一种天然植物纤维表面功能化改性方法技术

本发明专利技术的一种天然植物纤维表面功能化改性方法，首先采用盐酸多巴胺盐仿生修饰的方法对天然植物纤维表面进行活化，再以植物纤维表面沉积的聚多巴胺层为功能层进行二次功能化，接枝硅烷偶联剂，接枝后的植物纤维表面均匀平整包覆一层硅烷偶联剂接枝层,使得其表面引入了大量可以与聚合物基体进行反应的活性基团，显著增强了植物纤维和聚合物复合材料的界面粘结性能。本方法获得的聚多巴胺功能层具有性能稳定和反应活性，并且无毒可控，反应条件温和，容易操作。

【技术实现步骤摘要】
一种天然植物纤维表面功能化改性方法
本专利技术属于植物纤维材料性能改良
，具体涉及一种天然植物纤维表面功能化改性方法。
技术介绍
植物纤维(如木粉、麦秸、甘蔗渣、稻壳、麻纤维、竹纤维等)作为一种环境友好纤维材料，与合成纤维相比，因具有来源丰富、价格低廉、加工成本低，可回收、可降解、可再生等优点。在聚合物复合材料中作为优良的增强材料，植物纤维基复合材料由于其轻质、高强、耐腐蚀等特点，可以替代木材、钢、铝以及混凝土等，在建筑工业中发挥着重要的作用。尽管植物纤维复合材料优点众多，但植物纤维中含有大量的极性羟基等极性官能团，与非极性聚合物的相容性差，因此植物纤维与聚合物基体界面间难以形成很好的粘合，同时，天然植物纤维分子内含氢键，加热时会聚集在一起，导致其在基体中分散不均，从而影响复合材料的综合性能。为改善植物纤维与聚合物的界面结合，需对植物纤维进行改良。
技术实现思路
本专利技术为了解决植物纤维与聚合物基体界面相容性的难题，提供了一种植物纤维表面仿生修饰改性方法。一种天然植物纤维表面功能化改性方法，其特征在于，包括以下步骤:(1)表面预处理将植物纤维浸泡在无水乙醇中，超声清洗40min，再在103℃的烘箱中烘干备用；(2)表面仿生修饰配制0.5-2.0g·L-1的盐酸多巴胺水溶液，加入三羟甲基氨基甲烷盐酸盐调节溶液pH值至7-10，将预处理的植物纤维放入溶液中，搅拌反应0.1-48h，其间通入10-100SCCM的氧气，使多巴胺发生氧化自聚，然后将其进行超声清洗，去除表面残留的盐酸多巴胺，获得单层聚多巴胺仿生修饰层；重复上述操作以获得多层聚多巴胺修饰层，最后将仿生修饰的植物纤维置于烘箱中进行热氧化处理，获得多层结合牢固且具有高反应活性的聚多巴胺层；(3)二次功能化配置浓度为0.5-1％的二次功能化单体溶液，首先用有机酸或盐将PH值调至4-5，将步骤(2)处理后的材料于置于浸泡于上述溶液中，室温下反应0.1-48h，取出后用去离子水和乙醇反复清洗，然后置于103℃烘箱中进行烘干,最终制得的聚多巴胺仿生修饰及硅烷偶联剂二次改性植物纤维。通过在多巴胺溶液中多次重复单层聚多巴胺仿生修饰步骤，使其表面生成多层聚多巴胺层。前述步骤(2)中将仿生修饰的植物纤维烘箱中进行热氧化处理的温度为103℃。前述步骤(3)中二次功能化单体溶液是KH550硅烷偶联剂、KH560硅烷偶联剂、KH570硅烷偶联剂、Si69硅烷偶联剂中的任意一种。前述步骤(1)中盐酸多巴胺水溶液的浓度可以为0.5g·L-1、1.0g·L-1、1.5g·L-1、2.0g·L-1。前述步骤(2)中多巴胺发生氧化自聚时，通入氧气的浓度为60SCCM。前述步骤(2)中多巴胺发生氧化自聚时，通入氧气的浓度为80SCCM。前述步骤(2)中多巴胺发生氧化自聚时，通入氧气的浓度为100SCCM。本专利技术的有益之处在于：本专利技术的一种天然植物纤维表面功能化改性方法工艺简单、反应条件温和、容易操作、环保无毒、可控性好，可以对不同类型植物纤维进行表面聚多巴胺仿生修饰改性，满足植物纤维增强聚合物复合材料性能要求；植物纤维表面仿生修饰不仅能够改善纤维表面的极性官能团，而且聚多巴胺层能够为二次功能化改性提供反应平台，使其仿生修饰效果优于传统的偶联剂改性，并能够有效改善植物纤维与聚合物界面粘结性能；采用本方法获得的聚多巴胺功能层具有性能稳定和反应活性高等特点。具体实施方式实施例1:(1)表面预处理将一定量的植物纤维浸泡在无水乙醇中，超声40min，再在103℃烘箱中烘干备用。(2)表面仿生修饰配制0.5g·L-1的盐酸多巴胺水溶液，加入三羟甲基氨基甲烷盐酸盐调节溶液pH值至7，将预处理的植物纤维放入溶液中，其间通入100SCCM的氧气，搅拌反应48h取出，去除表面残留的盐酸多巴胺，获得单层聚多巴胺仿生修饰层；重复上述操作以获得多层聚多巴胺修饰层，最后将仿生修饰的植物纤维置于103℃烘箱中热氧化处理，待用。(3)二次功能化配置浓度为1％的KH550硅烷偶联剂溶液，首先用有机酸或盐将pH值调至5，将步骤(2)处理后的材料于置于浸泡于上述溶液中，室温下反应48h，取出后用去离子水和乙醇反复清洗，然后置于103℃烘箱中进行烘干。实施例2(1)表面预处理将一定量的植物纤维浸泡在无水乙醇中，超声40min，再在103℃烘箱中烘干。(2)表面仿生修饰配制1g·L-1的盐酸多巴胺水溶液，加入三羟甲基氨基甲烷盐酸盐调节溶液pH值至7.5，将预处理的植物纤维放入溶液中，其间通入80SCCM的氧气，搅拌反应36h取出，待用；重复上述操作以获得多层聚多巴胺修饰层，最后将仿生修饰的植物纤维置于103℃烘箱中热氧化处理，待用。(3)二次功能化配置浓度为1％的KH560硅烷偶联剂溶液，首先用有机酸或盐将pH值调至5，将步骤(2)处理后的材料于置于浸泡于上述溶液中，室温下反应48h，取出后用去离子水和乙醇反复清洗，然后置于103℃烘箱中进行烘干。实施例3:(1)表面预处理将一定量的植物纤维浸泡在无水乙醇中，超声40min，再在103℃烘箱中烘干。(2)表面仿生修饰配制1.5g·L-1的盐酸多巴胺水溶液，加入三羟甲基氨基甲烷盐酸盐调节溶液pH值至8，将预处理的植物纤维放入溶液中，其间通入60SCCM的氧气，搅拌反应24h取出，待用；重复上述操作以获得多层聚多巴胺修饰层，最后将仿生修饰的植物纤维置于103℃烘箱中热氧化处理，待用。(3)二次功能化配置浓度为1％的KH570硅烷偶联剂溶液，首先用有机酸或盐将pH值调至5，将步骤(2)处理后的材料于置于浸泡于上述溶液中，室温下反应48h，取出后用去离子水和乙醇反复清洗，然后置于103℃烘箱中进行烘干。实施例4:(1)表面预处理将一定量的植物纤维浸泡在无水乙醇中，超声40min，再在103℃烘箱中烘干。(2)表面仿生修饰配制2g·L-1的盐酸多巴胺水溶液，加入三羟甲基氨基甲烷盐酸盐调节溶液pH值至8，将预处理的植物纤维放入溶液中，其间通入60SCCM的氧气，搅拌反应12h取出，待用；重复上述操作以获得多层聚多巴胺修饰层，最后将仿生修饰的植物纤维置于103℃烘箱中热氧化处理，待用。(3)二次功能化配置浓度为1％的Si69硅烷偶联剂溶液，首先用有机酸或盐将pH值调至5，将步骤(2)处理后的材料于置于浸泡于上述溶液中，室温下反应48h，取出后用去离子水和乙醇反复清洗，然后置于103℃烘箱中进行烘干。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天然植物纤维表面功能化改性方法，其特征在于，包括以下步骤:(1)表面预处理将植物纤维浸泡在无水乙醇中，超声清洗40min，再在103℃的烘箱中烘干备用；(2)表面仿生修饰配制0.5‑2.0g·L

【技术特征摘要】
1.一种天然植物纤维表面功能化改性方法，其特征在于，包括以下步骤:(1)表面预处理将植物纤维浸泡在无水乙醇中，超声清洗40min，再在103℃的烘箱中烘干备用；(2)表面仿生修饰配制0.5-2.0g·L-1的盐酸多巴胺水溶液，加入三羟甲基氨基甲烷盐酸盐调节溶液pH值至7-10，将预处理的植物纤维放入溶液中，搅拌反应0.1-48h，其间通入10-100SCCM的氧气，使多巴胺发生氧化自聚，然后将其进行超声清洗，去除表面残留的盐酸多巴胺，获得单层聚多巴胺仿生修饰层；重复上述操作以获得多层聚多巴胺修饰层，最后将仿生修饰的植物纤维置于烘箱中进行热氧化处理，获得多层结合牢固且具有高反应活性的聚多巴胺层；(3)二次功能化配置浓度为0.5-1％的二次功能化单体溶液，首先用有机酸或盐将PH值调至4-5，将多巴胺仿生修饰处理的植物纤维材料于置于浸泡于上述溶液中，室温下反应0.1-48h，取出后用去离子水和乙醇反复清洗，然后置于103℃烘箱中进行烘干,最终制得的聚多巴胺仿生修饰及硅烷偶联剂二次改性植物纤维。2.根据权利要求1所述的一种天然植物纤维表面功能化改性方法，其特征在于，通过在多巴胺溶液中多次重复单层聚多...

【专利技术属性】
技术研发人员：羡瑜，李海栋，王翠翠，王戈，程海涛，
申请(专利权)人：山西农业大学，
类型：发明
国别省市：山西,14