[发明专利]一种刚性粒子/植物纤维/聚丙烯复合材料制备方法

说明书

一种刚性粒子/植物纤维/聚丙烯复合材料制备方法，涉及绿色复合材料的制备技术领域，包括以下步骤：(1)植物纤维表面预处理；(2)刚性纳米粒子与硅烷偶联剂分别进行水解，而后密封、超声震荡下混合成接枝植物纤维溶液；(3)对植物纤维进行刚性纳米粒子接枝改性；(4)复合材料共混并成型。本发明提高了植物纤维与聚丙烯基体之间的界面相容性能，制备的刚性纳米粒子接枝植物纤维增强聚丙烯复合材料整体性能优异，其拉伸性能、弯曲性能等力学性能有明显改善；冲击韧性相对其他复合材料也有改善；而且充分利用可再生植物资源，制备的复合材料具有可降解特性，具备环境友好性；同时复合材料成本低廉，工艺简单，利于大规模生产。

技术领域

本发明涉及绿色复合材料的制备技术领域，具体涉及一种刚性粒子/植物纤维/聚丙烯复合材料制备方法。

背景技术

随着社会和科技的发展，环境保护意识逐渐提高，人们对材料的要求越来越高。未来高分子材料的发展是绿色的，和谐的。植物纤维因其巨大的氢键网络结构而具有较高的强度，是很多高分子材料的增强性填料，以植物纤维为填料的复合材料，在解决能源与环保问题方面具有不可替代的作用。

目前对植物纤维的不同参数进行研究，如复合工艺、催化剂和改性化学品浓度、纤维质量分数、纤维长度和纤维处理方式等是研究热点。其中，植物纤维增强聚丙烯复合材料愈来愈受到人们的青睐，植物纤维与聚丙烯的相容性差导致复合材料的力学性能下降，改善植物纤维与聚合物的相容性、增韧植物纤维/聚合物复合材料的研究具有很高的应用价值。通过对麻纤维进行物理、化学方法、纳米粒子改性，均可以在一定程度上改善麻纤维与树脂基体之间的界面相容性，提高复合材料的力学性能。但是通过物理或化学方法对麻纤维进行改性后，其增强复合材料力学性能的效果有限，且在提高复合材料的拉伸强度以及弯曲强度的同时，会导致其冲击性能较为明显的降低。另外有些改性方法的成本较高、污染较大、改性效果难以保证，这些缺点都制约了改性方法的应用。而纳米粒子改性不但可以较好地提高麻纤维与树脂基体的界面相容性，并且相对于其他改性方法，纳米粒子改性能够减少经其改性后的麻纤维增强的复合材料冲击强度的降低程度。

现有的纳米粒子改性方法多为高压浸渍、表面接枝以及机械共混等等，这些方法都是将纳米粒子与纤维直接进行复合，容易导致纳米粒子团聚，不能充分发挥其改性效果。有少部分学者用原位沉积方式在植物纤维上接枝纳米二氧化硅，但是操作工艺繁琐，不易实现工业化。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种刚性粒子/植物纤维/聚丙烯复合材料制备方法。

技术方案为：包括以下步骤：

(1)植物纤维表面预处理：将植物纤维用碱液浸泡处理，水洗至中性，干燥；

(2)刚性纳米粒子与硅烷偶联剂分别进行水解，而后密封、超声震荡下混合成接枝植物纤维溶液；

(3)对植物纤维进行刚性纳米粒子接枝改性：将步骤(1)处理后的植物纤维，放入步骤(2)制备的溶液中，在密封、超声震荡下浸润1～6小时，得到接枝有刚性纳米粒子的植物纤维；

(4)复合材料共混并成型：将步骤(3)得到的接枝植物纤维干燥，与聚丙烯树脂通过熔融法共混并制样。

优选地，步骤(1)中，所述植物纤维为黄麻纤维、剑麻纤维、亚麻纤维或竹纤维。

优选地，步骤(1)中，所述碱液为质量浓度3～20％氢氧化钠溶液；所述浸泡处理的时间为1～6小时，温度为25～50℃。

优选地，步骤(1)中，所述干燥的温度为60～100℃，时间为5～10h。

优选地，步骤(2)中，所述刚性纳米粒子和硅烷偶联剂分别水解所用溶液是去离子水与无水乙醇混合质量比为0.25～0.75:1。