一种以烷基烯酮二聚体表面改性生物质纤维制备脂肪族聚酯复合材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种以烷基烯酮二聚体表面改性生物质纤维制备脂肪族聚酯复合材料的方法，包括以下步骤：（1）AKD乳液的制备及其对生物质纤维原料的表面处理；（2）表面改性纤维的熟化处理；(3)表面改性生物质纤维与脂肪族聚酯基体的复合。经表面疏水处理的纤维间氢键结合作用减弱，在脂肪族聚酯基体中的团聚降低，改善了复合材料的界面强度，从而使其具有更加优异的综合性能，尤其是力学性能。该复合材料产品应用广泛，可用于家用电器、汽车工业、包装、日用品等领域。且该方法成本较低、工艺简便，有利于推广应用，对于提高生物质原料的利用水平，缓解石油资源危机和保护环境等方面具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，包括以下步骤：（1）AKD乳液的制备及其对生物质纤维原料的表面处理；（2）表面改性纤维的熟化处理；(3)表面改性生物质纤维与脂肪族聚酯基体的复合。经表面疏水处理的纤维间氢键结合作用减弱，在脂肪族聚酯基体中的团聚降低，改善了复合材料的界面强度，从而使其具有更加优异的综合性能，尤其是力学性能。该复合材料产品应用广泛，可用于家用电器、汽车工业、包装、日用品等领域。且该方法成本较低、工艺简便，有利于推广应用，对于提高生物质原料的利用水平，缓解石油资源危机和保护环境等方面具有重要意义。【专利说明】一种以烷基烯酮二聚体表面改性生物质纤维制备脂肪族聚 酯复合材料的方法
本专利技术属于先进复合材料领域，涉及纤维素改性和高分子复合材料，具体涉及通 过烷基烯酮二聚体(AKD)的添加，来提高生物质纤维-脂肪族聚酯复合材料性能的方法。
技术介绍
高分子材料已成为现代科学技术及国民经济建设的重要支柱，其原料大部分来源 于石油，且其中的大部分难于降解。石油资源的日渐匮乏和环境保护的压力促使发展低碳、 环境友好的高分子材料成为重要的工作。 生物质纤维-聚合物复合材料是一类新型的绿色复合材料，通用塑料(如PE、PP、 PVC等）或可生物降解塑料(主要指脂肪族聚酯材料）均可作为生物质纤维-聚合物复合材 料的基体材料。与常见的增强纤维如玻璃纤维、碳纤维等相比，生物质纤维具有比强度高、 来源广泛、价格低廉、可生物降解、对加工设备磨损小的优点，与脂肪族聚酯材料复合后得 到的复合材料具有可生物降解性，同时可大大降低复合材料的生产成本。 脂肪族聚酯(如PLA、PBS、PBAT等）是已商品化的高分子材料，在堆肥条件下能够 自然分解，既具有塑料的优点，又不污染环境，被视作是21世纪应用极其广泛的一类"功能 聚合材料"。但是脂肪族聚酯普遍存在价格较高，力学性能较差等缺点，影响了其工业化推 广应用。 纤维增强热塑性树脂基复合材料界面的组成、性质、结合方式以及结合强度对复 合材料的力学性能有着重要影响。复合材料中纤维与基体之间的应力传递的能力主要取决 于界面的性能。复合材料宏观性能的好坏很大程度上取决于基体和填充物之间的界面结合 状况，界面往往就是材料的最弱环节。 木质填料的主要成分是纤维素，半纤维素，木质素等含有大量羟基、酚羟基的 高分子化合物，大量的单糖、果胶质、脂肪、蜡及小分子化合物。羟基、酚羟基的存在，使木 质填料具有强极性和亲水性，以及较高的表面能。而聚合物基体大多是非极性或弱极性的 高分子材料，表面能较低。两者之间的界面不能很好地粘合，外力不能在两相之间进行有 效的传递，导致材料的性能较差。此外，羟基和酚羟基的存在，增大了木材纤维原料之间的 团聚作用，热加工时会产生聚集现象，致使其不能在塑料基体中均匀分散，从而影响到 复合材料的综合性能。因此，木塑复合材料的发展受到相容性的限制。提高木质纤维原料 在基体中的分散性，同时改善木塑复合材料的两相界面结合，是提高木塑复合材料使用性 能的关键问题，也是研究中的重点与难点。 在对复合材料的深入研究中，人们已经提出了多种界面理论，如化学键理论、浸润 性理论、过渡层理论、机械互锁理论、摩擦理论、扩散理论、静电理论等。基于上述各种界面 理论，产生了多种多样复合材料界面改性的方法。大致可以分为物理改性与化学改性两类。 通过物理手段处理纤维或基体表面，可以改变纤维结构形貌，增强纤维素表面与 聚合物基体的啮合，其效果直接影响后面的改性效果及复合材料的性能。物理改性的特点 是不需要加入任何其他试剂，成本相对较低，基本上不会对环境造成影响，但单独使用效果 不明显，更多的是为后面的化学改性做准备。 化学改性是通过添加化学试剂对木粉进行表面处理，以改变植物纤维表面的化学 结构，提高植物纤维与树脂基体的相容性及植物纤维在树脂基体中的分散性，从而提高复 合材料的力学性能。根据其实现的手段可以分为以碱处理、酰化处理、界面改性剂处理等。 在各种化学处理方法中，加入界面改性剂是最简单且有效的方法，也是目前木塑复合材料 相容性研究领域中报道最多的方法。界面改性剂主要通过化学反应或浸润作用在植物纤维 /聚合物之间建立物理和化学交联，在纤维填料和聚合物之间起到了一个桥的作用，从而提 高两者的相容性，促进纤维填料在基体中的分散。通常用于改善木质纤维原料与聚合物基 体的界面改性剂有硅烷偶联剂、钛酸酯及铝酸酯偶联剂、异氰酸酯类偶联剂及各种极性与 非极性单体的共聚物、接枝物等。 李琴等在中国专利申请CN101942184A中公开了一种竹粉填充生物可降解复合材 料及其制备方法，采用铝酸酯偶联剂改善竹粉纤维与PBS基体的界面相容性，得到刚性平 衡、力学性能较好的复合材料。余汉成等在中国专利申请CN101519524B中公开了一种可完 全生物降解材料及其制备方法，采用硅烷偶联剂KH560制备了淀粉/PBS复合材料，改性后 复合材料的综合力学性能得到较大提高。 Yang Zhao 等在《Journal of Applied Polymer Science》2012 年 154 卷第四期 3211-3220页发表的论文中，采用四种不同的氨基硅烷偶联剂对稻草秸杆纤维进行改性，并 制备了秸杆纤维/PBS复合材料。经改性后复合材料的拉伸性能提高，且经3- (2-氨乙基氨 丙基）三乙氧基硅烷改性得到的复合材料的拉伸强度最高，这是由于偶联剂中的氨基含量 最多，氨基和PBS中的羰基反应形成蓝移的氢键，使复合材料的界面粘结强度增大，从而较 大地改善了复合材料的性能。 相比于通用塑料制备的复合材料，目前有关脂肪族聚酯基复合材料的报道仍然较 少，尚需研究开发改善其界面结合的新方法，提高复合材料界面粘结强度，最终提高复合材 料的使用性能，促进这种环境友好材料的推广和应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种以烷基烯酮二聚体表面改性生物质纤维制备脂肪族 聚酯基复合材料的方法，以工业品烷基烯酮二聚体（AKD)蜡粉，配置适宜浓度的AKD乳液， 或直接采用工业品的AKD乳液，对生物质纤维进行表面预处理，使其在纤维表面熟化，经表 面疏水处理的纤维，在改善其对脂肪族聚酯基体浸润性和粘结性的同时，改善了复合材料 的界面强度，从而使其具有更加优异的综合性能，尤其是力学性能。 为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是： 一种以烷基烯酮二聚体表面改性生物质纤维制备脂肪族聚酯基复合材料的方法，包括 以下步骤： 步骤一、AKD乳液对生物质纤维的表面处理： AKD乳液对生物质纤维进行表面处理得到表面改性生物质纤维，其中AKD乳液与生物 质纤维的质量比为（0. 05-20) : 100 ; 步骤二，表面改性生物质纤维的干燥熟化处理： 将步骤二中处理后的表面改性生物质纤维于8(T14(TC下鼓风干燥4~24h，得到表面处 理后的改性生物质纤维； 步骤三，表面改性生物质纤维与脂肪族聚酯基体的复合： 以步骤三中经干燥熟化后的表面改性生物质纤维与脂肪族聚酯基体于8(T20(TC下熔 融加工混合，制备得到复合材料，其中表面改性生物质纤维与脂肪族聚酯基体的质量比为 (1-200) ：100 ； 所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以烷基烯酮二聚体表面改性生物质纤维制备脂肪族聚酯基复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、AKD乳液对生物质纤维的表面处理： AKD乳液对生物质纤维进行表面处理得到表面改性生物质纤维，其中AKD乳液与生物质纤维的质量比为（0.05‑20）：100；步骤二，表面改性生物质纤维的干燥熟化处理：将步骤二中处理后的表面改性生物质纤维于80~140℃下鼓风干燥4~24h，得到表面处理后的改性生物质纤维；  步骤三，表面改性生物质纤维与脂肪族聚酯基体的复合：以步骤三中经干燥熟化后的表面改性生物质纤维与脂肪族聚酯基体于80~200℃下熔融加工混合，制备得到复合材料，其中表面改性生物质纤维与脂肪族聚酯基体的质量比为（1‑200）：100；所述AKD为烷基烯酮二聚体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：岳小鹏，徐永建，宁宇震，凤璐，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61