專利名稱：：一種耐久性纖維素纖維及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及高分子復(fù)合材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種耐久性纖維素纖維及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：天然植物纖維具有長(zhǎng)徑比大、比強(qiáng)度高、比表面積大、密度低、優(yōu)異的力學(xué)性能、低成本、可再生以及在特定的工藝條件下可生物降解等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，天然植物纖維作為增強(qiáng)材料的潛在優(yōu)勢(shì)越來(lái)越引起人們的關(guān)注，但是由于天然植物纖維具有較高的親水性和極性，致使天然植物纖維在應(yīng)用時(shí)與非極性的塑料基料間的相容性和界面粘接性較差，同時(shí)天然植物纖維含有的木質(zhì)素、半纖維素等易光降解和水解組分，在受到陽(yáng)光照射時(shí)易產(chǎn)生褪色老化、吸水膨脹及滋生菌類等問(wèn)題，這使天然植物纖維在實(shí)際使用過(guò)程中的耐久性較差，難以滿足戶外應(yīng)用高強(qiáng)度、高模量、耐候性結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的實(shí)際需要。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種纖維素纖維，該纖維素纖維的親水性和極性較低，耐久性好。一種耐久性纖維素纖維，包括以下步驟制備而成a、將纖維素纖維分散于其總重量的1-10倍的溶劑中，所述的溶劑由丙酮、甲苯、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或四氫呋喃中的一種或一種以上的混合物組成；b、向上述分散液中加入占纖維素纖維總重量的10-60%的二異氰酸酯和占纖維素纖維總重量的0-5%的聚氨酯合成用金屬類催化劑或胺類催化劑進(jìn)行反應(yīng)；C、再向上述反應(yīng)液中加入占纖維素纖維總重量的5-50%的硅氧烷單體或硅氧烷聚合物進(jìn)行反應(yīng)；d、將上述反應(yīng)所得物冷卻至室溫后，用步驟a中的溶劑洗滌分離，濾出物干燥后即得耐久性纖維素纖維。采用上述技術(shù)方案，首先將纖維素纖維均勻分散于特定的溶劑中，以提高纖維的表面積，使游離的羥基更多的遷移到纖維的表面；再與二異氰酸酯單體進(jìn)行反應(yīng)，合成表面具有異氰酸根殘留基團(tuán)的纖維，然后通過(guò)與硅氧烷進(jìn)行反應(yīng)合成表面具有有機(jī)硅氧烷基聚氨酯共聚物，再經(jīng)特定的溶劑處理后真空干燥，即得本發(fā)明的耐久性纖維素纖維，該纖維素纖維的親水性和極性較低，與非極性的塑料基料間的相容性和界面粘接性好，耐久性好。本發(fā)明的另一目的是提供一種上述纖維素纖維的應(yīng)用，該應(yīng)用能提高復(fù)合材料的耐久性。上述耐久性纖維素纖維在木塑復(fù)合結(jié)構(gòu)材料中的應(yīng)用，包括以下步驟；a、將粉碎過(guò)20-100目篩的纖維素纖維10_70份、塑料粒子20_70份、助劑0.5-10份攪拌混勻；b、將上述混合物在擠出機(jī)中加熱至140-210°C，共混、擠出、造粒，之后在溫度為150-190°C的條件下模壓成型或擠出成型即可。所述是塑料粒子為聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯中一種或一種以上的混合物。所述的助劑為馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯、馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯、聚乙烯蠟、液體石蠟、硅烷偶聯(lián)劑、硬脂酸酰胺、硬脂酰胺、硬脂酸鋅或鈦酸酯偶聯(lián)劑中的一種或一種以上的混合物。采用上述技術(shù)方案，所述的木塑復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的英文全稱為Wood-PlasticStructuralComposites,簡(jiǎn)稱WPSC，將上述耐久性纖維素纖維按照一定的比例與木塑復(fù)合材料的原料進(jìn)行混合，然后在擠出機(jī)加熱至一定溫度，共混、擠出、造粒，并在溫度為150-190°C的條件下模壓成型或擠出成型即可，該纖維素纖維與塑料具有很好的相容性和粘接性，與塑料復(fù)合后獲得耐久性良好的木塑復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。圖1纖維素纖維改性前后的耐紫外老化光譜吸收?qǐng)D譜。具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一種耐久性纖維素纖維，具體包括以下步驟；a、將纖維素纖維在攪拌的條件下分散于其總重量的1-10倍的溶劑中；b、向上述分散液中加入占纖維素纖維總重量的10-60%的二異氰酸酯和占纖維素纖維總重量的0-5%的聚氨酯合成用金屬類催化劑或胺類催化劑，在溫度為40-80°C之間保溫反應(yīng)0.5-4小時(shí)；C、再向上述反應(yīng)液中加入占纖維素纖維總重量的5-50%的硅氧烷單體或硅氧烷聚合物，并在溫度為30-70°C之間保溫反應(yīng)0.5-4小時(shí)；d、將上述反應(yīng)所得物冷卻至室溫后，用步驟a中的溶劑洗滌分離，濾出物在溫度為30-70°C之間真空干燥，即得耐久性纖維素纖維。采用上述技術(shù)方案，先在攪拌條件下將纖維素纖維分散于溶劑中，通過(guò)在溶劑中不斷的浸潤(rùn)和分散，可加速纖維素纖維中游離的羥基遷移到纖維表面，有利于加快反應(yīng)進(jìn)程；接著進(jìn)行纖維表面的接枝改性，首先向分散液中加入二異氰酸酯，以便合成表面具有異氰酸根殘留基團(tuán)的纖維，然后添加硅氧烷單體或硅氧烷聚合物，縮聚合成表面具有有機(jī)硅氧烷基聚氨酯共聚物，以獲得具有彈性疏水和良好界面相容性的改性纖維素纖維；同時(shí)為了加快反應(yīng)速度，通常在反應(yīng)過(guò)程中不同的步驟可在一定的溫度范圍內(nèi)保溫反應(yīng)適當(dāng)時(shí)間，優(yōu)選的還可添加催化劑加快反應(yīng)速度，上述反應(yīng)所得的纖維素纖維冷卻至室溫后，通常用步驟a中的溶劑洗滌至少2次，然后再離心分離，濾液重復(fù)使用，濾出物在溫度為30-70°C之間真空干燥，即得耐久性纖維素纖維。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，上述步驟b中所述的聚氨酯合成用金屬類催化劑或胺類催化劑為辛酸亞錫T-9、二月桂酸二丁基錫T-12、二甲基乙醇胺、四甲基乙二胺或四甲基丙二胺。同時(shí)所述的二異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯或二苯基甲烷二異氰酸酯一種或一種以上的混合物組成。作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述的纖維素纖維為微晶纖維素纖維或植物基纖維素纖維。更優(yōu)選的是所述的植物基纖維素為天然的麻纖維、竹纖維、木纖維或棉纖維。采用上述技術(shù)方案，通常采用高純度纖維素纖維，優(yōu)選采用熱化學(xué)液化技術(shù)獲得的纖維素纖維微粉，其專利號(hào)為CN101619547，該纖維素的純度為90%以上，羥值可調(diào)，直徑10-15um，熱分解溫度330°C以上，結(jié)晶度48%以上，且成本低廉。本發(fā)明的耐久性纖維素纖維，其中所述的硅烷單體為氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。所述的硅氧烷聚合物為重均分子量為400-3000的端羥基或端氨基聚甲氧基硅氧烷。上述耐久性纖維素纖維在木塑復(fù)合結(jié)構(gòu)材料中的應(yīng)用，包括以下步驟；a、將粉碎過(guò)20-100目篩的纖維素纖維10_70份、塑料粒子20_70份、助劑0.5-10份攪拌混勻；b、將上述混合物在擠出機(jī)中加熱至140-210°C，共混、擠出、造所述是塑料粒子為聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯中一種或一種以上的混合物。所述的助劑為馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯、馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯、聚乙烯蠟、液體石蠟、硅烷偶聯(lián)劑、硬脂酸酰胺、硬脂酰胺、硬脂酸鋅或鈦酸酯偶聯(lián)劑中的一種或一種以上的混合物。下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明；實(shí)施例1稱取微晶纖維素40g，加入四氫呋喃40g，先在40°C條件下高速分散60min，在攪拌條件下加入甲苯二異氰酸酯16g，加入催化劑二甲基乙醇胺0.10g，升溫至40°C保溫反應(yīng)1.5h，滴加氨丙基三乙氧基硅烷8g，在30°C保溫反應(yīng)Ih抽濾，濾液回收利用，濾出物用丙酮抽洗兩次，于30°C真空干燥4h，得到改性后纖維素纖維。稱取上述改性纖維素纖維IOg并粉碎過(guò)20目篩，加入聚乙烯70g，馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯0.5g，鈦酸酯偶聯(lián)劑0.5g，混合均勻后，采用雙螺桿擠出機(jī)在140°C條件下擠出、造粒，在壓力為5MPa，溫度150°C條件下模壓成型。實(shí)施例2稱取麻纖維素纖維40.0g，加入N，N二甲基甲酰胺360g，高速攪拌lOmin，再加入甲苯二異氰酸酯4g，升溫至50°C保溫反應(yīng)0.5h后滴加N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷10.0g，在40°C保溫反應(yīng)2h抽濾，濾液回收利用，濾出物用四氫呋喃抽洗兩次，于60°C真空干燥4h，得到改性纖維素纖維。稱取上述改性纖維素纖維70g并粉碎過(guò)100目篩，加入聚丙烯20g，聚乙烯蠟5.Og,馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯3.0g，硬脂酸鋅1.0g，混合均勻后，采用雙螺桿擠出機(jī)在210°C條件下擠出、造粒，在壓力為5MPa，溫度190°C條件下模壓成型。實(shí)施例3稱取竹纖維素纖維40.0g，加入四氫呋喃300g，先在40°C條件下分散30min，再加入異佛爾酮二異氰酸酯10.Og,加入催化劑四甲基丙二胺0.07g,升溫至60°C保溫反應(yīng)2h后滴加分子量為600的端氨基聚二甲氧基硅氧烷12.0g，在50°C保溫反應(yīng)0.5h抽濾，濾液回收利用，濾出物用N，N二甲基甲酰胺抽洗兩次，于50°C真空干燥4h，得到改性后纖維素纖維。稱取上述改性纖維素纖維65.Og并粉碎過(guò)40目篩，加入廢舊塑料粒子35.0g，馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯2.0g，聚乙烯蠟2.0g，硅烷偶聯(lián)劑K5601.0g，混合均勻后，采用雙螺桿擠出機(jī)在190°C條件下擠出、造粒，在溫度170°C條件下擠出成型。實(shí)施例4稱取棉纖維素纖維40.Og,加入丙酮和四氫呋喃的混合物400g，高速攪拌15min，加入二苯基甲烷二異氰酸酯20.Og,加入2g四甲基乙二胺，升溫至70°C保溫反應(yīng)4h后滴加分子量1000的端羥基聚二甲氧基硅氧烷20g，在60°C保溫反應(yīng)3h后抽濾，濾液回收利用，濾出物用四氫呋喃抽洗1次，用再用丙酮抽洗1次，于70°C真空干燥4h，得到改性后纖維素纖維。稱取上述改性纖維素纖維70.Og并粉碎過(guò)60目篩，加入聚苯乙烯30.Og,馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯3.Og,聚乙烯蠟1.Og,硬脂酸酰胺1.Og,混合均勻后，采用雙螺桿擠出機(jī)在180°C條件下擠出、造粒，在溫度160°C條件下擠出成型。實(shí)施例5稱取木纖維素纖維粉體40.0g，加入甲苯和N，N-二甲基乙酰胺350g，先在40°C條件下高速分散30min，再加入甲苯二異氰酸酯24g，加入0.5g催化劑二月桂酸二丁基錫T-12，升溫至80°C保溫反應(yīng)45min后滴加分子量為1500的端氨基聚二甲氧基硅氧烷氨20.Og,在70°C保溫反應(yīng)4h后抽濾，濾液回收利用，濾出物用四氫呋喃抽洗2次，于60°C真空干燥4h，得到改性后纖維素纖維。稱取上述改性纖維素纖維65.Og并粉碎過(guò)50目篩，加入聚乙烯和聚苯乙烯的混合物35.0g，聚乙烯蠟4.0g，鈦酸酯偶聯(lián)劑1.0g，混合均勻后，采用雙螺桿擠出機(jī)在170°C條件下擠出、造粒，在壓力為5MPa，溫度150°C條件下模壓成型。本發(fā)明的耐久性纖維素纖維，較天然的植物纖維羥基含量大大降低，羥值降至5-50mgK0H/g，親水性降低，疏水性明顯提高，同時(shí)由于除去了吸濕性大的多糖類半纖維素和光穩(wěn)定性差的木質(zhì)素組分，抗紫外老化性能大大提高，特別是經(jīng)過(guò)硅氧烷基聚氨酯化改性后，熱穩(wěn)定性顯著提高，如表2所示；紫外吸收大大減弱，如圖1是列舉了實(shí)施例3改性前后纖維素纖維的耐紫外老化光譜吸收?qǐng)D譜，其中a表示本發(fā)明的纖維素纖維，b表示竹纖維微粉，c表示新鮮竹粉，d表示W(wǎng)PC商業(yè)用竹粉，由圖1可知，本發(fā)明的纖維素纖維在紫外波長(zhǎng)范圍吸收顯著減小。本發(fā)明的耐久性纖維素纖維，防霉抗菌性能較天然的植物纖維大大提高，如表1所示，列舉了實(shí)施例3改性前后抗菌性能。表1改性前后纖維素纖維的抗菌性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表1中“+”值表示該物質(zhì)對(duì)這種菌種有抑制其繁殖的作用，其絕對(duì)值表示抑制效果的大??；“_”值表示該物質(zhì)對(duì)這種菌種有滋生其繁殖的作用，其絕對(duì)值表示滋養(yǎng)效果的大小，可見(jiàn)本發(fā)明改性后的纖維素纖維具有較好的抗菌性能。將以上實(shí)施例1-5的復(fù)合材料分別按照GB/T1040、GB/T9341、GB/T1843、GB/T1034，測(cè)試復(fù)合材料的拉伸、彎曲、懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度和以及吸水性。采用熱氧化穩(wěn)定性能判斷使用改性前后纖維素纖維的復(fù)合材料的使用壽命，即采用氧化誘導(dǎo)期方法，英文全稱為OxidativelnductionTime,簡(jiǎn)稱0ΙΤ，該指標(biāo)是穩(wěn)定化材料耐氧化分解的一種相對(duì)度量，是對(duì)材料穩(wěn)定化水平的一種評(píng)價(jià)，一般1分鐘對(duì)應(yīng)于使用期一年。本發(fā)明采用差示掃描量熱計(jì)(DifferentialScanningCalorimeter,DSC)測(cè)量氧化誘導(dǎo)期，結(jié)果表明，本發(fā)明纖維素纖維的OIT大大提高。復(fù)合后技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)附表3所示。表2實(shí)施例1-5所制的改性前后纖維的技術(shù)指標(biāo)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表3實(shí)施例1-5所制的改性后纖維復(fù)合材料的性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由表2、3所示，在木塑復(fù)合材料中應(yīng)用本發(fā)明的纖維素纖維，木塑復(fù)合材料的各種性能均有顯著提高，滿足戶外結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用要求。權(quán)利要求一種耐久性纖維素纖維，包括以下步驟制備而成a、將纖維素纖維分散于其總重量的1-10倍的溶劑中，所述的溶劑由丙酮、甲苯、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或四氫呋喃中的一種或一種以上的混合物組成；b、向上述分散液中加入占纖維素纖維總重量的10-60％的二異氰酸酯和占纖維素纖維總重量的0-5％的聚氨酯合成用金屬類催化劑或胺類催化劑進(jìn)行反應(yīng)；c、再向上述反應(yīng)液中加入占纖維素纖維總重量的5-50％的硅氧烷單體或硅氧烷聚合物進(jìn)行反應(yīng)；d、將上述反應(yīng)所得物冷卻至室溫后，用步驟a中的溶劑洗滌分離，濾出物干燥后即得耐久性纖維素纖維。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐久性纖維素纖維，具體包括以下步驟a、將纖維素纖維在攪拌的條件下分散于其總重量的1-10倍的溶劑中；b、向上述分散液中加入占纖維素纖維總重量的10-60%的二異氰酸酯和占纖維素纖維總重量的0-5%的聚氨酯合成用金屬類催化劑或胺類催化劑，在溫度為40-80°C之間保溫反應(yīng)0.5-4小時(shí)；c、再向上述反應(yīng)液中加入占纖維素纖維總重量的5-50%的硅氧烷單體或硅氧烷聚合物，并在溫度為30-70°C之間保溫反應(yīng)0.5-4小時(shí)；d、將上述反應(yīng)所得物冷卻至室溫后，用步驟a中的溶劑洗滌分離，濾出物在溫度為30-70°C之間真空干燥，即得耐久性纖維素纖維。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐久性纖維素纖維，其特征在于所述的聚氨酯合成用金屬類催化劑或胺類催化劑為辛酸亞錫T-9、二月桂酸二丁基錫T-12、二甲基乙醇胺、四甲基乙二胺或四甲基丙二胺。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐久性纖維素纖維，其特征在于所述的二異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯或二苯基甲烷二異氰酸酯一種或一種以上的混合物組成。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐久性纖維素纖維，其特征在于所述的硅烷單體為氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一種。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐久性纖維素纖維，其特征在于所述的硅氧烷聚合物為重均分子量為400-3000的端羥基或端氨基聚甲氧基硅氧烷。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐久性纖維素纖維，其特征在于所述的反應(yīng)所得物冷卻至室溫后，用步驟a中的溶劑至少洗滌2次后分離。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐久性纖維素纖維，其特征在于所述的纖維素纖維為微晶纖維素纖維或植物基纖維素纖維。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的耐久性纖維素纖維，其特征在于所述的植物基纖維素纖維為天然麻纖維、竹纖維、木纖維或棉纖維。10.權(quán)利要求1-9所述的耐久性纖維素纖維在木塑復(fù)合材料中的應(yīng)用，包括以下步驟；a、將粉碎過(guò)20-100目篩的纖維素纖維10-70份、塑料粒子20-70份、助劑0.5-10份攪拌混勻；b、將上述混合物在擠出機(jī)中加熱至140-210°C，共混、擠出、造粒，之后在溫度為150-190°C的條件下模壓成型或擠出成型即可。所述是塑料粒子為聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯中一種或一種以上的混合物。所述的助劑為馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯、馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯、聚乙烯蠟、液體石蠟、硅烷偶聯(lián)劑、硬脂酸酰胺、硬脂酰胺、硬脂酸鋅或鈦酸酯偶聯(lián)劑中的一種或一種以上的混合物。全文摘要本發(fā)明涉及高分子復(fù)合材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種耐久性纖維素纖維及其應(yīng)用，包括以下步驟先將纖維素纖維分散于其總重量的1-10倍的溶劑中；再向上述分散液中加入占纖維素纖維總重量的10-60％的二異氰酸酯單體和占纖維素纖維總重量的0-5％的聚氨酯合成用金屬類催化劑或胺類催化劑進(jìn)行反應(yīng)，然后向上述反應(yīng)液中加入占纖維素纖維總重量的5-50％的硅氧烷單體或硅氧烷聚合物進(jìn)行反應(yīng)；最后將上述所得反應(yīng)產(chǎn)物冷卻至室溫后，洗滌分離出濾出物干燥后即得本發(fā)明的耐久性纖維素纖維。本發(fā)明獲得的耐久性纖維素纖維，疏水性明顯提高，具有很好的熱穩(wěn)定性、耐紫外老化性能、抗菌性能，同時(shí)將其應(yīng)用在木塑復(fù)合材料中時(shí)也具有很好的耐久性。文檔編號(hào)C08L1/08GK101831801SQ20101016763公開(kāi)日2010年9月15日申請(qǐng)日期2010年5月7日優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日發(fā)明者任兵杰,史建俊,吳強(qiáng)林,方紅霞,李長(zhǎng)江,許修強(qiáng)申請(qǐng)人:黃山華芮科技有限公司