一种改性天然纤维复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种改性天然纤维复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]天然纤维复合材料是以树脂或塑料为基体，以天然纤维为增强材料的一种复合材料。天然纤维主要有洋麻、黄麻、亚麻、白麻、剑麻、蕉麻、罗布麻、苎麻、大麻、木纤维、竹纤维、椰纤维、棉、木棉纤维、黄豆杆、小米杆、烟杆、棉花杆、向日葵杆、麻杆、高粱杆、稻草麦杆、玉米秸杆、黑小麦秸杆、小麦秸杆，以及以纤维素为主要成份的自然存在或生长的纤维或纤维编织得到的布。具有密度小、价格低、可降解、对身体无刺激、可循环再生、对加工设备损耗小、资源丰富、加工能耗低、节能环保等优点，并具有一般纤维的强度和刚度，且比强度、比重较小、比刚度均较高。以天然纤维为增强基的复合材料同样具有优良的性能，随着原料可持续发展这个主题的延伸，天然纤维在增强复合材料领域中扮演着越来越重要的角色。目前使用天然纤维复合的复合材料已经应用在汽车、建材、家具、包装材料、服饰材料等领域。(参见倪敬达，于湖生，天然植物纤维增强复合材料的研究应用，化纤与纺织技术，2006，2:29)
天然纤维主要成分纤维素的含量占50%以上，起主要的力学支撑作用。但由于纤维素链上带有较多的羟基，所以具有很强的亲水性和吸湿性。
[0003]塑料按物理化学性能分类可以将其分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料的分子结构是线性或支链型结构，在受热时可熔化冷却可变硬，在受热到一定温度时又可软化冷却后在变硬，这种过程可反复进行。如:聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛。热固性塑料在受热时也可软化，当加热到一定温度时就会硬化定型，再加热也不会软化，其分子结构最终为体型结构。如:酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯。
[0004]聚丙烯和不饱和聚酯分别是典型的热塑性和热固性树脂。
[0005]聚丙烯是以丙烯为单体聚合而成。是一种重要通用塑料，具有无毒性、透明度高、耐化学腐蚀、密度小、相对硬度高，并具有良好的注塑性能，其应用领域不断扩大，广泛用于汽车、建材、纺织、家电包装材料等领域。刘晓烨，戴干策在黄麻纤维毡的表面处理及其增强聚丙烯复合材料的力学性能的研究中对纤维表面先进行NaOH处理，再进行MAPP乳液处理，使弯曲强度比未处理的增加68%，拉伸强度比未处理的增加48%。说明MAPP乳液是麻纤维与聚丙烯之间的良好的界面相容剂。但其生产工艺繁琐，MAPP乳液的接枝率仅为5%左右(参见刘晓烨，戴干策.黄麻纤维毡的表面处理及其增强聚丙烯复合材料的力学性能，2006， 23(5):63-69)。
[0006]不饱和聚酯(UPE)树脂一般是由不饱和的二元酸饱和的二元醇或饱和二元酸不饱和二元醇经缩聚合成具有酯键不饱和键的线性聚合物。UPE树脂在热固性树脂中的使用量很大，同时在玻璃纤维增强工程塑料生产中的使用量也很大。不饱和聚酯树脂具有成型性及工艺性良好，粘度、触变性、适用期、空气干燥性等都可调节；有较好的力学性能、耐腐蚀性能及电气性能；着色自由；易于不同增强材料、填料组合得到不同特性的复合材料制品；价格低廉并有降低成本一系列办法易于投资生产等优点。已被广泛的应用在建筑、化工、船舶、汽车、桌椅、卫生洁具等领域。(参见张小苹，不饱和聚酯树脂及其新发展，2008，2:23-29。参见宋余波，不饱和聚酯树脂的生产及应用，1999，20 (3):20-23)
【发明内容】
[0007]本发明提供一种天然纤维复合材料及其制备方法，该天然纤维复合材料具有良好的吸湿性能和力学性能。
[0008]本发明首先提供一种天然纤维复合材料，该复合材料是将改性后的天然纤维和不饱和聚酯(UPE) /聚丙烯复合而得到的；
所述的改性后的天然纤维是将天然纤维先放置在NaOH溶液中反应，再放在阳离子表面活性剂溶液中反应，然后在空气中放置，再烘干而得。
[0009]优选的是，所述的天然纤维的来源为洋麻、黄麻、亚麻、白麻、剑麻、蕉麻、罗布麻、苎麻、大麻、木纤维、竹纤维、椰纤维、棉、木棉纤维、黄豆杆、小米杆、烟杆、棉花杆、向日葵杆、麻杆、高粱杆、稻草麦杆、玉米秸杆、黑小麦秸杆或小麦秸杆。更优选的是亚麻。
[0010]优选的是，所述阳离子表面活性剂为八烷基三甲基氯化铵、十烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、双辛烷基二甲基氯化铵、双十烷基二甲基氯化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、三乙基甲基氯化铵、三丙基甲基氯化铵、三丁基甲基氯化铵、三辛基甲基氯化铵、四甲基氯化铵、四乙基氯化铵、四丁基氯化铵、苄基三乙基氯化铵、苄基三甲基氯化铵、四甲基硫酸氢胺、四丁基溴化铵、四丙基溴化铵、四乙基溴化铵、四甲基溴化铵、三丁基甲基溴化铵、三辛基甲基溴化铵、双十八烷基二甲基溴化铵、双十二烷基二甲基溴化铵、双十烷基二甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵、八烷基三甲基溴化铵、十烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、N，N-二乙基-(3 '-甲氧基苯氧乙基)苄基氯化铵等。更优选的是十八烷基三甲基溴化铵。
[0011 ] 优选的是，所述的NaOH溶液质量分数为1_5%和阳离子表面活性剂溶液质量分数为2-6%。优选的是，所述的反应时间分别为为5-60min。
[0012]本发明还提供一种天然纤维复合材料的制备方法，包括:
步骤一:将天然纤维先放置在NaOH溶液中进行改性处理，再放在阳离子表面活性剂溶液中进行改性处理，然后在空气中放置，再烘干得到改性过的天然纤维；
步骤二:将改性过的天然纤维和UPE/聚丙烯复合，得到天然纤维复合材料。
[0013]优选的是，所述的改性过的天然纤维和UPE复合的方法为:
将UPE树脂、固化剂、促进剂和消泡剂混合，得到混合物，将混合物涂敷在经改性过的天然纤维上，固化成型后得到天然纤维复合材料。
[0014]优选的是，所述的UPE树脂、固化剂、促进剂和消泡剂按照质量份数计，包括:
UPE树脂90-100份、固化剂0.10-3份、促进剂0.01-0.5份、消泡剂0-10份。
[0015]优选的是，所述的固化剂包括过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酰、过氧化甲异丁酮、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、2，4_ 二氯过氧化苯甲酰或过氧化十二酰。
[0016]优选的是，所述的经改性过的天然纤维和聚丙烯复合的方法为: 将聚丙烯、偶联剂和改性过的天然纤维通过热压法加工得到天然纤维复合材料。
[0017]优选的是，所述的偶联剂为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝ABS、马来酸酐接枝聚乙烯、二聚磷酸二异辛酯硬脂酸镁、DL系列铝酸酯偶联剂、粉末硅烷偶联剂XH-820系列、马来酸酐接枝EVA、TC-130、氨丙基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙二胺丙基三乙氧基硅烷、疏丙基三甲氧基硅烷、乙二胺丙基甲基二甲氧基硅烷。
[0018]本发明的有益效果
本发明先提供一种天然纤维复合材料，该复合材料是将改性过的天然纤维和UPE/聚丙烯复合而得到的；所述的改性过的天然纤维是将天然纤维先放置在NaOH溶液中进行化学改性，再放在阳离子表面活性剂溶液中进行化学改性处