植物纤维表面改性及PP复合材料力学性能研究

发布时间：2021-04-09 13:31

　　以天然竹纤维粉（BF）为原料,分别通过氢氧化钠和十六烷基三甲氧基硅烷（HTES）改性竹纤维,然后分别将天然和改性竹粉与聚丙烯（PP）复合挤出制备竹纤维增强PP复合材料。采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）及水接触角（WCA）表征了天然竹粉和改性竹粉的表面化学结构及亲疏水性能;研究了添加5%的竹粉时PP复合材料力学性能。结果表明,硅烷偶联剂成功接枝到竹纤维表面,竹粉WCA由26.4°提高到107.8°;热变形实验结果显示添加未改性竹粉后,纯PP的热变形温度由78.3℃降到74℃,但是添加HTES改性竹粉后,PP复合材料的热变形温度提高到86.9℃,另外,与未改性竹粉相比,HTES改性竹粉能够显著提高PP的拉伸强度、冲击强度及弯曲模量。 

【文章来源】：塑料工业. 2020,48(08)北大核心CSCD

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

十六烷基三甲氧基硅烷对竹纤维表面改性机理

本实验采用FTIR测试了天然竹粉、NaOH处理以及HTES改性的竹粉表面化学结构，其结果如图2所示。由图可以看出，与未处理竹粉相比，NaOH处理24 h后的表面在1 700 cm-1处明显少了一个吸收峰，这是羰基的伸缩振动，说明植物纤维中的酯、有机酸类等物质被碱溶液去除;此外，与HTES反应后，在1 450 cm-1和840 cm-1位置出现了新的吸收峰，这分别是由Si—OH键和Si—O—C键的弯曲振动引起的[1]。在波数为3 400 cm-1位置为—OH的吸收峰，竹纤维表面羟基与HTES反应后，—OH数减少，因此—OH吸收峰强度减弱，使纤维极性降低。综上，由红外谱图可以证实HTES改性竹粉制备成功。2.2 WCA测试分析

通常判断材料表面亲/疏水性能的依据为水接触角(WCA)，其反映了液体对固体的润湿程度，WCA<90°时材料为亲水性能。为了测定粉体表面的接触角，本文采用压片的方法获得平整纤维表面，从而使用平面接触角的测量方法。由于竹粉具有良好亲水性能，它与疏水性PP树脂间界面相容性极差，通过对竹粉表面进行改性，提高其疏水性。图3为未处理、NaOH处理及HTES改性的竹粉的水接触角随时间变化图。由a曲线可以看到当水滴刚接触到纤维表面时，水接触角为26.4°，然而在2 s内水滴被完全吸收。而经过NaOH处理24 h后，由于纤维极性被减弱，使得纤维水接触角提高到88.5°，此外，经过HTES改性后，纤维的WCA提高到107.8°，并且WCA在10 s内变化不大，说明HTES改性使纤维表面变为疏水性能，这是由于硅烷水解后与纤维表面羟基发生反应在纤维表面形成有机硅烷分子层，从而降低了纤维的极性。2.3 复合材料力学性能测试

【参考文献】：
期刊论文
[1]植物纤维改性方法及其增强复合材料研究进展[J]. 韩宁宁,王训遒,陈琦,宁卓远.  化工新型材料. 2020(03)
[2]复合材料用天然植物纤维改性研究进展[J]. 马红亮,陈健,孔振武.  生物质化学工程. 2019(04)
[3]天然植物纤维化学塑化改性研究进展[J]. 周方浪,邓佳,杨静,杨海艳,郑志锋,史正军.  广州化工. 2018(03)
[4]发泡型植物纤维缓冲包装材料研究现状及发展趋势[J]. 肖俊芳,肖生苓,高献策.  森林工程. 2013(02)
[5]纤维素结构研究的进展[J]. 陈家楠.  纤维素科学与技术. 1993(04)

博士论文
[1]植物纤维/ABS木塑复合材料的制备、结构与性能研究[D]. 马丽.华南理工大学 2012

硕士论文
[1]聚乳酸/木纤维复合材料的制备及其增容改性研究[D]. 栗江波.江苏科技大学 2019
[2]植物纤维表面改性及聚丙烯复合材料的研究[D]. 张丽.青岛科技大学 2007



本文编号：3127708