[發(fā)明專利]一種表面改性的球磨細(xì)化植物纖維的制備方法

有效

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• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN102978984A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 容敏智;賈國梁;章明秋
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: D21C3/02
• 分類號: D21C3/02;B02C17/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 陳衛(wèi)

技術(shù)領(lǐng)域

??本發(fā)明涉及一種表面改性的球磨細(xì)化植物纖維的制備方法。

背景技術(shù)

天然植物纖維如麻纖維、椰殼纖維、稻草纖維、甘蔗渣、麥稈纖維、竹和棉纖維等具有質(zhì)輕、價廉、可再生和可生物降解等特點，可作為增強材料應(yīng)用于聚合物基復(fù)合材料，賦予聚合物復(fù)合材料環(huán)境友好性和循環(huán)經(jīng)濟的優(yōu)勢。通常從天然植物中得到的纖維素纖維是直徑幾微米至幾百微米的粗大纖維，它本身可看作一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，其中的增強劑為次級纖維，包括微纖(fibril)、納米纖維素(nano?cellulose)、基原纖維(elementary?fibril)，基體為半纖維素、木質(zhì)素、膠質(zhì)等。由于半纖維素、木質(zhì)素、膠質(zhì)的力學(xué)性能較差，導(dǎo)致整體植物纖維強度有限。如果能將微纖、納米纖、基原纖維等次級纖維分離，直接應(yīng)用于增強聚合物材料，則可以充分利用植物纖維的優(yōu)勢，大大提高復(fù)合材料的性能。將微纖、納米纖、基原纖維等次級纖維從纖維母體上分離后，得到的細(xì)化次級纖維有可能兩端都從母體纖維上剝離下來，得到單根的細(xì)化纖維，也可能只有一端從母體纖維上斷裂，或兩端都連結(jié)在母體纖維上，而只是次級纖維之間的基體從母體纖維上去除，從而得到網(wǎng)狀細(xì)化纖維，將這種網(wǎng)狀纖維填充入聚合物基體樹脂，預(yù)期可得到具有網(wǎng)狀增強纖維結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，有利于提高其各個方向的力學(xué)性能。另一方面，由于植物纖維表面的親水性，與親油性聚合物之間的界面粘接較差，嚴(yán)重影響其增強效果。將植物纖維進行合適的表面改性后，可增強纖維與聚合物基體間的界面粘結(jié)，有利于提高復(fù)合材料的各種力學(xué)性能。

近年來，對天然纖維細(xì)化的研究已成為熱點，主要研究方向包括：（1）溶解：研究植物纖維的溶解方法及其應(yīng)用；（2）制備：采用微生物發(fā)酵制備納米纖維及其應(yīng)用，利用動物來源和植物來源纖維素制備納米纖維素等等。其中，以植物源纖維素水解法制備納米纖維素的研究進行的最為充分。其它制備方法還有：機械力法、蒸氣爆破法、氯氣氧化法、電紡法等，其中，靜電紡絲法是將纖維素溶解后進行靜電紡絲以獲得納米纖維；（3）性能：納米纖維素的熱力學(xué)性能和流變性能；（4）結(jié)構(gòu)：細(xì)化纖維與原料纖維的結(jié)構(gòu)關(guān)系，納米纖維素的結(jié)晶形態(tài)及納米纖維素與葡萄糖鏈的結(jié)構(gòu)關(guān)系，納米纖維素溶液的各向異性及其液晶結(jié)構(gòu)，納米纖維素的自組裝等；（5）應(yīng)用：納米纖維素經(jīng)表面活性劑改性、化學(xué)反應(yīng)改性或接枝聚合改性后加入聚合物基體中制成復(fù)合材料，用于氣體阻隔材料和食品包裝材料，用作高強度膜和涂料中的增強材料和極性調(diào)節(jié)劑，用作橡膠補強等。總之，從目前的研究背景分析可知，尚沒有關(guān)于利用球磨法制備細(xì)化植物纖維的研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種球磨改性的細(xì)化植物纖維的制備方法，本發(fā)明的目的可以通過下列措施實現(xiàn)：

???a.??預(yù)處理原材料，獲得純化植物纖維，再將其分散于水或溶劑，獲得植物纖維分散液。

???b.??將植物纖維分散液放入密封的球磨罐中，將罐內(nèi)空氣換為惰性氣體，在球磨機的轉(zhuǎn)速為10-1000rpm的情況下，球磨0.5-20小時，將產(chǎn)物過濾洗滌，然后分散于大量水中，冷凍干燥后獲得球磨細(xì)化植物纖維。

???c.?將100重量份的球磨細(xì)化植物纖維，放入100-500質(zhì)量份的無水非質(zhì)子溶液中，攪拌形成纖維分散液，加入2-400質(zhì)量份的表面改性劑，在50-150℃下反應(yīng)0.5-20小時，干燥，制得表面改性的球磨細(xì)化植物纖維。

所述的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為150-200rpm，所述的球磨時間，優(yōu)選為4-10小時。

????所述的預(yù)處理是用堿煮和漂白的方法除去植物纖維中的木質(zhì)素、膠質(zhì)、半纖維素等非纖維素雜質(zhì)，具體步驟如下：對木漿紙板用打漿機打漿至45度，其它植物纖維則粉碎至纖維長度小于１-3厘米。將100重量份的植物纖維，加入到100-500重量份3％-25%的氫氧化鈉水溶液中，煮沸回流處理0.2-4小時，過濾后，用20%氫氧化鈉溶液洗滌1-2次，用水洗滌2-5次，然后用3％-10％雙氧水70℃下處理0.2-3小時，過濾后用清水洗滌1-3次，乙醇洗滌1-3次。

????所述的原材料含有一下材料的一種或幾種:木漿紙板、木纖維、棉花纖維、棉短絨、麻纖維、椰殼纖維、稻草纖維、甘蔗渣、麥稈纖維、竹纖維。

????所述的溶劑含有以下的一種或幾種：乙酸、丙酸、環(huán)己酮、乳酸丁酯、乙二醇丁醚、丙二醇乙醚、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亞砜。