[發(fā)明專利]一種植物纖維木塑復(fù)合材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210393261.5
• 申請日: 2012-10-17
• 公開（公告）號: CN102942797A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡華宇;黃祖強(qiáng);潘瑞堅;張燕娟;朱其虎;覃宇奔;陳明育;黃愛民;覃杏珍;玉瓊廣;梁露鋒;黃曉英
• 申請（專利權(quán)）人: 廣西大學(xué);廣西農(nóng)墾明陽生化集團(tuán)股份有限公司
• 主分類號: C08L97/02
• 分類號: C08L97/02;C08L27/06;C08L23/06;C08L23/08;C08L23/12;C08K13/02;C08K3/26;D21B1/06;B29C43/02;B29C43/58
• 代理公司: 廣西南寧匯博專利代理有限公司 45114
• 代理人: 鄧曉安

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料加工領(lǐng)域，具體地說是一種植物纖維木塑復(fù)合材料及其制備方法。?

背景技術(shù)

木塑復(fù)合材料（Wood-Plastics?Composites，簡稱WPC）是以木纖維或植物纖維作為增強(qiáng)材料，和熱塑性塑料高分子材料(如PE、PP、PVC)以及廢舊塑料為基體物質(zhì)，經(jīng)高溫混煉，再經(jīng)成型加工而制得的一種價廉性優(yōu)的新型復(fù)合材料。同時由于木塑復(fù)合材料的生產(chǎn)原料來源主要是木材的下腳料、植物秸稈、鋸末、木粉以及廢舊塑料等，如專利CN101992202A、CN101302734A、CN101985527A、CN1420812A、CN101367975A、CN101698749A、CN101693784A。木塑復(fù)合材料的推廣和應(yīng)用還可以解決由于廢舊塑料無法回收對環(huán)境造成污染的問題，并使纖維廢棄資源得到充分利用，具有一定的社會效益。但植物纖維的主要成分纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等含有大量的極性羥基和酚羥基官能團(tuán)，使其表現(xiàn)出很強(qiáng)的化學(xué)極性。而熱塑性塑料多數(shù)為非極性，具有憎水性，兩者復(fù)合時，親水性的纖維與憎水性的塑料基體之間，存在著較高的界面能差，兩者很難達(dá)到充分的界面融合。且由于植物纖維表面存在有大量的羥基，易形成氫鍵而聚集，使植物纖維不能在塑料基體中均勻分散，造成分散性不佳，這使得應(yīng)力在界面不能有效地傳遞，所制復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度會顯著降低，從而影響復(fù)合材料的綜合性能。因此能否以輕工業(yè)和農(nóng)業(yè)中廢棄的木薯酒糟、甘蔗渣、木薯桿、農(nóng)作物秸稈中的之一作為WPC的填充材料，關(guān)鍵是如何提高植物纖維和塑料兩種異質(zhì)材料界面的相容性。?

目前，改進(jìn)界面相容性的方法主要有下列三種途徑：第一是通過對植物纖維的表面進(jìn)行預(yù)處理，使其表面極性降低或由極性變?yōu)榉菢O性，從而與塑料表面的極性相似，改善兩者間的界面相容性；第二是在復(fù)合體系中加入界面相容劑；第三是通過對塑料的表面進(jìn)行預(yù)處理，使其表面由非極性變?yōu)榫哂幸欢ǖ臉O性，使之與植物纖維表面的極性相似。其中植物纖維的表面改性是研究的熱點，主要是利用物理或化學(xué)的方法，對纖維的表面進(jìn)行處理改變纖維表面的結(jié)構(gòu)和性能以達(dá)到改善表面相容性的目的。?

常見改進(jìn)界面相容性物理方法和化學(xué)方法如下：（1）物理方法主要通過拉伸、壓延、加熱烘干和蒸汽爆破法等方法對植物纖維或木纖維等進(jìn)行預(yù)處理，這些方法不改變其表面的化學(xué)組成，但可改變纖維的結(jié)構(gòu)與表面性能。主要有加熱烘干、蒸汽爆破法、堿處理、酸處理、有機(jī)溶劑處理、電化學(xué)方法、微波處理及超聲波處理等，如專利CN101265364A、CN201043162Y、CN101580640、CN101362838A、CN1587500A、CN101240096、CN101417459A、CN1850474A。（2）化學(xué)方法主要是通過化學(xué)反應(yīng)改變植物纖維表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)、減少纖維表面羥基數(shù)目，在木粉/聚合物之間建立物理和化學(xué)鍵交聯(lián)，通過在木粉表面形成一層憎水性薄膜來提高其與聚合物的相容性和促進(jìn)木纖維的均勻分散，從而提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。目前常用的方法有表面接枝法、界面偶合法、酰化處理法和單體預(yù)浸漬聚合等，如專利CN101456933A、CN101392099A、CN1990599A、CN101215420A、CN101457024A、CN101456933A、CN101698749A、CN101319058A、CN101302349A、CN101613503A。?

從總體上看，以上方法各有優(yōu)勢，但也有一定的局限性。物理方法如低溫等離子體、熱處理等方法，影響因素頗多，操作要求更高，商業(yè)化生產(chǎn)難度較大。微波、超聲波等處理時間短，操作簡單，但設(shè)備費用較高，并且難以進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。蒸汽爆破法的優(yōu)點是能耗低，可以間歇也可以連續(xù)操作，但蒸汽爆破法操作涉及高壓裝備，投資成本較高；化學(xué)方法是常用的較為有效的方法，一般來說各種化學(xué)表面處理方法均能改善木纖維與塑料的相容性，如酰化處理、接枝共聚等，但是其工藝均比較復(fù)雜，影響因素較多，成本也較高，處理過程中產(chǎn)生的廢水對環(huán)境污染嚴(yán)重，在工業(yè)中應(yīng)用比較困難。界面偶合法所采用的浸漬處理工序復(fù)雜，其產(chǎn)品的力學(xué)性能低，且同樣存在處理過程中產(chǎn)生的廢水對環(huán)境污染的問題。由此可見，采用單一的處理方法難以達(dá)到既能有效提高植物纖維的相容性，同時又簡單、經(jīng)濟(jì)的目的。因此尋找經(jīng)濟(jì)、簡單、方便的組合植物纖維處理技術(shù)成為許多研究者的追求目標(biāo)。?