[發明專利]一種植物纖維表面的改性方法

有效

• 申請號: 202211285681.1
• 申請日: 2022-10-20
• 公開（公告）號: CN115434140B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 潘蕾;楊赟;張浩然;余彤;武康樂
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: D06M11/44
• 分類號: D06M11/44;C08J5/06;C08L23/12;D06M101/04
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙琪

本發明屬于植物纖維增強復合材料技術領域，特別涉及一種植物纖維表面改性方法。該方法包括：將植物纖維依次進行酸處理、堿處理和干燥，得到酸堿預處理植物纖維；將酸堿預處理植物纖維浸漬于偶聯劑溶液中，所得浸漬后的植物纖維進行固化，得到硅烷改性纖維；將硅烷改性纖維于改性溶液中浸泡后，烘干，得到種子層氧化鋅改性植物纖維；將種子層氧化鋅改性纖維、硝酸鋅水溶液和六亞甲基四胺的水溶液混合，進行水熱反應，得到氧化鋅納米棒改性植物纖維。本發明通過偶聯劑的強化學鍵連接了植物纖維與氧化鋅納米棒，且氧化鋅納米棒的引入提高了植物纖維與聚丙烯的界面相容性和復合材料的力學性能。

技術領域

本發明屬于植物纖維增強復合材料技術領域，特別涉及一種植物纖維表面的改性方法。

背景技術

植物纖維增強復合材料(PFRP)是由植物纖維與基體材料(如樹脂)按照一定比例混合形成的高性能材料，作為一種可生物降解的綠色復合材料，已被廣泛應用于汽車、航空航天、建筑、風力發電等領域。

PFRP的性能不僅取決于基體和植物纖維的性質，也取決于它們之間的界面。界面作為纖維與基體的“橋梁”與“紐帶”，它是兩相之間相互滲透形成的一個能量、結構及組成呈梯度變化的準三維過渡區域。界面的結構和性質是影響復合材料性能的決定性因素。植物纖維表面存在大量的羥基等活性基團，內部纖維素大分子鏈之間存在強烈的氫鍵作用，這使得其表面具有較強的極性；而大部分聚合物基體表面呈非極性。

與此同時，流動性較低的聚合物基體不易于填充植物纖維表面的溝壑結構，使得界面處存在截留的空氣，實際為“固-氣-液”復合界面，影響了與纖維之間的應力傳遞。這使得植物纖維增強復合材料的力學性能、熱物理性能和界面結合性能相對較弱，限制了植物纖維增強復合材料在實際生產中的廣泛應用。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供了一種植物纖維表面的改性方法，本發明所提供的改性方法制備得到的改性植物纖維能夠有效提高纖維與樹脂之間的載荷傳遞和界面結合性能以及力學性能。

為了解決上述問題，本發明提供了一種植物纖維表面改性方法，包括以下步驟：

將植物纖維依次進行酸處理、堿處理和干燥，得到酸堿預處理植物纖維；

將酸堿預處理植物纖維浸漬于硅烷偶聯劑溶液中，所得浸漬后的植物纖維進行固化，得到偶聯劑改性纖維；所述硅烷偶聯劑溶液的pH值為4～10；

將偶聯劑改性纖維于改性溶液中浸泡后，進行烘干，得到種子層氧化鋅改性植物纖維；所述改性溶液為乙酸鋅的醇溶液和氫氧化鈉的醇溶液的混合液；所述烘干的溫度為125～130℃，時間為55～65min；

將種子層氧化鋅改性纖維、硝酸鋅水溶液和六亞甲基四胺的水溶液混合，進行水熱反應，得到氧化鋅納米棒改性植物纖維。

優選地，所述酸處理包括：將植物纖維置于酸溶液中進行超聲；所述堿處理包括將酸處理后的植物纖維置于堿溶液中進行加熱。

優選地，所述浸漬的溫度為20～30℃，時間為20～25h。

優選地，所述固化反應的溫度為125～130℃，時間為55～65min。

優選地，所述浸泡的溫度為55～65℃，時間為10～20min。

優選地，所述硝酸鋅水溶液的濃度為0.0125～0.0625mol/L，所述六亞甲基四胺水溶液的濃度為0.0188～0.075mol/L。

優選地，所述種子層氧化鋅改性纖維和硝酸鋅水溶液的用量比為0.1～0.2g：25-50mL，所述種子層氧化鋅改性纖維和六亞甲基四胺水溶液的用量比為0.1～0.2g：25～50mL。

優選地，所述水熱反應的溫度為80～100℃，時間為1～9h。