一種樹脂基竹纖維復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及復合材料的制備方法，具體涉及一種樹脂基竹纖維復合材料的制備方 法。
【背景技術】
[0002] 植物纖維材料由纖維素、半纖維素、木質素及有機抽提物組成，是一種不均勻的 各向異性材料，因其表面含有豐富的極性醇羥基官能團，分子內或分子間存在很強的氫鍵 作用，使植物纖維材料表面表現出強極性和親水性，而塑料基體大多都是非極性、親油性物 質。因此，在木（竹）塑復合材料的制備中，極性的植物纖維與非極性的塑料基體之間不能 很好地粘合，界面粘接力很小，微觀上呈現非均相體系，顯示出材料的性能較差。通過ATRP 法接枝改性竹漿纖維，可以使其與塑料基體很好的結合在一起，制成的復合材料在各項性 能（強度、熱性能等）上都有很大提尚。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的正是為了克服上述技術的不足，而提供一種樹脂基竹纖維復合材料 的制備方法，一種低成本、高效、制備工藝簡單方便的竹塑復合材料的合成方法，解決了纖 維與樹脂基體的相容性問題，提高了復合材料的強度以及熱學性能。
[0004] 本發明的目的是通過如下技術方案來完成的。這種樹脂基竹纖維復合材料的制備 方法，該方法具體步驟如下：
[0005] (1)、竹漿纖維原料的準備：以硫酸鹽法竹漿纖維為原料，將預先準備好的竹漿板 撕碎，然后按照標準規范放入立式打漿機進行打漿，打漿過程每隔一段時間測量打漿度，最 后制備打漿度為30、40或50三種規格的竹漿纖維，然后各自進行脫水處理，分別用自封袋 冷藏保存；
[0006] (2)、竹漿纖維大分子引發劑的制備：取絕干漿為0. 16g竹漿纖維放入解離器中進 行解離分散，解離后的竹纖維經丙酮、四氫呋喃THF潤洗真空抽濾后備用；將100mL的三口 圓底燒瓶放入恒溫水浴鍋中，在圓底燒瓶中加入〇. 5g的4-二甲基氨基吡啶DMAP，取50ml 的四氫呋喃THF放入燒瓶將4-二甲基氨基吡啶DMAP溶解，并加入I. 5ml的三乙胺，然后充 入氮氣15min，將解離后的竹纖維撕碎放入三口燒瓶中并加入轉子攪拌，待溶液均勻后，冰 浴條件下逐滴加入1ml的2-溴異丁酰溴BIBB，密封封閉，然后將溫度升高至60°C后攪拌反 應 24h ;
[0007] (3)、竹漿纖維AGETATRP法接枝改性：在100mL三口圓底燒瓶中加入IOml的 N，N-二甲基甲酰胺DMF，然后按照摩爾比1 : 2 : 3依次加入0. 30mmol的Cufc2,0. 60mmol 的N-N-五甲基二乙烯基三胺PMDETA以及0. 90mmol的抗壞血酸VC，攪拌均勾，加入0.1mol 的異戊二烯，加入預先制備好的竹漿纖維大分子引發劑，密封后置于恒溫水浴鍋常溫攪拌 反應6h，產物經離子水、無水乙醇丙酮潤洗抽濾，在60°C下真空干燥至恒重；
[0008] (4)、改性的竹漿纖維與樹脂復合，制備復合材料：
[0009] (A)選用接枝改性的竹漿纖維、熱固性樹脂以及助劑A，竹漿纖維添加質量分數為 總量的5 %、10 %、15 %或20 %用高速混合機混合均勻，助劑A添加質量分數為總量的3 %， 然后放入雙棍開煉機或轉矩流變儀中進行熔融共混，共混溫度170-190°C，時間8min，冷卻 干燥后，放入塑料粉碎機中粉碎成顆粒狀或粉末狀，再放入相應的模具，用平板硫化機進行 壓板，溫度170_190°C，時間10_15min，制成復合材料；
[0010] (B)竹漿纖維添加質量分數為5%、10%、15%或20%，分別與熱塑性樹脂及其助 劑B通過高速混合機混合，助劑B添加質量分數為總量的3%，放入雙螺桿擠出機擠出成型 在160-190°C溫度下制備相應的復合材料。
[0011] 所述的四氫呋喃THF為分析純THF。
[0012] 所述的竹漿纖維選用打漿度為40規格的竹漿纖維。
[0013] 所述的熱固性樹脂為酚醛樹脂或環氧樹脂；熱塑性樹脂為聚苯乙烯、聚丙烯或聚 乙烯。
[0014] 所述的助劑A包括增塑劑、固化劑和潤滑劑，增塑劑選用鄰苯二甲酸二丁酯，固化 劑選用650聚酰胺樹脂，增塑劑、固化劑和潤滑劑的質量比為1 :1 :1。
[0015] 所述的助劑B包括增塑劑和潤滑劑，增塑劑選用鄰苯二甲酸二丁醋，增塑劑和潤 滑劑的質量比為1 :1。
[0016] 本發明的有益效果為：本發明為制備竹塑纖維復合材料提供一種新的方法，增強 了復合材料的強度性能。竹漿纖維本身含有大量的極性羥基，而樹脂基體是非極性的，兩者 相容性差，通過ATRP法接枝改性竹漿纖維，然后與基體樹脂合成復合材料，本發明方法旨 在克服兩者結合性不足的缺陷，不但增強了復合材料的強度性能，而且減少了塑料的消耗， 也緩解我國木塑類復合材料的壓力，同時，對于塑料的回收利用也具有一定的積極意義。
【具體實施方式】
[0017] 下面通過【具體實施方式】對本發明作進一步闡述，實施例將幫助更好地理解本發 明，但本發明并不僅僅局限于下述實施例。
[0018] 本發明所述的這種樹脂基竹纖維復合材料的制備方法，該方法具體步驟如下：
[0019] (1)、竹漿纖維原料的準備：以硫酸鹽法竹漿纖維為原料，將預先準備好的竹漿板 撕碎，然后按照標準規范放入立式打漿機進行打漿，打漿過程每隔一段時間測量打漿度，最 后制備打漿度為30、40或50三種規格的竹漿纖維，然后各自進行脫水處理，分別用自封袋 冷藏保存；
[0020] (2)、竹漿纖維大分子引發劑的制備：取絕干漿為0. 16g竹漿纖維放入解離器中進 行解離分散，解離后的竹纖維經丙酮、四氫呋喃THF潤洗真空抽濾后備用；用丙酮和THF潤 洗的目的是除去竹漿纖維中的雜質，由于水分對于下一步的酯化反應產生影響，所以所選 用的THF為分析純THF，真空抽濾的目的也是出去竹漿纖維中的水分。將100mL的三口圓 底燒瓶放入恒溫水浴鍋中，在圓底燒瓶中加入0. 5g的4-二甲基氨基吡啶DMAP，取50ml的 四氫呋喃THF放入燒瓶將4-二甲基氨基吡啶DMAP溶解，并加入I. 5ml的三乙胺，然后充入 氮氣15min，將解離后的竹纖維撕碎放入三口燒瓶中并加入轉子攪拌，待溶液均勻后，冰浴 條件下逐滴加入1ml的2-溴異丁酰溴BIBB，密封封閉，然后將溫度升高至60°C后攪拌反應 24h ；
[0021]
【主權項】
1. 一種樹脂基竹纖維復合材料的制備方法，其特征在于：該方法具體步驟如下： (1) 、竹漿纖維原料的準備：以硫酸鹽法竹漿纖維為原料，將預先準備好的竹漿板撕碎， 然后按照標準規范放入立式打漿機進行打漿，打漿過程每隔一段時間測量打漿度，最后制 備打漿度為30、40或50三種規格的竹漿纖維，然后各自進行脫水處理，分別用自封袋冷藏 保存； (2) 、竹漿纖維大分子引發劑的制備：取絕干漿為0. 16g竹漿纖維放入解離器中進行解 離分散，解離后的竹纖維經丙酮、四氫呋喃THF潤洗真空抽濾后備用；將100mL的三口圓底 燒瓶放入恒溫水浴鍋中，在圓底燒瓶中加入0. 5g的4-二甲基氨基吡啶DMAP，取50ml的四 氫呋喃THF放入燒瓶將4-二甲基氨基吡啶DMAP溶解，并加入I. 5ml的三乙胺，然后充入氮 氣15min，將解離后的竹纖維撕碎放入三口燒瓶中并加入轉子攪拌，待溶液均勻后，冰浴條 件下逐滴加入Iml的2-溴異丁酰溴BIBB，密封封閉，然后將溫度升高至60°C后攪拌反應 24h； (3) 、竹漿纖維AGETATRP法接枝改性：在100mL三口圓底燒瓶中加入IOml的N，N-二甲 基甲酰胺DMF，然后按照摩爾比1 : 2 : 3依次加入0. 30mmol的Cufc2,0. 60mmol的N-N-五 甲基二乙烯基三胺PMDETA以及0. 90mmol的抗壞血酸VC，攪拌均勻，加入0.Imol的異戊二 烯，加入預先制備好的竹漿纖維大分子引發劑，密封后置于恒溫水浴鍋常溫攪拌反應6h，產 物經離子水、無水乙醇丙酮潤洗抽濾，在60°C下真空干燥至恒重； (4) 、改性的竹漿纖維與樹脂復合，制備復合材料： (A) 選用接枝改性的竹漿纖維、熱固性樹脂以及助劑A，竹漿纖維添加質量分數為總量 的5 %、10 %、15 %或20 %用高速混合機混合均勻，助劑A添加質量分數為總量的3 %，然 后放入雙棍開煉機或轉矩流變儀中進行熔融共混，共混溫度170-190°C，時間8min，冷卻干 燥后，放入塑料粉碎機中粉碎成顆粒狀或粉末狀，再放入相應的模具，用平板硫化機進行壓 板，溫度170_190°C，時間10_15min，制成復合材料； (B) 竹漿纖維添加質量分數為5 %、10 %、15 %或20 %，分別與熱塑性樹脂及其助劑B 通過高速混合機混合，助劑B添加質量分數為總量的3%，放入雙螺桿擠出機擠出成型在 160-190°C溫度下制備相應的復合材料。
2. 根據權利要求1所述的樹脂基竹纖維復合材料的制備方法，其特征在于：所述的四 氫呋喃THF為分析純THF。
3. 根據權利要求1所述的樹脂基竹纖維復合材料的制備方法，其特征在于：所述的竹 漿纖維選用打漿度為40規格的竹漿纖維。
4. 根據權利要求1所述的樹脂基竹纖維復合材料的制備方法，其特征在于：所述的熱 固性樹脂為酚醛樹脂或環氧樹脂；熱塑性樹脂為聚苯乙烯、聚丙烯或聚乙烯。
5. 根據權利要求1所述的樹脂基竹纖維復合材料的制備方法，其特征在于：所述的助 劑A包括增塑劑、固化劑和潤滑劑，增塑劑選用鄰苯二甲酸二丁醋，固化劑選用650聚酰胺 樹脂，增塑劑、固化劑和潤滑劑的質量比為1 :1 :1。
6. 根據權利要求1所述的樹脂基竹纖維復合材料的制備方法，其特征在于：所述的助 劑B包括增塑劑和潤滑劑，增塑劑選用鄰苯二甲酸二丁醋，增塑劑和潤滑劑的質量比為1 : 1〇
【專利摘要】本發明公開了一種樹脂基竹纖維復合材料的制備方法，步驟如下：1、竹漿纖維原料的準備；2、竹漿纖維大分子引發劑的制備；3、竹漿纖維接枝改性：在三口圓底燒瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺DMF，然后加入CuBr2，N-N-五甲基二乙烯基三胺PMDETA以及抗壞血酸VC，加入異戊二烯，加入引發劑，常溫攪拌反應，產物經離子水、無水乙醇丙酮潤洗抽濾，真空干燥；4、改性的竹漿纖維與樹脂復合，制備復合材料。本發明的有益效果為：增強了復合材料的強度。本發明方法旨在克服兩者結合性不足的缺陷，增強了復合材料的強度性能，減少了塑料的消耗，也緩解我國木塑類復合材料的壓力，同時，對于塑料的回收利用也具有一定的積極意義。
【IPC分類】C08K5-12, C08L63-00, C08F289-00, C08L61-06, C08L23-06, C08L25-06, C08L51-00, C08L23-12, C08F236-08
【公開號】CN104788889
【申請號】CN201510172370
【發明人】張秀梅, 李劍飛
【申請人】浙江理工大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月13日