[发明专利]一种表面改性的球磨细化植物纤维的制备方法

说明书

技术领域

  本发明涉及一种表面改性的球磨细化植物纤维的制备方法。

背景技术

天然植物纤维如麻纤维、椰壳纤维、稻草纤维、甘蔗渣、麦秆纤维、竹和棉纤维等具有质轻、价廉、可再生和可生物降解等特点，可作为增强材料应用于聚合物基复合材料，赋予聚合物复合材料环境友好性和循环经济的优势。通常从天然植物中得到的纤维素纤维是直径几微米至几百微米的粗大纤维，它本身可看作一种复合材料结构，其中的增强剂为次级纤维，包括微纤(fibril)、纳米纤维素(nano cellulose)、基原纤维(elementary fibril)，基体为半纤维素、木质素、胶质等。由于半纤维素、木质素、胶质的力学性能较差，导致整体植物纤维强度有限。如果能将微纤、纳米纤、基原纤维等次级纤维分离，直接应用于增强聚合物材料，则可以充分利用植物纤维的优势，大大提高复合材料的性能。将微纤、纳米纤、基原纤维等次级纤维从纤维母体上分离后，得到的细化次级纤维有可能两端都从母体纤维上剥离下来，得到单根的细化纤维，也可能只有一端从母体纤维上断裂，或两端都连结在母体纤维上，而只是次级纤维之间的基体从母体纤维上去除，从而得到网状细化纤维，将这种网状纤维填充入聚合物基体树脂，预期可得到具有网状增强纤维结构的复合材料，有利于提高其各个方向的力学性能。另一方面，由于植物纤维表面的亲水性，与亲油性聚合物之间的界面粘接较差，严重影响其增强效果。将植物纤维进行合适的表面改性后，可增强纤维与聚合物基体间的界面粘结，有利于提高复合材料的各种力学性能。

近年来，对天然纤维细化的研究已成为热点，主要研究方向包括：（1）溶解：研究植物纤维的溶解方法及其应用；（2）制备：采用微生物发酵制备纳米纤维及其应用，利用动物来源和植物来源纤维素制备纳米纤维素等等。其中，以植物源纤维素水解法制备纳米纤维素的研究进行的最为充分。其它制备方法还有：机械力法、蒸气爆破法、氯气氧化法、电纺法等，其中，静电纺丝法是将纤维素溶解后进行静电纺丝以获得纳米纤维；（3）性能：纳米纤维素的热力学性能和流变性能；（4）结构：细化纤维与原料纤维的结构关系，纳米纤维素的结晶形态及纳米纤维素与葡萄糖链的结构关系，纳米纤维素溶液的各向异性及其液晶结构，纳米纤维素的自组装等；（5）应用：纳米纤维素经表面活性剂改性、化学反应改性或接枝聚合改性后加入聚合物基体中制成复合材料，用于气体阻隔材料和食品包装材料，用作高强度膜和涂料中的增强材料和极性调节剂，用作橡胶补强等。总之，从目前的研究背景分析可知，尚没有关于利用球磨法制备细化植物纤维的研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种球磨改性的细化植物纤维的制备方法，本发明的目的可以通过下列措施实现：

   a.  预处理原材料，获得纯化植物纤维，再将其分散于水或溶剂，获得植物纤维分散液。

   b.  将植物纤维分散液放入密封的球磨罐中，将罐内空气换为惰性气体，在球磨机的转速为10-1000rpm的情况下，球磨0.5-20小时，将产物过滤洗涤，然后分散于大量水中，冷冻干燥后获得球磨细化植物纤维。

   c. 将100重量份的球磨细化植物纤维，放入100-500质量份的无水非质子溶液中，搅拌形成纤维分散液，加入2-400质量份的表面改性剂，在50-150℃下反应0.5-20小时，干燥，制得表面改性的球磨细化植物纤维。

所述的转速优选为150-200rpm，所述的球磨时间，优选为4-10小时。

    所述的预处理是用碱煮和漂白的方法除去植物纤维中的木质素、胶质、半纤维素等非纤维素杂质，具体步骤如下：对木浆纸板用打浆机打浆至45度，其它植物纤维则粉碎至纤维长度小于１-3厘米。将100重量份的植物纤维，加入到100-500重量份3％-25%的氢氧化钠水溶液中，煮沸回流处理0.2-4小时，过滤后，用20%氢氧化钠溶液洗涤1-2次，用水洗涤2-5次，然后用3％-10％双氧水70℃下处理0.2-3小时，过滤后用清水洗涤1-3次，乙醇洗涤1-3次。

    所述的原材料含有一下材料的一种或几种:木浆纸板、木纤维、棉花纤维、棉短绒、麻纤维、椰壳纤维、稻草纤维、甘蔗渣、麦秆纤维、竹纤维。

    所述的溶剂含有以下的一种或几种：乙酸、丙酸、环己酮、乳酸丁酯、乙二醇丁醚、丙二醇乙醚、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜。