[发明专利]一种植物纤维的大气压冷等离子体改性方法及其在木塑复合材料中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种植物纤维的大气压冷等离子体改性方法及其在木塑复合材料中的应用，属于植物纤维领域，也属于复合材料领域。

背景技术

木塑复合材料（Wood-Plastic Composite，简称WPC）是以各种木质纤维素纤维材料为增强相、各种塑料为基体，经过挤出、热压或注塑等方法复合而成的一类新型绿色环保复合材料，具有广阔的市场空间和应用领域。其研制和广泛应用不仅可以缓解木材的资源紧张，提高植物资源的利用率，减少农业废弃物焚烧给环境带来的污染；而且可以减少塑料废弃物的公害污染，缓解石化资源紧张。

但是，由于植物纤维是亲水性的、极性材料，而塑料是憎水性的、非极性材料，二者的界面相容性问题一直是木塑复合材料的制备关键之处。目前，主要是通过添加硅烷、钛酸酯、铝酸酯、异氰酸酯等偶联剂或丙烯酸化合物类接枝聚合物等界面相容剂，或者采用植物纤维碱化、酯化、醚化、接枝改性、微波处理等方法，改善WPC的界面相容性。但这些预处理方式存在过程复杂、对环境会产生污染等缺陷；而且，通常采用等离子体处理方法时，需要较贵的真空设备，因此，一种新的植物改性方法仍是各国研究的热点。同时，当植物纤维含量较高，超过40%时，植物纤维明显发生团聚，影响材料的界面结合力，继而导致材料的力学性能下降；而且，当植物纤维含量较高时，材料的吸水性也随之增大，影响材料的尺寸稳定性和耐久性。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种简单易操作、短时高效、对环境无污染的植物纤维改性方法。

本发明的另一目的在于提供上述改性植物纤维作为木塑复合材料的增强相，应用于复合材料领域。而且该法保证高植物纤维含量时，植物纤维的分散性、与塑料的界面相容性依旧良好，复合材料综合性能优良。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：本发明所述的一种植物纤维的大气压冷等离子体改性方法，其特征是通过等离子体改性植物纤维。

所述的等离子体为大气压辉光放电冷等离子体。

所述的等离子体反应气体为氩气、氖气、氦气、氧气、氮气、乙炔等气体中的一种或两种以上以任意比例混合的气体。

所述等离子体反应气体的流速为0.5~20 L/min、处理功率为200~900 W、处理电压为1000~6000V、处理距离为10~50 mm、处理时间为1~10 min。

所述的植物纤维至少有一种选自木粉、竹粉、稻壳粉、麦秸秆粉、玉米秆粉、甘蔗渣等植物纤维，植物纤维含水率为1%~5%、平均粒径为20目~120目。

 本发明所述的一种木塑复合材料，由塑料为基体和植物纤维为增强相或填充相制成，其特征在于所述塑料至少有一种选自聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯三元共聚物（ABS）、聚酰胺（PA）、不饱和聚酯（UP）或聚苯乙烯（PS），所述的植物纤维选自上述的制备方法制得的利用大气压冷等离子体改性的植物纤维。

所述润滑剂优选硬脂酸和/或硬脂酸钙。

所述的塑料基体为本领域常规技术，木塑复合材料的制备方法为本领域常规技术。

上述改性的植物纤维的质量占所要制得的木塑复合材料总质量的10%~70%。

将平均粒径为20目~200目的常规植物纤维放置在烘箱中干燥，获得含水率为1%~5%、平均粒径为20目~200目的植物纤维，采用大气压冷等离子体处理植物纤维，所述的等离子体反应气体为氩气、氖气、氦气、氧气、氮气、乙炔等气体中的一种或两种以上以任意比例混合的气体；所述等离子体反应气体的流速为0.5~20 L/min、处理功率为200~900 W、处理电压为1000~6000V、处理距离为10~50 mm、处理时间为1~10 min，处理后获得改性植物纤维，按质量配比将至少有一种选自聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯三元共聚物（ABS）、聚酰胺（PA）、不饱和聚酯（UP）或聚苯乙烯（PS）的塑料100份、润滑剂1-5份、占所要制得的木塑复合材料质量10%~70%的上述改性植物纤维放入高速混合机中，混合后，冷却卸料，制成预混料后挤出造粒得到木塑粒子；将木塑粒子放入挤出机中，经熔融、共混、挤出、冷却定型制得木塑复合材料。