[發明專利]一種表面改性蓖麻纖維及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201611181952.3
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106758242B
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 黎水平;諸華軍;吳其勝;崔崇;李延波;王成雙;侯海軍;王占紅;張長森;徐風廣;劉學然
• 申請（專利權）人: 鹽城工學院
• 主分類號: D06M15/507
• 分類號: D06M15/507;D06M13/513;C08J5/06;C08L63/00;C08L97/02;D06M101/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 吳飛

技術領域

本發明涉及蓖麻纖維的改性及其應用，具體涉及一種表面改性蓖麻纖維、該表面改性蓖麻纖維的制備方法及應用。

背景技術

環氧樹脂作為最重要的熱固性樹脂之一，因具有固化方便、易于成型加工、粘結性能強、機械力學性能好、電性能及化學穩定性、尺寸穩定性出色且價格低廉等優點，被廣泛應用于膠粘劑、涂料、機械和電子材料、塑料模具、復合材料以及結構材料等領域。大多數環氧樹脂在常溫下呈液態，在常溫或加熱件下，環氧樹脂與固化劑反應交聯成不溶不熔的三維網狀結構高分子聚合物，顯示出優異的性能。但是環氧樹脂存在固化后交聯密度高、內應力大、脆性大、耐疲勞與抗沖擊性能差及耐候性差和表面能高等不足，在很大程度上限制了環氧樹脂的應用。

蓖麻纖維可用作環氧樹脂增韌增強劑，由于蓖麻纖維拔出會使裂紋尖端應力松弛，從而減緩裂紋的擴展，吸收沖擊功，起到增韌和增強的目的。另外，蓖麻纖維分散在樹脂基體中，阻止樹脂基體片段移動，可以提高樹脂的玻璃化轉變溫度。但蓖麻纖維與樹脂基體界面結合情況差、粘附力較弱，不利于樹脂的增韌增強。

基于上述問題，我們進行深入研究，形成了本發明技術。

發明內容

發明目的：本發明的第一目的在于針對現有技術中存在的蓖麻纖維與樹脂基體界面結合情況差、粘附力弱等問題，提供一種表面改性蓖麻纖維；本發明的第二目的在于提供該表面改性蓖麻纖維的制備方法；本發明的第三目的在于提供該表面改性蓖麻纖維用于增強增韌環氧樹脂的應用。

技術方案：本發明所述的表面改性蓖麻纖維是一種表面接枝端環氧基超支化聚合物的蓖麻纖維，其中，端環氧基超支化聚合物可由端羥基超支化聚合物經環氧基封端劑封端得到。

上述蓖麻纖維、端羥基超支化聚合物和環氧基封端劑的質量比優選為1:0.05～0.5:0.15～1.5。

較優的，端羥基超支化聚合物由丁二酸酐和季戊四醇縮聚而成；進一步的，原料蓖麻纖維與丁二酸酐、季戊四醇的質量比為1:2～14:2～15。

環氧基封端劑優選為環氧氯丙烷，封端過程采用的端羥基超支化聚合物與環氧氯丙烷的質量比為1:1～8。當端羥基超支化聚合物由丁二酸酐和季戊四醇縮聚形成時，丁二酸酐、季戊四醇和環氧氯丙烷的質量比最好為1:1.4:6。

上述表面改性蓖麻纖維的長度為30～80μm，直徑為10～15μm；其長徑比較大，物理力學性能突出。

本發明的表面改性蓖麻纖維通過對蓖麻纖維進行如下改性得到:

(1)對蓖麻纖維進行硅烷化處理；

(2)通過縮聚反應在蓖麻纖維表面接枝端羥基超支化聚合物，然后采用環氧基封端劑封端，得到表面改性蓖麻纖維。

上述步驟(1)中，硅烷化處理過程是將天然的蓖麻纖維溶于溶劑中，采用硅烷偶聯劑對蓖麻纖維進行處理；溶劑優選為甲苯，硅烷偶聯劑優選采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷；

較優的，可在甲苯中加入1重量份的蓖麻纖維和0.5～2.0重量份的3-氨基丙基三乙氧基硅烷，升溫至60～90℃，反應3～9小時，過濾、干燥得到硅烷化蓖麻纖維；更優的，蓖麻纖維與甲苯的質量比為1:10～50。

上述硅烷化處理過程中：硅烷化反應溫度最好為80℃；反應時間最好為6小時。

優選的，步驟(2)中，取1重量份的硅烷化蓖麻纖維加入N,N-二甲基甲酰胺中，然后加入2～14重量份丁二酸酐和2～15重量份季戊四醇，升溫至90～140℃，聚合反應4～10小時；再加入10～30重量份的環氧氯丙烷，在90～140℃的溫度條件下聚合反應4～10小時，然后洗滌、干燥，得到表面改性蓖麻纖維；進一步的，硅烷化蓖麻纖維與N,N-二甲基甲酰胺的質量比為1:5～20。

其中，硅烷化蓖麻纖維與丁二酸酐、季戊四醇的質量比最好為1:2:2.8；通過縮聚反應在蓖麻纖維表面接枝端羥基超支化聚合物的反應溫度可進一步優選為120～140℃，最好為120℃，反應時間可進一步優選為6～10小時，最好為6小時；采用環氧基封端時，加入的環氧氯丙烷進一步優選為15～30重量份，更進一步的，加入的環氧氯丙烷與丁二酸酐、季戊四醇的質量比最好為6:1:1.4；封端反應的溫度可進一步優選為120～140℃，最好為120℃，反應時間進一步優選為6～10小時，最好為6小時。

本發明還提供了上述表面改性蓖麻纖維用作雙酚A型環氧樹脂增強增韌劑的應用。

具體的，將表面改性蓖麻纖維加入雙酚A型環氧樹脂與胺類固化劑的混合體系中，對雙酚A型環氧樹脂進行增強增韌，其中，表面改性蓖麻纖維、雙酚A型環氧樹脂及胺類固化劑的質量比為1～10:100:28～40。