维的改性方法，与实施例27不同的是，实施例32-34中，分别将步骤(b)中的保温温度替换为35℃、40℃、45℃，保温时间替换为60min、30min、10min。
实施例35-38
一种植物纤维的改性方法，与实施例33不同的是，分别将黄麻纤维替换为亚麻纤维、苎麻纤维、剑麻纤维、竹纤维。
对比例1
一种植物纤维的改性方法，与实施例1不同的是，步骤(c)为丙交酯接枝改性：在四口烧瓶中加入500mL甲苯，升温至111℃甲苯沸腾30min以除水，降温至50℃，在四口烧瓶中加入8gASF与4g/L丙交酯单体，对反应体系抽真空20min，然后充氮气，并升温至130℃，滴入0.032g辛酸亚锡催化剂，强烈搅拌下，反应30min，冷水浴中结束反应，得到改性植物纤维。
对比例2
一种植物纤维的改性方法，与实施例1不同的是，步骤(c)中，将黄麻纤维浸泡入玉米油中，浸泡时间为3min，黄麻纤维的长径比为9。
性能测试
分别将采用各实施例和对比例制备得到的改性植物纤维与聚乙烯经熔融和挤出造粒后制备植物纤维增强复合材料，熔融温度为180℃，挤出造粒的时间为10min。然后对各复合材料进行热稳定性和力学性能测试，测试见表1。
试验方法：根据GB/T1634.2-2004《塑料负荷变形温度的测定第2部分：塑料、硬橡胶和长纤维增强复合材料》进行负荷热变形温度测试，根据GB/T1451-2005《纤维增强塑料简支梁式冲击韧性试验方法》进行冲击性能测试，根据GB/T1447-2005《纤维增强塑料拉伸性能试验方法》进行拉伸性能测试。
表1
从表1中可知，采用各实施例所得的改性植物纤维制得的复合材料的综合性能优于各对比例，由此说明，本发明提供的植物纤维的改性方法能够有效提高植物纤维的热稳定性和与聚合物的相容性，从而提高其与聚合物的结合强度，提高复合材料的力学性能。
进一步分析可知，实施例2-8的综合性能优于实施例1，说明采用本发明优选的有机溶剂能够进一步提高植物纤维的改性效果；实施例9-11的综合性能优于实施例2，说明采用本发明优选的聚合物能够进一步提高植物纤维的改性效果。
实施例13-17的综合性能优于实施例9，说明采用本发明优选的有机溶剂和聚合物的质量比能够进一步提高植物纤维的改性效果；实施例15-17的综合性能优于实施例13-14，说明采用本发明进一步优选的有机溶剂和聚合物的质量比能够进一步提高植物纤维的改性效果。
实施例18-19的综合性能优于实施例17，说明采用本发明优选的植物纤维长径比能够进一步提高植物纤维的改性效果；实施例20的综合性能优于实施例19，说明采用本发明优选的牵伸和浸泡方式能够进一步提高植物纤维的改性效果；实施例21-23的综合性能优于实施例20，说明采用本发明优选的浸泡温度和时间能够进一步提高植物纤维的改性效果；实施例24-26的综合性能优于实施例22，说明采用本发明优选的干燥温度和时间能够进一步提高植物纤维的改性效果。
实施例27-31的综合性能优于实施例25，说明采用本发明优选的中性溶液能够进一步提高植物纤维的改性效果；实施例32-34的综合性能优于实施例27，说明采用本发明优选的保温温度和时间能够进一步提高植物纤维的改性效果。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种植物纤维的改性方法，其特征在于，包括以下步骤：采用有机溶剂和聚合物的混合溶液对植物纤维进行包覆，所述有机溶剂包括能够与熔融后的聚合物混合且能与羟基发生酯化反应的物质。
2.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述有机溶剂包括植物油和/或有机酸；
优选地，所述植物油包括大豆油、亚麻油或桐油中的至少一种；
优选地，所述有机酸包括芥酸、软脂酸或十二烷基溴化物中的至少一种；
优选地，所述聚合物包括聚烯烃，优选包括聚乙烯、聚丙烯或乙烯丙烯共聚物中的至少一种；
优选地，有机溶剂和聚合物的质量比为20:1-5:1，进一步优选为15:1-10:1。
3.根据权利要求1或2所述的改性方法，其特征在于，所述包覆包括：将植物纤维采用牵伸的方式通过所述混合溶液，得到包覆处理的植物纤维；
优选地，牵伸时混合溶液的温度为160-175℃，牵伸通过混合溶液的时间为0.5-2min；
优选地，在进行包覆之前还包括对植物纤维进行干燥，或采用pH为6-9的中性溶液对植物纤维进行预处理的步骤，所述中性溶液包括能够去除植物纤维表面杂质且能将植物纤维中的羟基裸露出来的物质；
优选地，在进行包覆之前还依次包括对植物纤维进行干燥和采用pH为6-9的中性溶液对植物纤维进行预处理的步骤，所述中性溶液包括能够去除植物纤维表面杂质且能将植物纤维中的羟基裸露出来的物质；
优选地，干燥温度为80-120℃，干燥时间为6-10h；
优选地，预处理的温度为35-100℃，时间为10-60min；
优选地，所述中性溶液包括酯类溶液、钠盐类溶液或钾盐类溶液中的至少一种；
优选地，所述中性溶液包括γ-戊内酯溶液、NaClO溶液、KHCO3溶液、NaHCO3溶液、Na2CO3溶液或K2CO3溶液中的至少一种；
优选地，在中性溶液预处理后还依次包括用水洗涤和干燥的步骤，然后得到预处理后的植物纤维；
优选地，所述植物纤维的长径比大于10；
优选地，所述植物纤维包括黄麻纤维、亚麻纤维、苎麻纤维、剑麻纤维或竹纤维。
4.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述改性方法包括以下步骤：
(a)干燥：将植物纤维在80-120℃的温度下干燥6-10h；
(b)预处理：将植物纤维置于pH为6-9的中性溶液中，于35-45℃保温10-60min，然后用水洗涤，再干燥；
(c)包覆：将植物纤维采用牵伸的方式通过有机溶剂和聚合物的混合溶液，得到包覆处理的植物纤维，其中，混合溶液中有机溶剂和聚合物的质量比为20:1-5:1，混合溶液的温度为160-175℃，浸泡时间为0.5-2min。
5.采用权利要求1-4任一项所述的改性方法改性得到的改性植物纤维。
6.一种植物纤维增强复合材料，其特征在于，包括权利要求5所述的改性植物纤维和聚合物。
7.权利要求6所述的植物纤维增强复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述改性植物纤维与聚合物经挤出造粒后得到所述复合材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，熔融温度为170-215℃；
优选地，挤出造粒的时间为5-10min。
9.权利要求6所述的植物纤维增强复合材料或采用权利要求7或8所述的制备方法制备得到的植物纤维增强复合材料在汽车内饰或汽车保险杠中的应用。
10.汽车内饰或汽车保险杠，其特征在于，包括权利要求6所述的植物纤维增强复合材料或采用权利要求7或8所述的制备方法制备得到的植物纤维增强复合材料。
CN201910582331.3A 2019-06-25 2019-06-25 植物纤维的改性方法以及改性得到的改性植物纤维、植物纤维增强复合材料及其制备方法 Pending CN110230205A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910582331.3A CN110230205A (zh) 2019-06-25 2019-06-25 植物纤维的改性方法以及改性得到的改性植物纤维、植物纤维增强复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910582331.3A CN110230205A (zh) 2019-06-25 2019-06-25 植物纤维的改性方法以及改性得到的改性植物纤维、植物纤维增强复合材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110230205A true CN110230205A (zh) 2019-09-13

Family

ID=67856556

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910582331.3A Pending CN110230205A (zh) 2019-06-25 2019-06-25 植物纤维的改性方法以及改性得到的改性植物纤维、植物纤维增强复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110230205A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116426068A (zh) * 2023-03-07 2023-07-14 江林（贵州）高科发展股份有限公司 一种可调显色耐温植物纤维增强免喷涂免包覆聚丙烯材料的制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101955624A (zh) * 2010-10-28 2011-01-26 曾广胜 一种植物纤维高密度聚乙烯复合材料及其制备方法
CN102850740A (zh) * 2012-09-04 2013-01-02 华南理工大学 丙交酯接枝植物纤维增强聚乳酸复合材料的制备方法
CN104479385A (zh) * 2014-11-18 2015-04-01 江苏大学 强化秸秆纤维复合材料的制备方法
CN104693606A (zh) * 2015-03-11 2015-06-10 宁波家联塑料科技有限公司 植物纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法和在制备汽车部件中应用
CN106589578A (zh) * 2016-11-04 2017-04-26 重庆普利特新材料有限公司 一种高性能黄麻纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法
CN107236191A (zh) * 2017-07-01 2017-10-10 合肥会通新材料有限公司 一种汽车内饰用竹纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101955624A (zh) * 2010-10-28 2011-01-26 曾广胜 一种植物纤维高密度聚乙烯复合材料及其制备方法
CN102850740A (zh) * 2012-09-04 2013-01-02 华南理工大学 丙交酯接枝植物纤维增强聚乳酸复合材料的制备方法
CN104479385A (zh) * 2014-11-18 2015-04-01 江苏大学 强化秸秆纤维复合材料的制备方法
CN104693606A (zh) * 2015-03-11 2015-06-10 宁波家联塑料科技有限公司 植物纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法和在制备汽车部件中应用
CN106589578A (zh) * 2016-11-04 2017-04-26 重庆普利特新材料有限公司 一种高性能黄麻纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法
CN107236191A (zh) * 2017-07-01 2017-10-10 合肥会通新材料有限公司 一种汽车内饰用竹纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吕百熙等: "《机织概论 第3版》", 31 May 2005, 中国纺织出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116426068A (zh) * 2023-03-07 2023-07-14 江林（贵州）高科发展股份有限公司 一种可调显色耐温植物纤维增强免喷涂免包覆聚丙烯材料的制备方法
CN116426068B (zh) * 2023-03-07 2024-04-16 江林（贵州）高科发展股份有限公司 一种可调显色耐温植物纤维增强免喷涂免包覆聚丙烯材料的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Asyraf et al. Dynamic mechanical behaviour of kenaf cellulosic fibre biocomposites: A comprehensive review on chemical treatments
CN105086328B (zh) 一种硬质天然纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法
CN104448567A (zh) 植物纤维表面接枝超支化聚酰胺改善复合材料力学性能的方法
CN102850740A (zh) 丙交酯接枝植物纤维增强聚乳酸复合材料的制备方法
CN109867916B (zh) 植物纤维增强树脂基复合材料及其制备方法
CN103993479A (zh) 一种硅烷交联改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法
CN110230205A (zh) 植物纤维的改性方法以及改性得到的改性植物纤维、植物纤维增强复合材料及其制备方法
Saba et al. Manufacturing and processing of kenaf fibre-reinforced epoxy composites via different methods
CN104032572A (zh) 一种海藻酸钠对涤纶纤维的亲水改性方法
Tong et al. Influence of alkali treatment on physico-chemical properties of Malaysian bamboo fiber: A preliminary study
CN111005229B (zh) 一种碳纤维上浆剂及其制备方法
Nishiyabu et al. Boronic acid as an efficient anchor group for surface modification of solid polyvinyl alcohol
Kumar et al. Recent developments of lignocellulosic natural fiber reinforced hybrid thermosetting composites for high-end structural applications: a review
Nam et al. Effect of natural fiber reinforced polypropylene composite using resin impregnation
CN109440212A (zh) 高取向高强韧再生纤维素纤维的制备方法及高取向高强韧再生纤维素纤维
CN109306178A (zh) 一种碳纤维基复合材料鱼竿及其制备方法
Zaman et al. A comparative study on the mechanical and degradation properties of plant fibers reinforced polyethylene composites
Ramesh et al. Processing and mechanical property evaluation of kenaf-glass fiber reinforced polymer composites
CN106279723A (zh) 一种羟乙基纤维素基环糊精水凝胶笼的制备方法
Raghu et al. Effect of water absorption on mechanical properties of calotropis procera fiber reinforced polymer composites
CN115197371B (zh) 一种化学交联纳米纤维素复合柔性导电材料及其制备方法
Mamunur Rashid et al. Effect of reinforcement of hydrophobic grade banana (musa ornata) bark fiber on the physicomechanical properties of isotactic polypropylene
CN106810835B (zh) 一种耐热耐腐蚀工程塑料制备方法
CN102330192B (zh) 工业用活性聚酯纤维的制备方法
CN106988122A (zh) 改性的超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190913

RJ01 Rejection of invention patent application after publication