[發(fā)明專利]一種以烷基烯酮二聚體表面改性生物質纖維制備脂肪族聚酯復合材料的方法

有效

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• 申請日: 2014-07-22
• 公開（公告）號: CN104140654A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發(fā)明（設計）人: 岳小鵬;徐永建;寧宇震;鳳璐
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C08L67/02
• 分類號: C08L67/02;C08L67/04;C08L97/02;C08H7/00;C08J3/00
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司 61202
• 代理人: 第五思軍

技術領域

本發(fā)明屬于先進復合材料領域，涉及纖維素改性和高分子復合材料，具體涉及通過烷基烯酮二聚體（AKD）的添加，來提高生物質纖維-脂肪族聚酯復合材料性能的方法。

背景技術

高分子材料已成為現(xiàn)代科學技術及國民經(jīng)濟建設的重要支柱，其原料大部分來源于石油，且其中的大部分難于降解。石油資源的日漸匱乏和環(huán)境保護的壓力促使發(fā)展低碳、環(huán)境友好的高分子材料成為重要的工作。

生物質纖維-聚合物復合材料是一類新型的綠色復合材料，通用塑料（如PE、PP、PVC等）或可生物降解塑料（主要指脂肪族聚酯材料）均可作為生物質纖維-聚合物復合材料的基體材料。與常見的增強纖維如玻璃纖維、碳纖維等相比，生物質纖維具有比強度高、來源廣泛、價格低廉、可生物降解、對加工設備磨損小的優(yōu)點，與脂肪族聚酯材料復合后得到的復合材料具有可生物降解性，同時可大大降低復合材料的生產(chǎn)成本。

脂肪族聚酯（如PLA、PBS、PBAT等）是已商品化的高分子材料，在堆肥條件下能夠自然分解，既具有塑料的優(yōu)點，又不污染環(huán)境，被視作是21世紀應用極其廣泛的一類“功能聚合材料”。但是脂肪族聚酯普遍存在價格較高，力學性能較差等缺點，影響了其工業(yè)化推廣應用。

纖維增強熱塑性樹脂基復合材料界面的組成、性質、結合方式以及結合強度對復合材料的力學性能有著重要影響。復合材料中纖維與基體之間的應力傳遞的能力主要取決于界面的性能。復合材料宏觀性能的好壞很大程度上取決于基體和填充物之間的界面結合狀況，界面往往就是材料的最弱環(huán)節(jié)。

木質填料的主要成分是纖維素,?半纖維素,?木質素等含有大量羥基、酚羥基的高分子化合物,?大量的單糖、果膠質、脂肪、蠟及小分子化合物。羥基、酚羥基的存在，使木質填料具有強極性和親水性,?以及較高的表面能。而聚合物基體大多是非極性或弱極性的高分子材料，表面能較低。兩者之間的界面不能很好地粘合,?外力不能在兩相之間進行有效的傳遞，導致材料的性能較差。此外，羥基和酚羥基的存在，增大了木材纖維原料之間的團聚作用,?熱加工時會產(chǎn)生聚集現(xiàn)象,?致使其不能在塑料基體中均勻分散,?從而影響到復合材料的綜合性能。因此，木塑復合材料的發(fā)展受到相容性的限制。提高木質纖維原料在基體中的分散性，同時改善木塑復合材料的兩相界面結合，是提高木塑復合材料使用性能的關鍵問題，也是研究中的重點與難點。

在對復合材料的深入研究中，人們已經(jīng)提出了多種界面理論，如化學鍵理論、浸潤性理論、過渡層理論、機械互鎖理論、摩擦理論、擴散理論、靜電理論等。基于上述各種界面理論，產(chǎn)生了多種多樣復合材料界面改性的方法。大致可以分為物理改性與化學改性兩類。

通過物理手段處理纖維或基體表面，可以改變纖維結構形貌，增強纖維素表面與聚合物基體的嚙合，其效果直接影響后面的改性效果及復合材料的性能。物理改性的特點是不需要加入任何其他試劑，成本相對較低，基本上不會對環(huán)境造成影響，但單獨使用效果不明顯，更多的是為后面的化學改性做準備。

化學改性是通過添加化學試劑對木粉進行表面處理，以改變植物纖維表面的化學結構，提高植物纖維與樹脂基體的相容性及植物纖維在樹脂基體中的分散性，從而提高復合材料的力學性能。根據(jù)其實現(xiàn)的手段可以分為以堿處理、酰化處理、界面改性劑處理等。在各種化學處理方法中，加入界面改性劑是最簡單且有效的方法，也是目前木塑復合材料相容性研究領域中報道最多的方法。界面改性劑主要通過化學反應或浸潤作用在植物纖維/聚合物之間建立物理和化學交聯(lián)，在纖維填料和聚合物之間起到了一個橋的作用，從而提高兩者的相容性，促進纖維填料在基體中的分散。通常用于改善木質纖維原料與聚合物基體的界面改性劑有硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯及鋁酸酯偶聯(lián)劑、異氰酸酯類偶聯(lián)劑及各種極性與非極性單體的共聚物、接枝物等。

李琴等在中國專利申請CN101942184A中公開了一種竹粉填充生物可降解復合材料及其制備方法，采用鋁酸酯偶聯(lián)劑改善竹粉纖維與PBS基體的界面相容性，得到剛性平衡、力學性能較好的復合材料。余漢成等在中國專利申請CN101519524B中公開了一種可完全生物降解材料及其制備方法，采用硅烷偶聯(lián)劑KH560制備了淀粉/PBS復合材料，改性后復合材料的綜合力學性能得到較大提高。