一種改性天然纖維復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及復合材料領域，具體涉及一種改性天然纖維復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]天然纖維復合材料是以樹脂或塑料為基體，以天然纖維為增強材料的一種復合材料。天然纖維主要有洋麻、黃麻、亞麻、白麻、劍麻、蕉麻、羅布麻、苧麻、大麻、木纖維、竹纖維、椰纖維、棉、木棉纖維、黃豆桿、小米桿、煙桿、棉花桿、向日葵桿、麻桿、高粱桿、稻草麥桿、玉米秸桿、黑小麥秸桿、小麥秸桿，以及以纖維素為主要成份的自然存在或生長的纖維或纖維編織得到的布。具有密度小、價格低、可降解、對身體無刺激、可循環再生、對加工設備損耗小、資源豐富、加工能耗低、節能環保等優點，并具有一般纖維的強度和剛度，且比強度、比重較小、比剛度均較高。以天然纖維為增強基的復合材料同樣具有優良的性能，隨著原料可持續發展這個主題的延伸，天然纖維在增強復合材料領域中扮演著越來越重要的角色。目前使用天然纖維復合的復合材料已經應用在汽車、建材、家具、包裝材料、服飾材料等領域。(參見倪敬達，于湖生，天然植物纖維增強復合材料的研究應用，化纖與紡織技術，2006，2:29)
天然纖維主要成分纖維素的含量占50%以上，起主要的力學支撐作用。但由于纖維素鏈上帶有較多的羥基，所以具有很強的親水性和吸濕性。
[0003]塑料按物理化學性能分類可以將其分為熱塑性塑料和熱固性塑料。熱塑性塑料的分子結構是線性或支鏈型結構，在受熱時可熔化冷卻可變硬，在受熱到一定溫度時又可軟化冷卻后在變硬，這種過程可反復進行。如:聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛。熱固性塑料在受熱時也可軟化，當加熱到一定溫度時就會硬化定型，再加熱也不會軟化，其分子結構最終為體型結構。如:酚醛樹脂、環氧樹脂、不飽和聚酯。
[0004]聚丙烯和不飽和聚酯分別是典型的熱塑性和熱固性樹脂。
[0005]聚丙烯是以丙烯為單體聚合而成。是一種重要通用塑料，具有無毒性、透明度高、耐化學腐蝕、密度小、相對硬度高，并具有良好的注塑性能，其應用領域不斷擴大，廣泛用于汽車、建材、紡織、家電包裝材料等領域。劉曉燁，戴干策在黃麻纖維氈的表面處理及其增強聚丙烯復合材料的力學性能的研究中對纖維表面先進行NaOH處理，再進行MAPP乳液處理，使彎曲強度比未處理的增加68%，拉伸強度比未處理的增加48%。說明MAPP乳液是麻纖維與聚丙烯之間的良好的界面相容劑。但其生產工藝繁瑣，MAPP乳液的接枝率僅為5%左右(參見劉曉燁，戴干策.黃麻纖維氈的表面處理及其增強聚丙烯復合材料的力學性能，2006， 23(5):63-69)。
[0006]不飽和聚酯(UPE)樹脂一般是由不飽和的二元酸飽和的二元醇或飽和二元酸不飽和二元醇經縮聚合成具有酯鍵不飽和鍵的線性聚合物。UPE樹脂在熱固性樹脂中的使用量很大，同時在玻璃纖維增強工程塑料生產中的使用量也很大。不飽和聚酯樹脂具有成型性及工藝性良好，粘度、觸變性、適用期、空氣干燥性等都可調節；有較好的力學性能、耐腐蝕性能及電氣性能；著色自由；易于不同增強材料、填料組合得到不同特性的復合材料制品；價格低廉并有降低成本一系列辦法易于投資生產等優點。已被廣泛的應用在建筑、化工、船舶、汽車、桌椅、衛生潔具等領域。(參見張小蘋，不飽和聚酯樹脂及其新發展，2008，2:23-29。參見宋余波，不飽和聚酯樹脂的生產及應用，1999，20 (3):20-23)

【發明內容】

[0007]本發明提供一種天然纖維復合材料及其制備方法，該天然纖維復合材料具有良好的吸濕性能和力學性能。
[0008]本發明首先提供一種天然纖維復合材料，該復合材料是將改性后的天然纖維和不飽和聚酯(UPE) /聚丙烯復合而得到的；
所述的改性后的天然纖維是將天然纖維先放置在NaOH溶液中反應，再放在陽離子表面活性劑溶液中反應，然后在空氣中放置，再烘干而得。
[0009]優選的是，所述的天然纖維的來源為洋麻、黃麻、亞麻、白麻、劍麻、蕉麻、羅布麻、苧麻、大麻、木纖維、竹纖維、椰纖維、棉、木棉纖維、黃豆桿、小米桿、煙桿、棉花桿、向日葵桿、麻桿、高粱桿、稻草麥桿、玉米秸桿、黑小麥秸桿或小麥秸桿。更優選的是亞麻。
[0010]優選的是，所述陽離子表面活性劑為八烷基三甲基氯化銨、十烷基三甲基氯化銨、十二烷基三甲基氯化銨、十四烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十八烷基三甲基氯化銨、雙辛烷基二甲基氯化銨、雙十烷基二甲基氯化銨、雙十八烷基二甲基氯化銨、三乙基甲基氯化銨、三丙基甲基氯化銨、三丁基甲基氯化銨、三辛基甲基氯化銨、四甲基氯化銨、四乙基氯化銨、四丁基氯化銨、芐基三乙基氯化銨、芐基三甲基氯化銨、四甲基硫酸氫胺、四丁基溴化銨、四丙基溴化銨、四乙基溴化銨、四甲基溴化銨、三丁基甲基溴化銨、三辛基甲基溴化銨、雙十八烷基二甲基溴化銨、雙十二烷基二甲基溴化銨、雙十烷基二甲基溴化銨、十八烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基溴化銨、八烷基三甲基溴化銨、十烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基溴化銨、N，N-二乙基-(3 '-甲氧基苯氧乙基)芐基氯化銨等。更優選的是十八烷基三甲基溴化銨。
[0011 ] 優選的是，所述的NaOH溶液質量分數為1_5%和陽離子表面活性劑溶液質量分數為2-6%。優選的是，所述的反應時間分別為為5-60min。
[0012]本發明還提供一種天然纖維復合材料的制備方法，包括:
步驟一:將天然纖維先放置在NaOH溶液中進行改性處理，再放在陽離子表面活性劑溶液中進行改性處理，然后在空氣中放置，再烘干得到改性過的天然纖維；
步驟二:將改性過的天然纖維和UPE/聚丙烯復合，得到天然纖維復合材料。
[0013]優選的是，所述的改性過的天然纖維和UPE復合的方法為:
將UPE樹脂、固化劑、促進劑和消泡劑混合，得到混合物，將混合物涂敷在經改性過的天然纖維上，固化成型后得到天然纖維復合材料。
[0014]優選的是，所述的UPE樹脂、固化劑、促進劑和消泡劑按照質量份數計，包括:
UPE樹脂90-100份、固化劑0.10-3份、促進劑0.01-0.5份、消泡劑0-10份。
[0015]優選的是，所述的固化劑包括過氧化甲乙酮、過氧化環己酮、過氧化二苯甲酰、過氧化苯甲酰、過氧化甲異丁酮、異丙苯過氧化氫、叔丁基過氧化氫、2，4_ 二氯過氧化苯甲酰或過氧化十二酰。
[0016]優選的是，所述的經改性過的天然纖維和聚丙烯復合的方法為: 將聚丙烯、偶聯劑和改性過的天然纖維通過熱壓法加工得到天然纖維復合材料。
[0017]優選的是，所述的偶聯劑為馬來酸酐接枝聚丙烯、馬來酸酐接枝ABS、馬來酸酐接枝聚乙烯、二聚磷酸二異辛酯硬脂酸鎂、DL系列鋁酸酯偶聯劑、粉末硅烷偶聯劑XH-820系列、馬來酸酐接枝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、縮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]本發明的有益效果
本發明先提供一種天然纖維復合材料，該復合材料是將改性過的天然纖維和UPE/聚丙烯復合而得到的；所述的改性過的天然纖維是將天然纖維先放置在NaOH溶液中進行化學改性，再放在陽離子表面活性劑溶液中進行化學改性處