一种改性麻纤维聚乳酸复合材料的制备方法技术

本发明专利技术属于复合材料制造领域，具体公开了一种改性麻纤维聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：纤维预处理→碱处理→防水剂处理→制备改性麻纤维聚乳酸复合材料→成型，其中：纤维预处理采取将麻纤维的根部、中部和梢部分开，然后将每个部位分别进行切断、开松、混合，再进行后续的碱处理、防水处理，碱处理可以效果去除非纤维素物质，同时改善纤维的强度和韧性；防水剂处理可以通过疏水性表面改善纤维与聚乳酸的界面相容性和粘结强度，而且对纤维力学性能影响较小。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术属于复合材料制造领域，具体涉及一种改性麻纤维聚乳酸复合材料的制备方法。
技术介绍
：聚乳酸是以玉米、小麦等农作物的发酵产物乳酸为原料制备的一种环境友好的材料，具有良好的生物可降解性、生物相容性、机械性能和成型加工性能，目前已成为应用最为广泛的生物降解高分子材料。然而，纯聚乳酸存在柔韧性和冲击性能差、结晶速度慢、成本高等缺点，同时又因不含反应性功能基团和亲水性基团而不能通过化学反应实现功能扩展，这些极大地限制了其用途及使用效果。国内外科研工作者研究发现，纤维增强改性可有效改善聚乳酸的机械力学性能、结晶性能和成型加工等性能，而且可降低成本。天然纤维具有密度低、比性能高、价廉、资源丰富、可生物降解等优点，目前已成为复合材料增强体的研究热点，其中麻纤维由于纤维素含量高、强度大等优点而成为研究最多的增强体。然而，亲水性基团与毛细管的大量存在，使麻纤维具有优良的亲水性，严重影响了纤维与低极性聚合物的界面相容性和粘合性。此外，麻纤维纤维素含量约为60-80％，其他非纤维素成分的存在不仅使麻纤维变脆变硬，而且降低了麻纤维的强度，致使麻纤维增强复合材料的强力增加有限。为了提高麻纤维复合材料增强效果，需对麻纤维进行改性。目前，常用的改性方法分为物理改性法和化学改性法，其中物理法主要有热处理(处理纤维干硬变脆，影响复合材料的力学性能)、静放电处理(需要特殊设备，成本高，至今未实现工业化生产)、汽蒸闪爆处理(需要高压蒸汽)等，化学法主要有碱处理、乙酰化处理、表面接枝处理、界面偶联处理等。碱处理可有效去除非纤维素成分，改善纤维拉伸强度，但并不能改善纤维与聚合物的相容性和界面粘结性能。在碱处理的基础上，采用乙酰化或界面偶联改性可以在一定程度上降低纤维表面能，提高纤维与聚合物的相容性，但乙酰化试剂和界面偶联剂自身含有一定量的羧基、羟基等亲水性基团，如果反应不完全，纤维表面仍具有较高的表面能和亲水性。表面接枝虽能有效改善纤维与基体间的相容性，但因反应条件难以控制、成本较高而不易工业化生产。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种改性麻纤维聚乳酸复合材料的制备方法，本专利技术工艺简单、条件易控制，改性麻纤维与聚乳酸具有良好的界面相容性和粘结性能，制取的复合材料增强效果显著、成本较低。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：一种改性麻纤维聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)纤维预处理：将经过沤制敲打过的麻纤维切成2-5cm长，并将其开松、混合；(2)碱处理：处理液：10-20g/L的氢氧化钠、4-8g/L的亚硫酸钠、3-5g/L的硅酸钠、1-3g/L的渗透剂JFC，调节浴比为1：10-20，以1-3℃/min升温至80-100℃，保温90-180min，水洗、酸洗至中性，水洗，脱水；(3)防水剂处理：浴比为1：10-20，加入20-30g/L的防水剂，以1-3℃/min升温至40-60℃，保温30-90min，脱水，烘干；(4)制备改性麻纤维聚乳酸复合材料：将步骤(3)处理后的麻纤维和聚乳酸在80-100℃烘燥2-4h去除水分，再将麻纤维、聚乳酸、抗氧剂按照比例混合在双螺杆挤出机中进行复合挤出，冷却、切粒，重复3-5次，得到改性麻纤维聚乳酸复合材料；其中：螺杆转速为70-90rpm，挤出温度为170-190℃；各组成的重量百分比为：改性麻纤维20-40％，抗氧剂1-6％，其余为聚乳酸，总重量满足100％。本专利技术进一步的设置在于：步骤(1)中，所述的麻纤维为黄麻、亚麻、剑麻、苎麻、汉麻中的一种或几种混合物。步骤(1)中，所述的麻纤维采用根部纤维、中部纤维、梢部纤维中的一种或几种。步骤(1)中，将麻纤维的根部、中部和梢部分开，然后将每个部位分别进行切断、开松、混合，然后根据不同部位选择碱处理工艺。步骤(2)中，根据麻纤维的不同部位选择碱处理工艺如下：梢部纤维的处理工艺为：溶液组成：10g/L氢氧化钠、5g/L亚硫酸氢钠、3g/L硅酸钠、2g/L渗透剂JFC、浴比：1：15，温度：2℃/min升温至90℃、保温：120min；中部纤维：溶液组成：15g/L氢氧化钠、6g/L亚硫酸氢钠、4g/L硅酸钠、2g/L渗透剂JFC、浴比：1：15，温度：2℃/min升温至90℃、保温：120min；根部纤维：溶液组成：20g/L氢氧化钠、8g/L亚硫酸氢钠、4g/L硅酸钠、2g/L渗透剂JFC、浴比：1：15，温度：2℃/min升温至100℃、保温：180min。步骤(3)中，防水剂选择反应性氟硅防水剂、或无氟的反应性有机硅防水剂。步骤(3)中，防水剂选择市售的丙烯酸酯类有机硅防水剂。将步骤(4)制备的改性麻纤维聚乳酸复合材料，采用常规成型法进一步成型为改性麻纤维聚乳酸复合材料型材。本专利技术采用的原理如下：(1)纤维预处理：麻纤维是从麻杆上剥下来的韧皮，经过沤制和敲打后形成束状纤维，其长度可达100cm以上，其不同部位因生长周期不一而含有不等量的化学组成，且力学性能不一致。非纤维素物质含量较多的部位碱处理条件较含量较少的部位要剧烈，将黄麻的根部、中部和稍部三个部位分开处理，不仅可以提高处理的均匀度，而且可节省成本。在分部位的基础上，将麻纤维切成2-5cm长，进行开松、混合，可以提高碱剂与非纤维素物质的有效接触，从而改善处理效果。(2)碱处理：经过沤制、敲打后的麻纤维中含有20-40％的果胶、木质素、半纤维素等非纤维素物质，这些物质将纤维素粘连在一起，这样的麻纤维表面光滑、硬度较大，而强度和韧性较差。通过条件控制，碱处理可以效果去除非纤维素物质，同时改善纤维的强度和韧性。(3)防水剂处理：碱处理后，纤维中的主要化学成分为纤维素和少量残留的半纤维素、木质素，这些物质结构中含有大量的羟基、羧基等亲水性基团，导致纤维与低极性物质的界面相容性和粘结力较差。在碱处理的基础上，采用防水剂进行表面改性，不仅可以通过疏水性表面改善纤维与聚乳酸的界面相容性和粘结强度，而且对纤维力学性能影响较小。本专利技术的有益效果是：通过使用本专利技术得到的一种改性麻纤维增强聚乳酸复合材料的制备方法，与现有技术相比，具有以下突出优点和积极效果：(1)工艺简单，工艺参数稳定易控制；(2)纤维改性方法对纤维力学性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性麻纤维聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）纤维预处理：将经过沤制敲打过的麻纤维切成2‑5cm长，并将其开松、混合；（2）碱处理：处理液：10‑20g/L的氢氧化钠、4‑8g/L的亚硫酸钠、3‑5g/L的硅酸钠、1‑3g/L的渗透剂JFC，调节浴比为1：10‑20，以1‑3℃/min升温至80‑100℃，保温90‑180min，水洗、酸洗至中性，水洗，脱水；（3）防水剂处理：浴比为1：10‑20，加入20‑30g/L的防水剂，以1‑3℃/min升温至40‑60℃，保温30‑90min，脱水，烘干；（4）制备改性麻纤维聚乳酸复合材料：将步骤（3）处理后的麻纤维和聚乳酸在80‑100℃烘燥2‑4h去除水分，再将麻纤维、聚乳酸、抗氧剂按照比例混合在双螺杆挤出机中进行复合挤出，冷却、切粒，重复3‑5次，得到改性麻纤维聚乳酸复合材料；其中：螺杆转速为70‑90rpm，挤出温度为170‑190℃；各组成的重量百分比为：改性麻纤维20‑40%，抗氧剂1‑6%，其余为聚乳酸，总重量满足100%。

【技术特征摘要】
1.一种改性麻纤维聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）纤维预处理：
将经过沤制敲打过的麻纤维切成2-5cm长，并将其开松、混合；
（2）碱处理：
处理液：10-20g/L的氢氧化钠、4-8g/L的亚硫酸钠、3-5g/L的硅酸钠、1-3g/L的渗透剂JFC，调节浴比为1：10-20，以1-3℃/min升温至80-100℃，保温90-180min，水洗、酸洗至中性，水洗，脱水；
（3）防水剂处理：
浴比为1：10-20，加入20-30g/L的防水剂，以1-3℃/min升温至40-60℃，保温30-90min，脱水，烘干；
（4）制备改性麻纤维聚乳酸复合材料：
将步骤（3）处理后的麻纤维和聚乳酸在80-100℃烘燥2-4h去除水分，再将麻纤维、聚乳酸、抗氧剂按照比例混合在双螺杆挤出机中进行复合挤出，冷却、切粒，重复3-5次，得到改性麻纤维聚乳酸复合材料；其中：螺杆转速为70-90rpm，挤出温度为170-190℃；各组成的重量百分比为：改性麻纤维20-40%，抗氧剂1-6%，其余为聚乳酸，总重量满足100%。
2.根据权利要求1所述的一种改性麻纤维聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述的麻纤维为黄麻、亚麻、剑麻、苎麻、汉麻中的一种或几种混合物。
3.根据权利要求1所述的一种改性麻纤维聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述的麻纤维采用根部纤维、中部纤维、梢部纤维中的一种或几种。
4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王维明，邹林波，江维琼，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33