一种树脂基竹纤维复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及复合材料的制备方法，具体涉及一种树脂基竹纤维复合材料的制备方 法。
【背景技术】
[0002] 植物纤维材料由纤维素、半纤维素、木质素及有机抽提物组成，是一种不均匀的 各向异性材料，因其表面含有丰富的极性醇羟基官能团，分子内或分子间存在很强的氢键 作用，使植物纤维材料表面表现出强极性和亲水性，而塑料基体大多都是非极性、亲油性物 质。因此，在木（竹）塑复合材料的制备中，极性的植物纤维与非极性的塑料基体之间不能 很好地粘合，界面粘接力很小，微观上呈现非均相体系，显示出材料的性能较差。通过ATRP 法接枝改性竹浆纤维，可以使其与塑料基体很好的结合在一起，制成的复合材料在各项性 能（强度、热性能等）上都有很大提尚。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的正是为了克服上述技术的不足，而提供一种树脂基竹纤维复合材料 的制备方法，一种低成本、高效、制备工艺简单方便的竹塑复合材料的合成方法，解决了纤 维与树脂基体的相容性问题，提高了复合材料的强度以及热学性能。
[0004] 本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。这种树脂基竹纤维复合材料的制备 方法，该方法具体步骤如下：
[0005] (1)、竹浆纤维原料的准备：以硫酸盐法竹浆纤维为原料，将预先准备好的竹浆板 撕碎，然后按照标准规范放入立式打浆机进行打浆，打浆过程每隔一段时间测量打浆度，最 后制备打浆度为30、40或50三种规格的竹浆纤维，然后各自进行脱水处理，分别用自封袋 冷藏保存；
[0006] (2)、竹浆纤维大分子引发剂的制备：取绝干浆为0. 16g竹浆纤维放入解离器中进 行解离分散，解离后的竹纤维经丙酮、四氢呋喃THF润洗真空抽滤后备用；将100mL的三口 圆底烧瓶放入恒温水浴锅中，在圆底烧瓶中加入〇. 5g的4-二甲基氨基吡啶DMAP，取50ml 的四氢呋喃THF放入烧瓶将4-二甲基氨基吡啶DMAP溶解，并加入I. 5ml的三乙胺，然后充 入氮气15min，将解离后的竹纤维撕碎放入三口烧瓶中并加入转子搅拌，待溶液均匀后，冰 浴条件下逐滴加入1ml的2-溴异丁酰溴BIBB，密封封闭，然后将温度升高至60°C后搅拌反 应 24h ;
[0007] (3)、竹浆纤维AGETATRP法接枝改性：在100mL三口圆底烧瓶中加入IOml的 N，N-二甲基甲酰胺DMF，然后按照摩尔比1 : 2 : 3依次加入0. 30mmol的Cufc2,0. 60mmol 的N-N-五甲基二乙烯基三胺PMDETA以及0. 90mmol的抗坏血酸VC，搅拌均勾，加入0.1mol 的异戊二烯，加入预先制备好的竹浆纤维大分子引发剂，密封后置于恒温水浴锅常温搅拌 反应6h，产物经离子水、无水乙醇丙酮润洗抽滤，在60°C下真空干燥至恒重；
[0008] (4)、改性的竹浆纤维与树脂复合，制备复合材料：
[0009] (A)选用接枝改性的竹浆纤维、热固性树脂以及助剂A，竹浆纤维添加质量分数为 总量的5 %、10 %、15 %或20 %用高速混合机混合均匀，助剂A添加质量分数为总量的3 %， 然后放入双棍开炼机或转矩流变仪中进行熔融共混，共混温度170-190°C，时间8min，冷却 干燥后，放入塑料粉碎机中粉碎成颗粒状或粉末状，再放入相应的模具，用平板硫化机进行 压板，温度170_190°C，时间10_15min，制成复合材料；
[0010] (B)竹浆纤维添加质量分数为5%、10%、15%或20%，分别与热塑性树脂及其助 剂B通过高速混合机混合，助剂B添加质量分数为总量的3%，放入双螺杆挤出机挤出成型 在160-190°C温度下制备相应的复合材料。
[0011] 所述的四氢呋喃THF为分析纯THF。
[0012] 所述的竹浆纤维选用打浆度为40规格的竹浆纤维。
[0013] 所述的热固性树脂为酚醛树脂或环氧树脂；热塑性树脂为聚苯乙烯、聚丙烯或聚 乙烯。
[0014] 所述的助剂A包括增塑剂、固化剂和润滑剂，增塑剂选用邻苯二甲酸二丁酯，固化 剂选用650聚酰胺树脂，增塑剂、固化剂和润滑剂的质量比为1 :1 :1。
[0015] 所述的助剂B包括增塑剂和润滑剂，增塑剂选用邻苯二甲酸二丁醋，增塑剂和润 滑剂的质量比为1 :1。
[0016] 本发明的有益效果为：本发明为制备竹塑纤维复合材料提供一种新的方法，增强 了复合材料的强度性能。竹浆纤维本身含有大量的极性羟基，而树脂基体是非极性的，两者 相容性差，通过ATRP法接枝改性竹浆纤维，然后与基体树脂合成复合材料，本发明方法旨 在克服两者结合性不足的缺陷，不但增强了复合材料的强度性能，而且减少了塑料的消耗， 也缓解我国木塑类复合材料的压力，同时，对于塑料的回收利用也具有一定的积极意义。
【具体实施方式】
[0017] 下面通过【具体实施方式】对本发明作进一步阐述，实施例将帮助更好地理解本发 明，但本发明并不仅仅局限于下述实施例。
[0018] 本发明所述的这种树脂基竹纤维复合材料的制备方法，该方法具体步骤如下：
[0019] (1)、竹浆纤维原料的准备：以硫酸盐法竹浆纤维为原料，将预先准备好的竹浆板 撕碎，然后按照标准规范放入立式打浆机进行打浆，打浆过程每隔一段时间测量打浆度，最 后制备打浆度为30、40或50三种规格的竹浆纤维，然后各自进行脱水处理，分别用自封袋 冷藏保存；
[0020] (2)、竹浆纤维大分子引发剂的制备：取绝干浆为0. 16g竹浆纤维放入解离器中进 行解离分散，解离后的竹纤维经丙酮、四氢呋喃THF润洗真空抽滤后备用；用丙酮和THF润 洗的目的是除去竹浆纤维中的杂质，由于水分对于下一步的酯化反应产生影响，所以所选 用的THF为分析纯THF，真空抽滤的目的也是出去竹浆纤维中的水分。将100mL的三口圆 底烧瓶放入恒温水浴锅中，在圆底烧瓶中加入0. 5g的4-二甲基氨基吡啶DMAP，取50ml的 四氢呋喃THF放入烧瓶将4-二甲基氨基吡啶DMAP溶解，并加入I. 5ml的三乙胺，然后充入 氮气15min，将解离后的竹纤维撕碎放入三口烧瓶中并加入转子搅拌，待溶液均匀后，冰浴 条件下逐滴加入1ml的2-溴异丁酰溴BIBB，密封封闭，然后将温度升高至60°C后搅拌反应 24h ；
[0021]
【主权项】
1. 一种树脂基竹纤维复合材料的制备方法，其特征在于：该方法具体步骤如下： (1) 、竹浆纤维原料的准备：以硫酸盐法竹浆纤维为原料，将预先准备好的竹浆板撕碎， 然后按照标准规范放入立式打浆机进行打浆，打浆过程每隔一段时间测量打浆度，最后制 备打浆度为30、40或50三种规格的竹浆纤维，然后各自进行脱水处理，分别用自封袋冷藏 保存； (2) 、竹浆纤维大分子引发剂的制备：取绝干浆为0. 16g竹浆纤维放入解离器中进行解 离分散，解离后的竹纤维经丙酮、四氢呋喃THF润洗真空抽滤后备用；将100mL的三口圆底 烧瓶放入恒温水浴锅中，在圆底烧瓶中加入0. 5g的4-二甲基氨基吡啶DMAP，取50ml的四 氢呋喃THF放入烧瓶将4-二甲基氨基吡啶DMAP溶解，并加入I. 5ml的三乙胺，然后充入氮 气15min，将解离后的竹纤维撕碎放入三口烧瓶中并加入转子搅拌，待溶液均匀后，冰浴条 件下逐滴加入Iml的2-溴异丁酰溴BIBB，密封封闭，然后将温度升高至60°C后搅拌反应 24h； (3) 、竹浆纤维AGETATRP法接枝改性：在100mL三口圆底烧瓶中加入IOml的N，N-二甲 基甲酰胺DMF，然后按照摩尔比1 : 2 : 3依次加入0. 30mmol的Cufc2,0. 60mmol的N-N-五 甲基二乙烯基三胺PMDETA以及0. 90mmol的抗坏血酸VC，搅拌均匀，加入0.Imol的异戊二 烯，加入预先制备好的竹浆纤维大分子引发剂，密封后置于恒温水浴锅常温搅拌反应6h，产 物经离子水、无水乙醇丙酮润洗抽滤，在60°C下真空干燥至恒重； (4) 、改性的竹浆纤维与树脂复合，制备复合材料： (A) 选用接枝改性的竹浆纤维、热固性树脂以及助剂A，竹浆纤维添加质量分数为总量 的5 %、10 %、15 %或20 %用高速混合机混合均匀，助剂A添加质量分数为总量的3 %，然 后放入双棍开炼机或转矩流变仪中进行熔融共混，共混温度170-190°C，时间8min，冷却干 燥后，放入塑料粉碎机中粉碎成颗粒状或粉末状，再放入相应的模具，用平板硫化机进行压 板，温度170_190°C，时间10_15min，制成复合材料； (B) 竹浆纤维添加质量分数为5 %、10 %、15 %或20 %，分别与热塑性树脂及其助剂B 通过高速混合机混合，助剂B添加质量分数为总量的3%，放入双螺杆挤出机挤出成型在 160-190°C温度下制备相应的复合材料。
2. 根据权利要求1所述的树脂基竹纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述的四 氢呋喃THF为分析纯THF。
3. 根据权利要求1所述的树脂基竹纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述的竹 浆纤维选用打浆度为40规格的竹浆纤维。
4. 根据权利要求1所述的树脂基竹纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述的热 固性树脂为酚醛树脂或环氧树脂；热塑性树脂为聚苯乙烯、聚丙烯或聚乙烯。
5. 根据权利要求1所述的树脂基竹纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述的助 剂A包括增塑剂、固化剂和润滑剂，增塑剂选用邻苯二甲酸二丁醋，固化剂选用650聚酰胺 树脂，增塑剂、固化剂和润滑剂的质量比为1 :1 :1。
6. 根据权利要求1所述的树脂基竹纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述的助 剂B包括增塑剂和润滑剂，增塑剂选用邻苯二甲酸二丁醋，增塑剂和润滑剂的质量比为1 : 1〇
【专利摘要】本发明公开了一种树脂基竹纤维复合材料的制备方法，步骤如下：1、竹浆纤维原料的准备；2、竹浆纤维大分子引发剂的制备；3、竹浆纤维接枝改性：在三口圆底烧瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺DMF，然后加入CuBr2，N-N-五甲基二乙烯基三胺PMDETA以及抗坏血酸VC，加入异戊二烯，加入引发剂，常温搅拌反应，产物经离子水、无水乙醇丙酮润洗抽滤，真空干燥；4、改性的竹浆纤维与树脂复合，制备复合材料。本发明的有益效果为：增强了复合材料的强度。本发明方法旨在克服两者结合性不足的缺陷，增强了复合材料的强度性能，减少了塑料的消耗，也缓解我国木塑类复合材料的压力，同时，对于塑料的回收利用也具有一定的积极意义。
【IPC分类】C08K5-12, C08L63-00, C08F289-00, C08L61-06, C08L23-06, C08L25-06, C08L51-00, C08L23-12, C08F236-08
【公开号】CN104788889
【申请号】CN201510172370
【发明人】张秀梅, 李剑飞
【申请人】浙江理工大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月13日