[发明专利]微流道分子碰撞原位聚合纤维表面修饰装置及方法

说明书

本发明提出一种基于微流道分子碰撞原位聚合纤维表面修饰装置及方法，利用微流道分子碰撞技术将原位聚合的PVC修饰纤维表面，装置包括外壳和转轴，外壳上含有气体入口、液体入口、气体出口、流道上部和液体出口，通过将含有植物纤维、引发剂、水的气、液、固多相体系混合物经过高速旋转流道，与逆流而来的氯乙烯单体进行分子碰撞；流道表面的锯齿形结构使得固液混合物破碎成小液滴，增加了反应接触比表面积。从而实现PVC包覆植物纤维形成植物纤维基复合材料。本发明极大地强化传质传热过程，实现植物纤维基复合材料的有效制备，大大减小设备体积，增加产量及降低成本。

技术领域

本发明属于高分子材料先进制造领域，涉及到一种纤维表面修饰技术，特别是基于微流道分子碰撞原位聚合纤维表面修饰技术。

背景技术

高分子材料因其具有价格低廉、易加工、易改性等优点，被广泛用在科学技术、国防建设和国民经济的各个领域，是现代社会生活中不可缺少的材料。但其原料主要来源于储量有限的常规能源(如石油、煤矿或其他自然资源)。

面对这一危机，世界各国花大力气研究和开发利用诸如天然植物纤维、壳聚糖、甲壳素一类的“绿色材料”。其中，天然植物纤维以其产量大、可生物降解、性能优良等优点备受瞩目。由其合成的天然植物纤维基复合材料结合了天然植物纤维和合成树脂的优点，在一定范围内取代了合成树脂的应用。然而，极性纤维与非极性树脂之间的相容性差，以及植物纤维加工过程的热降解等因素造成了复合材料性能的下降，制约了其推广及应用。因此，寻找一种新型天然植物纤维基复合材料合成方法迫在眉睫。

发明内容

针对现有天然纤维基复合材料的不足，提出一种基于微流道分子碰撞原位聚合纤维表面修饰技术。

本发明的技术方案是利用微流道分子碰撞技术将原位聚合的PVC修饰纤维表面，具体方案如下：

本发明一种微流道分子碰撞原位聚合纤维表面修饰装置，包括外壳和转轴。外壳上含有气体入口、液体入口、气体出口、流道上部和液体出口。转轴上固定有流道下部。气体出口及液体入口位于外壳正上方，液体出口位于外壳下方。流道上部与外壳固定在液体入口和气体出口正下处，流道上部与气体出口对齐，液体入口与流道上部保持一定高度。流道下部与流道上部同轴、保持一定间隙。流道下部表面分布有锯齿形结构。转轴由外壳下部伸出并密封。气体入口与流道上部及流道下部缝隙对齐，沿着外壳周向均布，以保证气体均匀进入。

以聚氯乙烯包覆纤维为例，一种微流道分子碰撞原位聚合纤维表面修饰方法，氯乙烯单体从气体入口经过外壳进入，到达流道上部及流道下部外部出口，沿着其缝隙由外向内流动。含有纤维、引发剂及水的固液混合物经液体入口向正下方流动，到达流道上部及流道下部内部入口，沿着其缝隙由内向外流动。由于转轴带动流道下部进行高速旋转运动，固液混合物接触到流道下部沿着缝隙向外甩，流道下部表面的锯齿结构将其粉碎成小液滴，与由外向内来的氯乙烯单体气体逆流碰撞，进行聚合反应，同时由于极性的聚氯乙烯碰到极性的纤维，将生成聚氯乙烯包覆纤维随液体经过流道上部及流道下部外部入口出，通过液体出口排出，残留的氯乙烯单体气体经气体出口排出。其中，流道上部与流道下部的结构可通过合理设计以有利于提高分子碰撞效率。流道下部的锯齿结构以不阻碍纤维流动为原则控制锯齿程度。气体入口与流道出口保持一定距离，以防止固液混合物由气体入口甩出。液体入口与外壳形成一定角度，从而预留足够时间防止氯乙烯单体气体快速溢出。

由于固液混合物在流道缝隙经历了运动粉碎、逆流碰撞的过程，使得聚合反应增加了比表面积，大大延长了反应时间，极大地强化传质传热过程，同时能够减小设备体积，安全可靠，提高了纤维基复合材料产量。

本发明一种微流道分子碰撞原位聚合纤维表面修饰装置及方法，其优点在于：(1)增加了反应接触比表面积，延长了反应时间，极大地强化传质传热过程；(2)利用产生的极性聚氯乙烯与极性植物纤维进行分子碰撞原位聚合，能够有效地实现聚氯乙烯包覆植物纤维形成纤维基复合材料；(3)能够减小反应设备体积，同时增加产量，降低成本。

附图说明