晶须增强植物纤维复合材料、及其制备方法和应用技术

技术编号:20088164 阅读:38 留言:0更新日期:2019-01-15 07:18
本发明专利技术涉及的是晶须增强植物纤维复合材料、及其制备方法和应用。本发明专利技术由以下重量组份制备而成,植物纤维粉40~60份,天然树脂粉10~15份,糊化淀粉10~20份,碳酸钙晶须5~15份,硅烷偶联剂0.5~1份。本发明专利技术将碳酸钙晶须作填充物,能够阻止裂纹扩展,通过界面可塑性形变起到加速冲击能量耗散的作用,以此达到增强的目的。本发明专利技术使用硅烷偶联剂对碳酸钙晶须进行改性,改性后的硅烷偶联剂连接或包覆在晶须表面,形成包覆层,同时硅烷偶联剂有较长的分子链,易与树脂发生分子缠结,形成柔性界面层,从而提高了碳酸钙晶须在树脂中分散性,改善了碳酸钙晶须与树脂间的界面相容性,达到了提高制品的强度的目的。

【技术实现步骤摘要】
晶须增强植物纤维复合材料、及其制备方法和应用
本专利技术涉及植物纤维复合材料领域,尤其是涉及的是晶须增强植物纤维复合材料、及其制备方法和应用。
技术介绍
稻壳纤维或植物纤维制成的植物纤维制品,其原材料都来源于大自然的产物,具有绿色环保等特点,能在大自然界中自行降解成为有机肥料,回归自然,因此具有广阔的市场前景。植物纤维产品一般以植物纤维为基材、淀粉为粘合剂,并添加其他加工助剂和功能助剂等,通过高温快速成型后快速降温。中国专利ZL201210151467.7公开了一种稻壳纤维合成树脂粉,先将稻壳研磨成稻壳粉,然后放入混合机,加入纤维素、淀粉和水混合均匀,然后取出冷却呈稻壳纤维粉,另外将天然树脂和木质素放入反应釜内,再加入水搅拌均匀成浆,然后加入纳米二氧化硅继续搅拌均匀冷却后,再加入稻壳纤维粉继续搅拌,然后冷却后取出,制成糊状物料,然后直接注入闪蒸干燥机制成稻壳纤维合成树脂粉。通过上述专利制成的植物纤维制品能够完全降解,更加环保,且其耐高温、强度、密度和硬度性能更俱佳,能够满足厨具、餐具、玩具等需求,但是其强度仍然有待作进一步提高,以便增加其应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足,提供一种晶须增强植物纤维复合材料、及其制备方法和应用。该晶须增强植物纤维复合制品,较一般植物纤维树脂复合制品,具有更优异的强度。为实现上述目的,本专利技术的技术解决方案是:晶须增强植物纤维复合材料的制备方法,包括以下步骤:(1)、配制35-50wt%的乙醇/去离子水的混合液,并用冰醋酸调节PH值至4-5;将混合液加热至90-100℃,加入硅烷偶联剂水解5-10min;向混合液内加入碳酸钙晶须并搅拌均匀,然后脱水、干燥、冷却至室温,得到改性碳酸钙晶须。本专利技术也可以采用如碳化硅晶须、莫来石晶须、钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、氧化锌晶须、氧化镁晶须、硫酸钙晶须、镁盐晶须等陶瓷质晶须,作为增强填料,但以碳酸钙晶须的效果最佳。(2)、将植物纤维粉、天然树脂粉、糊化淀粉置于高速搅拌机内混合均匀,取出过60目筛,得到植物纤维树脂粉。(3)、将植物纤维树脂粉和改性碳酸钙晶须放入除去球体的球磨机内混合均匀,得到晶须增强植物纤维复合材料。将球磨机内的球体去除,可以有效防止晶须的长径比被破坏,保证增强效果。本专利技术还公开了晶须增强植物纤维复合材料的配方。其由以下重量组分制备而成:植物纤维粉40~60份,天然树脂粉10~15份,糊化淀粉10~20份,碳酸钙晶须5~15份,硅烷偶联剂0.5~1份。进一步的,糊化淀粉为玉米糊化淀粉、马铃薯糊化淀粉、高直链玉米糊化淀粉、小麦糊化淀粉中的一种或多种混合。进一步的,碳酸钙晶须的晶须长度为50~80μm,直径为0.5~1.2μm,文石含量在98%以上。进一步的,植物纤维是稻壳纤维、小麦纤维、秸秆纤维、木纤维、竹纤维、麻类纤维、甘蔗纤维的一种或多种。进一步的,天然树脂粉为阿拉伯胶、虫胶、琥珀中的一种或多种混合。进一步的,硅烷偶联剂为KH-550、KH-560、KH-570中的一种或多种混合。进一步的,植物纤维粉的含水量为6-10wt%。本专利技术还公开了晶须增强植物纤维复合材料的应用。该复合材料能应用于制造玩具、文具、办公器具、餐具、厨具、家具。通过采用上述的技术方案,本专利技术的有益效果是:本专利技术将碳酸钙晶须作填充物,来填充植物纤维树脂复合材料。当植物纤维树脂复合制品受到能量冲击时,制品内部宏观裂纹或微裂纹开始扩散到含有晶须的微区时,必须将其拔出、折断或界面脱粘才能继续扩展。因此,用作填充物的碳酸钙晶须能够阻止裂纹扩展,通过界面可塑性形变起到加速冲击能量耗散的作用,以此达到增强的目的。采用本专利技术制成的植物纤维复合制品,较一般植物纤维树脂复合制品,其冲击强度提升30~40%。本专利技术用硅烷偶联剂对碳酸钙晶须进行改性,CaCO3表面大部分的CO32-都可以被水解,使碳酸钙晶须表面含有羟基,改性后硅烷偶联剂连接或包覆在晶须表面,形成包覆层,而硅烷偶联剂有较长的分子链,易与树脂发生分子缠结,形成柔性界面层,从而提高了碳酸钙晶须在树脂中分散性,改善了碳酸钙晶须与树脂间的界面相容性,达到了提高制品的强度的目的。硅烷偶联剂水解反应会产生硅醇结构,但硅醇结构容易发生自缩聚反应,稳定性较差。本专利技术将硅烷偶联剂置于乙醇/去离子水混合液水解,使得硅醇结构具有适当的稳定性,将混合液调配呈弱酸性,则进一步保证了硅醇结构的稳定性。通过上述方案,保证硅醇结构稳定且数量足够,因此部分硅醇结构会与基材表面的羟基发生缩合反应,剩余的硅醇键则与其他硅烷分子上的硅醇键发生缩合反应或者形成氢键,通过这种共价键和氢键的结合,硅烷就附着在基材表面,从而起到对基材表面改性的作用;而硅烷分子上其他有机官能团将保持后续反应的化学活性。具体实施方式以下结合具体实施例来进一步说明本专利技术。以下各物质的份数是指重量份数。实施例1(1)、配制35wt%的乙醇/去离子水的混合液,并用冰醋酸调节PH值至5。将混合液加热至95℃,加入0.5份KH-550水解5min。向混合液内加入5份碳酸钙晶须,并以30r/min的速度搅拌均匀。最后,脱水、干燥、冷却至室温,制得改性碳酸钙晶须,待用。其中,碳酸钙晶须的晶须长度为50-80μm,直径为0.5-1.2μm,文石含量98%。(2)、取40份稻壳纤维粉、10份阿拉伯胶、15份玉米糊化淀粉置于高速搅拌机内混合均匀,再取出并过60目筛,得到稻壳纤维树脂粉。稻壳纤维粉是由稻壳经高温杀菌、干燥、破碎、过筛制得,含水量为5wt%,粒径大于50目。(3)、将步骤(2)的稻壳纤维树脂粉和步骤(1)的改性碳酸钙晶须放入除去球体的球磨机内混合均匀,得到晶须增强稻壳纤维复合材料。将上述晶须增强稻壳纤维复合材料注入模具内进行模压,待产品成型后将其取出,然后将产品进行磨边、抛光等得到勺子。本实施例的模压工艺与现有模压工艺一致,区别在于温度、时间等的控制,因此在这里不作进一步赘述。实施例2(1)、配制50wt%的乙醇/去离子水的混合液,并用冰醋酸调节PH值至4。将混合液加热至100℃,加入1份KH-570水解8min。向混合液内加入10份碳酸钙晶须,并以50r/min的速度搅拌均匀。最后,脱水、干燥、冷却至室温,制得改性碳酸钙晶须,待用。其中,碳酸钙晶须的晶须长度为50-80μm,直径为0.5-1.2μm,文石含量98.5%。(2)、取60份稻壳纤维粉、12份阿拉伯胶、18份高直链玉米糊化淀粉置于高速搅拌机内混合均匀,再取出并过60目筛,得到稻壳纤维树脂粉。稻壳纤维粉是由稻壳经高温杀菌、干燥、破碎、过筛制得,其含水量为6wt%,粒径大于60目。(3)、将步骤(2)的稻壳纤维树脂粉和步骤(1)的改性碳酸钙晶须放入除去球体的球磨机内混合均匀,得到晶须增强稻壳纤维复合材料。将上述晶须增强稻壳纤维复合材料注入模具内进行模压,待产品成型后将其取出,然后将产品进行磨边、抛光等得到砧板。实施例3(1)、配制40wt%的乙醇/去离子水的混合液,并用冰醋酸调节PH值至5。将混合液加热至90℃,加入1份KH-560水解10min。向混合液内加入15份碳酸钙晶须,并以40r/min的速度搅拌均匀。最后,脱水、干燥、冷却至室温,制得改性碳酸钙晶须,待用。其中,碳酸钙晶须的晶须长度为50-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.晶须增强植物纤维复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)、配制35‑50wt%的乙醇/去离子水的混合液,并用冰醋酸调节PH值至4‑5;将混合液加热至90‑100℃,加入硅烷偶联剂水解5‑10min;向混合液内加入碳酸钙晶须并搅拌均匀,然后脱水、干燥、冷却至室温,得到改性碳酸钙晶须;(2)、将植物纤维粉、天然树脂粉、糊化淀粉置于高速搅拌机内混合均匀,取出过60目筛,得到植物纤维树脂粉;(3)、将植物纤维树脂粉和改性碳酸钙晶须放入除去球体的球磨机内混合均匀,得到晶须增强植物纤维复合材料。

【技术特征摘要】
1.晶须增强植物纤维复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)、配制35-50wt%的乙醇/去离子水的混合液,并用冰醋酸调节PH值至4-5;将混合液加热至90-100℃,加入硅烷偶联剂水解5-10min;向混合液内加入碳酸钙晶须并搅拌均匀,然后脱水、干燥、冷却至室温,得到改性碳酸钙晶须;(2)、将植物纤维粉、天然树脂粉、糊化淀粉置于高速搅拌机内混合均匀,取出过60目筛,得到植物纤维树脂粉;(3)、将植物纤维树脂粉和改性碳酸钙晶须放入除去球体的球磨机内混合均匀,得到晶须增强植物纤维复合材料。2.一种晶须增强植物纤维复合材料,其特征在于,由以下重量组份并依据权利要求1所述制备方法制备而成,植物纤维粉40~60份,天然树脂粉10~15份,糊化淀粉10~20份,碳酸钙晶须5~15份,硅烷偶联剂0.5~1份。3.根据权利要求2所述晶须增强植物纤维复合材料,其特征在于,糊化淀粉为玉米糊化淀粉、马铃薯糊化...

【专利技术属性】
技术研发人员:庄展鹏柯婵陈鉥
申请(专利权)人:厦门壳氏新材料科技有限公司
类型:发明
国别省市:福建,35

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