CN117603584A - 一种植物纤维/pp复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种植物纤维/pp复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域；所述制备方法包括改性植物纤维、制备稳定剂、混料步骤；所述碱浸步骤为，将酸浸后的植物纤维置于氢氧化钠溶液中进行浸泡，浸泡时间为45‑50min，浸泡温度为85‑90℃，浸泡结束后洗涤干燥，然后置于密闭容器中进行处理，控制压力为3.5‑3.8MPa，温度为37‑42℃，静置20‑30min，静置结束后加入改性纳米填料，然后进行球磨处理，球磨时间为42‑50min，球磨转速为170‑185rpm，球料比为4‑8:1，球磨结束后制得碱浸植物纤维。本发明制得的复合材料，强度性能高，在紫外照射和潮湿状态下的强度性能保持率高，耐收缩性能好。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种植物纤维/pp复合材料及其制备方法。
背景技术
植物纤维作为一种天然高分子材料，是自然界中取之不尽用之不竭的可再生资源，其具有强度高，表面纹理天然、质朴、质感新颖，可以替代部分塑料、玻璃等制品，广泛应用于复合材料技术领域；
植物纤维/pp复合材料是以植物纤维作为增强材料，以热塑性塑料高分子材料作为基体物质，其经过高温混炼、成型加工工艺制得的复合材料，其可以解决由于废弃塑料无法回收对环境造成污染的问题，并使纤维废弃资源得到充分利用，具有一定的社会效益；
但是植物纤维的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，其含有大量的极性羟基和酚羟基官能团，表现出很强的化学极性，植物纤维在与聚丙烯复合时，二者之间界面不相容，应力在界面不能有效的进行传递，进一步影响复合材料的拉伸强度和抗冲击性能，极大的影响了使用效果；
而且，现有技术制备的植物纤维/pp复合材料，耐紫外照射性能差，在长时间的紫外照射后，强度性能损失较多，并且不耐潮湿，严重影响使用性能；
因此，提供一种植物纤维/pp复合材料及其制备方法，提高拉伸强度和抗冲击性能，增强耐紫外辐照性能和耐潮湿性能是现有技术亟待解决的技术难题。
发明内容
为解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种植物纤维/pp复合材料及其制备方法，提高拉伸强度和抗冲击性能，增强耐紫外辐照性能和耐潮湿性能。
针对上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种植物纤维/pp复合材料的制备方法，包括改性植物纤维、制备稳定剂、混料步骤，具体步骤如下：
1.改性植物纤维
（1）酸浸
将长度为2.1-2.5mm的植物纤维置于硫酸溶液中进行浸泡，浸泡温度为22-27℃，浸泡时间为26-32min，浸泡结束后洗涤干燥，然后置于密闭容器中进行处理，控制压力为4.0-4.4MPa，温度为27-34℃，静置23-27min，静置结束后，加入改性白炭黑、椰油酰胺丙基甜菜碱和椰油酸进行搅拌，搅拌转速为204-225rpm，搅拌时间为23-30min，搅拌均匀后制得酸浸后的植物纤维；
所述植物纤维为黄麻纤维与亚麻纤维的混合物，所述黄麻纤维与亚麻纤维的质量比为1:0.8-1.2；
所述硫酸溶液，质量浓度为0.25-0.29%；
所述植物纤维、硫酸溶液、改性白炭黑、椰油酰胺丙基甜菜碱和椰油酸的质量比为10-14:124-138:4.3-5.0:1.4-1.6:0.6-0.8；
所述改性白炭黑的制备方法，具体为，将白炭黑进行脉冲放电等离子体处理，控制脉冲放电电压为22-26kV，脉冲频率为58-65Hz，处理时间为4-8min，处理结束后制得活化后的白炭黑；将活化后的白炭黑与去离子水、乙酸异丁酸蔗糖酯和聚丙烯酰胺混合，然后进行球磨处理，球磨时间为30-37min，球磨转速为167-184rpm，球磨结束后干燥，制得球磨后的白炭黑；向球磨后的白炭黑中加入甲苯和六亚甲基二异氰酸酯进行搅拌，搅拌温度为80-84℃，搅拌时间为1.2-1.4h，搅拌结束后过滤、洗涤、干燥制得改性白炭黑；
所述白炭黑，粒径为115-125nm；
所述活化后的白炭黑、去离子水、乙酸异丁酸蔗糖酯和聚丙烯酰胺的质量比为11-13:54-62:2.1-2.5:1.4-1.7；
所述球磨后的白炭黑、甲苯、六亚甲基二异氰酸酯的质量比为18-23:84-96:2.4-2.7；
（2）碱浸
将酸浸后的植物纤维置于氢氧化钠溶液中进行浸泡，浸泡时间为45-50min，浸泡温度为85-90℃，浸泡结束后洗涤干燥，然后置于密闭容器中进行处理，控制压力为3.5-3.8MPa，温度为37-42℃，静置20-30min，静置结束后加入改性纳米填料，然后进行球磨处理，球磨时间为42-50min，球磨转速为170-185rpm，球料比为4-8:1，球磨结束后制得碱浸植物纤维；
所述氢氧化钠溶液，质量浓度为9.2-9.7%；
所述酸浸后的植物纤维、氢氧化钠溶液、改性纳米填料的质量比为35-40:80-93:6.0-6.3；
所述改性纳米填料的制备方法为，将纳米填料与去离子水混合，升高温度至88-92℃，然后加入明胶和柠檬酸钠，搅拌27-35min，搅拌均匀后干燥，制得改性纳米填料；
所述纳米填料为高岭土和硅藻土的混合物，所述高岭土和硅藻土的质量比为12-16:4.0-4.5；
所述高岭土的粒径为90-110目；
所述硅藻土的粒径为120-140目；
所述纳米填料、去离子水、明胶和柠檬酸钠的质量比为15-18:52-57:1.4-1.9:2.2-2.7；
（3）硅烷处理
将碱浸后的植物纤维与乙醇溶液混合，然后加入kH550、乙基纤维素，控制搅拌转速为180-190rpm，搅拌时间为35-40min，搅拌结束后，洗涤干燥制得改性植物纤维；
所述碱浸后的植物纤维、乙醇溶液、kH550、乙基纤维素的质量比为12-15:104-120:1.3-1.8:2.0-2.5。
2.制备稳定剂
将二甲基硅油、阿拉伯胶、蓖麻油混合，升高温度至62-70℃，搅拌13-18min，然后加入碳酸钙和油酸，以0.5-0.7℃/min速率升温至50-55℃，搅拌23-30min，搅拌均匀后制得稳定剂；
所述二甲基硅油、阿拉伯胶、蓖麻油、碳酸钙和油酸的质量比为1.2-1.4:2.0-2.2:1.5-1.8:4.6-5.3:0.4-0.6。
3.混料
将聚丙烯、改性植物纤维、稳定剂、抗氧剂、相容剂、润滑剂混合均匀，置于双螺杆挤出机中进行挤出、成型制得植物纤维/pp复合材料；
所述抗氧剂为抗氧剂1010；
所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；
所述润滑剂为硬脂酸钠；
所述聚丙烯、改性植物纤维、稳定剂、抗氧剂、相容剂、润滑剂的质量比为40-42:60-65:1.5-2.0:0.5-0.7:2.1-2.5:2.3-2.7。
一种植物纤维/pp复合材料，由上述制备方法制得。
与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：
1.本发明采用特定的方法对植物纤维进行改性，采用改性白炭黑和改性纳米填料，填充了酸浸和碱浸过程中留下的孔洞，避免了酸浸和碱浸过程留下的孔洞对于复合材料强度性能的影响；采用特定的方法对白炭黑进行改性，改善了白炭黑粒子之间的团聚，均匀分散的白炭黑可以增强复合材料的强度性能，提高强度性能在紫外照射状态下的保持率；然后通过对植物纤维进行氨基硅烷处理，实现了植物纤维的功能化，增强了与聚丙烯之间的界面相容性能，进而增强了改性植物纤维与聚丙烯的结合性，并且改性纳米填料的分散性能佳，其与稳定剂等成分相结合，保证了改性植物纤维内部的结构稳定性，最终具备优异的强度性能、强度稳定性能和耐收缩性能；
2.本发明制得的植物纤维/pp复合材料，拉伸强度为73.5-75.8MPa，拉伸模量为2058-2147MPa（GB/T1040-2006），无缺口冲击强度为39.4-41.7kJ/m2（GB/T1843-2008），弯曲强度为86.2-87.9MPa（GB/T9341-2008），收缩率为0.5-0.8%（GB/T17037-2003）；
3.本发明制得的植物纤维/pp复合材料，置于强度为780W/m2的紫外光下辐照10d，拉伸强度为71.6-74.7MPa，拉伸模量为1972-2089MPa，无缺口冲击强度为37.9-40.4kJ/m2，弯曲强度为82.7-84.9MPa；
本发明制得的植物纤维/pp复合材料，在保证产品的含水率为15%的状态下静置10d，拉伸强度为71.1-74.3MPa，拉伸模量为1955-2078MPa，无缺口冲击强度为37.6-40.1kJ/m2，弯曲强度为82.2-84.4MPa。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。
实施例1
1.改性植物纤维
（1）酸浸
将长度为2.3mm的植物纤维置于硫酸溶液中进行浸泡，浸泡温度为24℃，浸泡时间为30min，浸泡结束后洗涤干燥，然后置于密闭容器中进行处理，控制压力为4.2MPa，温度为30℃，静置25min，静置结束后，加入改性白炭黑、椰油酰胺丙基甜菜碱和椰油酸进行搅拌，搅拌转速为217rpm，搅拌时间为26min，搅拌均匀后制得酸浸后的植物纤维；
所述植物纤维为黄麻纤维与亚麻纤维的混合物，所述黄麻纤维与亚麻纤维的质量比为1:1；
所述硫酸溶液，质量浓度为0.27%；
所述植物纤维、硫酸溶液、改性白炭黑、椰油酰胺丙基甜菜碱和椰油酸的质量比为12:130:4.7:1.5:0.7；
所述改性白炭黑的制备方法，具体为，将白炭黑进行脉冲放电等离子体处理，控制脉冲放电电压为24kV，脉冲频率为62Hz，处理时间为6min，处理结束后制得活化后的白炭黑；将活化后的白炭黑与去离子水、乙酸异丁酸蔗糖酯和聚丙烯酰胺混合，然后进行球磨处理，球磨时间为34min，球磨转速为178rpm，球磨结束后干燥，制得球磨后的白炭黑；向球磨后的白炭黑中加入甲苯和六亚甲基二异氰酸酯进行搅拌，搅拌温度为82℃，搅拌时间为1.3h，搅拌结束后过滤、洗涤、干燥制得改性白炭黑；
所述白炭黑，粒径为120nm；
所述活化后的白炭黑、去离子水、乙酸异丁酸蔗糖酯和聚丙烯酰胺的质量比为12:57:2.3:1.5；
所述球磨后的白炭黑、甲苯、六亚甲基二异氰酸酯的质量比为20:90:2.6；
（2）碱浸
将酸浸后的植物纤维置于氢氧化钠溶液中进行浸泡，浸泡时间为47min，浸泡温度为88℃，浸泡结束后洗涤干燥，然后置于密闭容器中进行处理，控制压力为3.7MPa，温度为40℃，静置24min，静置结束后加入改性纳米填料，然后进行球磨处理，球磨时间为45min，球磨转速为179rpm，球料比为6:1，球磨结束后制得碱浸植物纤维；
所述氢氧化钠溶液，质量浓度为9.4%；
所述酸浸后的植物纤维、氢氧化钠溶液、改性纳米填料的质量比为37:85:6.2；
所述改性纳米填料的制备方法为，将纳米填料与去离子水混合，升高温度至90℃，然后加入明胶和柠檬酸钠，搅拌30min，搅拌均匀后干燥，制得改性纳米填料；
所述纳米填料为高岭土和硅藻土的混合物，所述高岭土和硅藻土的质量比为14:4.2；
所述高岭土的粒径为100目；
所述硅藻土的粒径为130目；
所述纳米填料、去离子水、明胶和柠檬酸钠的质量比为16:54:1.7:2.4；
（3）硅烷处理
将碱浸后的植物纤维与乙醇溶液混合，然后加入kH550、乙基纤维素，控制搅拌转速为184rpm，搅拌时间为37min，搅拌结束后，洗涤干燥制得改性植物纤维；
所述碱浸后的植物纤维、乙醇溶液、kH550、乙基纤维素的质量比为14:110:1.5:2.3。
2.制备稳定剂
将二甲基硅油、阿拉伯胶、蓖麻油混合，升高温度至66℃，搅拌15min，然后加入碳酸钙和油酸，以0.6℃/min速率升温至52℃，搅拌26min，搅拌均匀后制得稳定剂；
所述二甲基硅油、阿拉伯胶、蓖麻油、碳酸钙和油酸的质量比为1.3:2.1:1.7:4.9:0.5。
3.混料
将聚丙烯、改性植物纤维、稳定剂、抗氧剂、相容剂、润滑剂混合均匀，置于双螺杆挤出机中进行挤出、成型制得植物纤维/pp复合材料；
所述抗氧剂为抗氧剂1010；
所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；
所述润滑剂为硬脂酸钠；
所述聚丙烯、改性植物纤维、稳定剂、抗氧剂、相容剂、润滑剂的质量比为41:62:1.7:0.6:2.3:2.5。
实施例2
1.改性植物纤维
（1）酸浸
将长度为2.1mm的植物纤维置于硫酸溶液中进行浸泡，浸泡温度为22℃，浸泡时间为26min，浸泡结束后洗涤干燥，然后置于密闭容器中进行处理，控制压力为4.0MPa，温度为27℃，静置23min，静置结束后，加入改性白炭黑、椰油酰胺丙基甜菜碱和椰油酸进行搅拌，搅拌转速为204rpm，搅拌时间为23min，搅拌均匀后制得酸浸后的植物纤维；
所述植物纤维为黄麻纤维与亚麻纤维的混合物，所述黄麻纤维与亚麻纤维的质量比为1:0.8；
所述硫酸溶液，质量浓度为0.25%；
所述植物纤维、硫酸溶液、改性白炭黑、椰油酰胺丙基甜菜碱和椰油酸的质量比为10:124:4.3:1.4:0.6；
所述改性白炭黑的制备方法，具体为，将白炭黑进行脉冲放电等离子体处理，控制脉冲放电电压为22kV，脉冲频率为58Hz，处理时间为4min，处理结束后制得活化后的白炭黑；将活化后的白炭黑与去离子水、乙酸异丁酸蔗糖酯和聚丙烯酰胺混合，然后进行球磨处理，球磨时间为30min，球磨转速为167rpm，球磨结束后干燥，制得球磨后的白炭黑；向球磨后的白炭黑中加入甲苯和六亚甲基二异氰酸酯进行搅拌，搅拌温度为80℃，搅拌时间为1.2h，搅拌结束后过滤、洗涤、干燥制得改性白炭黑；
所述白炭黑，粒径为115nm；
所述活化后的白炭黑、去离子水、乙酸异丁酸蔗糖酯和聚丙烯酰胺的质量比为11:54:2.1:1.4；
所述球磨后的白炭黑、甲苯、六亚甲基二异氰酸酯的质量比为18:84:2.4；
（2）碱浸
将酸浸后的植物纤维置于氢氧化钠溶液中进行浸泡，浸泡时间为45min，浸泡温度为85℃，浸泡结束后洗涤干燥，然后置于密闭容器中进行处理，控制压力为3.5MPa，温度为37℃，静置20min，静置结束后加入改性纳米填料，然后进行球磨处理，球磨时间为42min，球磨转速为170rpm，球料比为4:1，球磨结束后制得碱浸植物纤维；
所述氢氧化钠溶液，质量浓度为9.2%；
所述酸浸后的植物纤维、氢氧化钠溶液、改性纳米填料的质量比为35:80:6.0；
所述改性纳米填料的制备方法为，将纳米填料与去离子水混合，升高温度至88℃，然后加入明胶和柠檬酸钠，搅拌27min，搅拌均匀后干燥，制得改性纳米填料；
所述纳米填料为高岭土和硅藻土的混合物，所述高岭土和硅藻土的质量比为12:4.0；
所述高岭土的粒径为90目；
所述硅藻土的粒径为120目；
所述纳米填料、去离子水、明胶和柠檬酸钠的质量比为15:52:1.4:2.2；
（3）硅烷处理
将碱浸后的植物纤维与乙醇溶液混合，然后加入kH550、乙基纤维素，控制搅拌转速为180rpm，搅拌时间为35min，搅拌结束后，洗涤干燥制得改性植物纤维；
所述碱浸后的植物纤维、乙醇溶液、kH550、乙基纤维素的质量比为12:104:1.3:2.0。
2.制备稳定剂
将二甲基硅油、阿拉伯胶、蓖麻油混合，升高温度至62℃，搅拌13min，然后加入碳酸钙和油酸，以0.5℃/min速率升温至50℃，搅拌23min，搅拌均匀后制得稳定剂；
所述二甲基硅油、阿拉伯胶、蓖麻油、碳酸钙和油酸的质量比为1.2:2.0:1.5:4.6:0.4。
3.混料
将聚丙烯、改性植物纤维、稳定剂、抗氧剂、相容剂、润滑剂混合均匀，置于双螺杆挤出机中进行挤出、成型制得植物纤维/pp复合材料；
所述抗氧剂为抗氧剂1010；
所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；
所述润滑剂为硬脂酸钠；
所述聚丙烯、改性植物纤维、稳定剂、抗氧剂、相容剂、润滑剂的质量比为40:60:1.5:0.5:2.1:2.3。
实施例3
1.改性植物纤维
（1）酸浸
将长度为2.5mm的植物纤维置于硫酸溶液中进行浸泡，浸泡温度为27℃，浸泡时间为32min，浸泡结束后洗涤干燥，然后置于密闭容器中进行处理，控制压力为4.4MPa，温度为34℃，静置27min，静置结束后，加入改性白炭黑、椰油酰胺丙基甜菜碱和椰油酸进行搅拌，搅拌转速为225rpm，搅拌时间为30min，搅拌均匀后制得酸浸后的植物纤维；
所述植物纤维为黄麻纤维与亚麻纤维的混合物，所述黄麻纤维与亚麻纤维的质量比为1:1.2；
所述硫酸溶液，质量浓度为0.29%；
所述植物纤维、硫酸溶液、改性白炭黑、椰油酰胺丙基甜菜碱和椰油酸的质量比为14:138:5.0:1.6:0.8；
所述改性白炭黑的制备方法，具体为，将白炭黑进行脉冲放电等离子体处理，控制脉冲放电电压为26kV，脉冲频率为65Hz，处理时间为8min，处理结束后制得活化后的白炭黑；将活化后的白炭黑与去离子水、乙酸异丁酸蔗糖酯和聚丙烯酰胺混合，然后进行球磨处理，球磨时间为37min，球磨转速为184rpm，球磨结束后干燥，制得球磨后的白炭黑；向球磨后的白炭黑中加入甲苯和六亚甲基二异氰酸酯进行搅拌，搅拌温度为84℃，搅拌时间为1.4h，搅拌结束后过滤、洗涤、干燥制得改性白炭黑；
所述白炭黑，粒径为125nm；
所述活化后的白炭黑、去离子水、乙酸异丁酸蔗糖酯和聚丙烯酰胺的质量比为13:62:2.5:1.7；
所述球磨后的白炭黑、甲苯、六亚甲基二异氰酸酯的质量比为23:96:2.7；
（2）碱浸
将酸浸后的植物纤维置于氢氧化钠溶液中进行浸泡，浸泡时间为50min，浸泡温度为90℃，浸泡结束后洗涤干燥，然后置于密闭容器中进行处理，控制压力为3.8MPa，温度为42℃，静置30min，静置结束后加入改性纳米填料，然后进行球磨处理，球磨时间为50min，球磨转速为185rpm，球料比为8:1，球磨结束后制得碱浸植物纤维；
所述氢氧化钠溶液，质量浓度为9.7%；
所述酸浸后的植物纤维、氢氧化钠溶液、改性纳米填料的质量比为40:93:6.3；
所述改性纳米填料的制备方法为，将纳米填料与去离子水混合，升高温度至92℃，然后加入明胶和柠檬酸钠，搅拌35min，搅拌均匀后干燥，制得改性纳米填料；
所述纳米填料为高岭土和硅藻土的混合物，所述高岭土和硅藻土的质量比为16:4.5；
所述高岭土的粒径为110目；
所述硅藻土的粒径为140目；
所述纳米填料、去离子水、明胶和柠檬酸钠的质量比为18:57:1.9:2.7；
（3）硅烷处理
将碱浸后的植物纤维与乙醇溶液混合，然后加入kH550、乙基纤维素，控制搅拌转速为190rpm，搅拌时间为40min，搅拌结束后，洗涤干燥制得改性植物纤维；
所述碱浸后的植物纤维、乙醇溶液、kH550、乙基纤维素的质量比为15:120:1.8:2.5。
2.制备稳定剂
将二甲基硅油、阿拉伯胶、蓖麻油混合，升高温度至70℃，搅拌18min，然后加入碳酸钙和油酸，以0.7℃/min速率升温至55℃，搅拌30min，搅拌均匀后制得稳定剂；
所述二甲基硅油、阿拉伯胶、蓖麻油、碳酸钙和油酸的质量比为1.4:2.2:1.8:5.3:0.6。
3.混料
将聚丙烯、改性植物纤维、稳定剂、抗氧剂、相容剂、润滑剂混合均匀，置于双螺杆挤出机中进行挤出、成型制得植物纤维/pp复合材料；
所述抗氧剂为抗氧剂1010；
所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；
所述润滑剂为硬脂酸钠；
所述聚丙烯、改性植物纤维、稳定剂、抗氧剂、相容剂、润滑剂的质量比为42:65:2.0:0.7:2.5:2.7。
对比例1
在实施例1的基础上，改变之处为，所述酸浸步骤为，将长度为2.3mm的植物纤维置于硫酸溶液中进行浸泡，浸泡温度为24℃，浸泡时间为30min，浸泡结束后洗涤干燥，制得酸浸后的植物纤维；
所述植物纤维为黄麻纤维与亚麻纤维的混合物，所述黄麻纤维与亚麻纤维的质量比为1:1；
所述硫酸溶液，质量浓度为0.27%；
所述植物纤维、硫酸溶液的质量比为12:130；
其余操作均相同。
对比例2
在实施例1的基础上，改变之处为，所述碱浸步骤为，将酸浸后的植物纤维置于氢氧化钠溶液中进行浸泡，浸泡时间为47min，浸泡温度为88℃，浸泡结束后洗涤干燥，制得碱浸植物纤维；
所述氢氧化钠溶液，质量浓度为9.4%；
所述酸浸后的植物纤维、氢氧化钠溶液的质量比为37:85；
其余操作均相同。
试验例
1.将实施例1-3与对比例1-2制得的产品进行性能测试，具体如下：
2.将实施例1-3与对比例1-2制得的产品，置于强度为780W/m2的紫外光下辐照10d，进行性能测试，具体如下：
3.向实施例1-3与对比例1-2制得的产品喷淋去离子水，在保证产品的含水率为15%的状态下静置10d，进行性能测试，具体如下：
由上述实验结果可知，对比例1-2的强度性能、耐紫外照射性能、耐潮湿性能均是低于实施例1-3，收缩率明显高于实施例1-3；
本发明采用酸浸和碱浸步骤，可以有效去除植物纤维中的半纤维素和木质素成分，提高了纤维素的含量；在酸浸过程中加入了改性白炭黑，在碱浸过程中加入了改性纳米填料，填充了酸浸和碱浸过程中留下的孔洞，避免了酸浸和碱浸过程留下的孔洞对于复合材料强度性能的影响；在改性白炭黑步骤中，先是通过活化和球磨步骤提高了白炭黑表面的活化性能，增强了分散性能，通过异氰酸酯对白炭黑表面的羟基进行接枝，改善了白炭黑粒子之间的团聚，均匀分散的白炭黑可以增强复合材料的强度性能，提高强度性能在紫外照射状态下的保持率；在硅烷处理步骤中，氨基硅烷偶联剂水解一端生成的硅烷醇可以与植物纤维表面的羟基结合，还可以与改性纳米填料表面的羧基反应，实现植物纤维的功能化，增强与聚丙烯之间的界面相容性能，进而增强了改性植物纤维与聚丙烯的结合性，并且改性纳米填料的分散性能佳，其与稳定剂等成分相结合，保证了改性植物纤维内部的结构稳定性，最终增强了复合材料的强度性能、耐紫外照射性能和耐潮湿性能。
上述各性能的检测标准如下：
除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为质量百分数。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种植物纤维/pp复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括改性植物纤维、制备稳定剂、混料步骤；
所述改性植物纤维，包括酸浸、碱浸以及硅烷处理步骤；
所述酸浸步骤为，将长度为2.1-2.5mm的植物纤维置于硫酸溶液中进行浸泡，浸泡温度为22-27℃，浸泡时间为26-32min，浸泡结束后洗涤干燥，然后置于密闭容器中进行处理，控制压力为4.0-4.4MPa，温度为27-34℃，静置23-27min，静置结束后，加入改性白炭黑、椰油酰胺丙基甜菜碱和椰油酸进行搅拌，搅拌转速为204-225rpm，搅拌时间为23-30min，搅拌均匀后制得酸浸后的植物纤维；
所述改性白炭黑的制备方法，具体为，将白炭黑进行脉冲放电等离子体处理，控制脉冲放电电压为22-26kV，脉冲频率为58-65Hz，处理时间为4-8min，处理结束后制得活化后的白炭黑；将活化后的白炭黑与去离子水、乙酸异丁酸蔗糖酯和聚丙烯酰胺混合，然后进行球磨处理，球磨时间为30-37min，球磨转速为167-184rpm，球磨结束后干燥，制得球磨后的白炭黑；向球磨后的白炭黑中加入甲苯和六亚甲基二异氰酸酯进行搅拌，搅拌温度为80-84℃，搅拌时间为1.2-1.4h，搅拌结束后过滤、洗涤、干燥制得改性白炭黑；
所述碱浸步骤为，将酸浸后的植物纤维置于氢氧化钠溶液中进行浸泡，浸泡时间为45-50min，浸泡温度为85-90℃，浸泡结束后洗涤干燥，然后置于密闭容器中进行处理，控制压力为3.5-3.8MPa，温度为37-42℃，静置20-30min，静置结束后加入改性纳米填料，然后进行球磨处理，球磨时间为42-50min，球磨转速为170-185rpm，球料比为4-8:1，球磨结束后制得碱浸植物纤维；
所述改性纳米填料的制备方法为，将纳米填料与去离子水混合，升高温度至88-92℃，然后加入明胶和柠檬酸钠，搅拌27-35min，搅拌均匀后干燥，制得改性纳米填料；
所述硅烷处理步骤为，将碱浸后的植物纤维与乙醇溶液混合，然后加入kH550、乙基纤维素，控制搅拌转速为180-190rpm，搅拌时间为35-40min，搅拌结束后，洗涤干燥制得改性植物纤维。
2.根据权利要求1所述的一种植物纤维/pp复合材料的制备方法，其特征在于，
所述酸浸步骤中，所述植物纤维为黄麻纤维与亚麻纤维的混合物，所述黄麻纤维与亚麻纤维的质量比为1:0.8-1.2；
所述硫酸溶液，质量浓度为0.25-0.29%；
所述植物纤维、硫酸溶液、改性白炭黑、椰油酰胺丙基甜菜碱和椰油酸的质量比为10-14:124-138:4.3-5.0:1.4-1.6:0.6-0.8。
3.根据权利要求1所述的一种植物纤维/pp复合材料的制备方法，其特征在于，
所述改性白炭黑的制备方法中，所述白炭黑，粒径为115-125nm；
所述活化后的白炭黑、去离子水、乙酸异丁酸蔗糖酯和聚丙烯酰胺的质量比为11-13:54-62:2.1-2.5:1.4-1.7；
所述球磨后的白炭黑、甲苯、六亚甲基二异氰酸酯的质量比为18-23:84-96:2.4-2.7。
4.根据权利要求1所述的一种植物纤维/pp复合材料的制备方法，其特征在于，
所述碱浸步骤中，所述氢氧化钠溶液，质量浓度为9.2-9.7%；
所述酸浸后的植物纤维、氢氧化钠溶液、改性纳米填料的质量比为35-40:80-93:6.0-6.3。
5.根据权利要求1所述的一种植物纤维/pp复合材料的制备方法，其特征在于，
所述改性纳米填料的制备方法中，所述纳米填料为高岭土和硅藻土的混合物，所述高岭土和硅藻土的质量比为12-16:4.0-4.5；
所述高岭土的粒径为90-110目；
所述硅藻土的粒径为120-140目；
所述纳米填料、去离子水、明胶和柠檬酸钠的质量比为15-18:52-57:1.4-1.9:2.2-2.7。
6.根据权利要求1所述的一种植物纤维/pp复合材料的制备方法，其特征在于，
所述硅烷处理步骤中，所述碱浸后的植物纤维、乙醇溶液、kH550、乙基纤维素的质量比为12-15:104-120:1.3-1.8:2.0-2.5。
7.根据权利要求1所述的一种植物纤维/pp复合材料的制备方法，其特征在于，
所述制备稳定剂步骤为，将二甲基硅油、阿拉伯胶、蓖麻油混合，升高温度至62-70℃，搅拌13-18min，然后加入碳酸钙和油酸，以0.5-0.7℃/min速率升温至50-55℃，搅拌23-30min，搅拌均匀后制得稳定剂；
所述二甲基硅油、阿拉伯胶、蓖麻油、碳酸钙和油酸的质量比为1.2-1.4:2.0-2.2:1.5-1.8:4.6-5.3:0.4-0.6。
8.根据权利要求1所述的一种植物纤维/pp复合材料的制备方法，其特征在于，
所述混料步骤为，将聚丙烯、改性植物纤维、稳定剂、抗氧剂、相容剂、润滑剂混合均匀，置于双螺杆挤出机中进行挤出、成型制得植物纤维/pp复合材料；
所述抗氧剂为抗氧剂1010；
所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；
所述润滑剂为硬脂酸钠；
所述聚丙烯、改性植物纤维、稳定剂、抗氧剂、相容剂、润滑剂的质量比为40-42:60-65:1.5-2.0:0.5-0.7:2.1-2.5:2.3-2.7。
9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的植物纤维/pp复合材料。
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- 2024-01-24 CN CN202410095098.7A patent/CN117603584B/zh active Active
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