表面接枝納米二氧化鈦的連續(xù)亞麻纖維束及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及連續(xù)亞麻纖維處理方法領(lǐng)域，具體涉及一種表面接枝納米二氧化鈦的 連續(xù)亞麻纖維束及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 植物纖維可以作為增強(qiáng)纖維用于制備各種纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料，但由于其力 學(xué)性能較低，目前主要用于非結(jié)構(gòu)性構(gòu)件和汽車內(nèi)飾等領(lǐng)域。植物纖維具有生長周期短、環(huán) 境友好、來源廣、密度低、比強(qiáng)度/模量高、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。如果通過一定的工藝，大幅度 提高植物纖維的力學(xué)性能及其與樹脂基體的界面粘結(jié)性能，并制備可以作為結(jié)構(gòu)材料的高 性能植物纖維復(fù)合材料，將顯著拓寬植物纖維及其復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域，部分替代現(xiàn)有的 合成纖維，這將對促進(jìn)材料的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。
[0003] 麻纖維是人類歷史上最早種植和利用的一類植物纖維經(jīng)濟(jì)作物，其廣泛應(yīng)用于輕 工業(yè)、重工業(yè)和建筑業(yè)等各行各業(yè)中。亞麻纖維來源于亞麻的韌皮部分，為雙子葉植物綱 亞麻科亞麻屬的代表性作物。亞麻纖維織品的吸濕能力優(yōu)良，主要是由于亞麻纖維材料的 表面含有大量的羥基活性基團(tuán)，這種親水基團(tuán)使得亞麻纖維極易吸收空氣和環(huán)境中的水分 子，并產(chǎn)生一定的潤脹現(xiàn)象。亞麻纖維在飽和蒸汽中的吸水率為2000gAh · IOOg)，因而應(yīng) 用亞麻纖維制備纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料時(shí)，要首先對其進(jìn)行表面改性的高性能化處理， 降低亞麻纖維的表面活性基團(tuán)數(shù)量，以滿足植物纖維復(fù)合材料的使用要求。
[0004] 目前，植物纖維的高性能化主要從物理改性的角度進(jìn)行，如堿液處理、蒸汽爆破處 理和超聲波處理等方法。這類方法操作簡便、儀器設(shè)備相對簡單，主要是從增加纖維材料與 樹脂基體之間的機(jī)械嵌合相互作用出發(fā)，提高植物纖維復(fù)合材料的性能。但物理高性能化 方法忽視了樹脂基體的高分子聚合物屬性，沒有考慮植物纖維表面的活性基團(tuán)與樹脂基體 發(fā)生化學(xué)鍵合的相互作用?；谏鲜鰡栴}，本專利提出將納米二氧化鈦顆粒接枝到亞麻纖 維束的表面，以期提高纖維的單絲拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能和改善亞麻纖維與樹脂基體的界面 粘結(jié)性能，滿足制備高性能植物纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 基于上述分析，本發(fā)明的目的是提出一種表面接枝納米二氧化鈦的連續(xù)亞麻纖維 束及其制備方法，通過蒸餾水超聲作用，清洗亞麻纖維表面的低分子量物質(zhì)，降低纖維表面 缺陷；制備納米二氧化鈦與硅烷偶聯(lián)劑等懸浮液，使浸泡于該懸浮液的亞麻纖維束表面接 枝上納米二氧化鈦。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)如下：一種表面接枝納米二氧化鈦的連續(xù)亞麻纖維束的制備 方法，步驟如下：
[0007] ( -）、連續(xù)亞麻纖維束首先經(jīng)蒸餾水超聲清洗，
[0008] (二）、然后將連續(xù)亞麻纖維束浸入到納米二氧化鈦與硅烷偶聯(lián)劑溶液所形成的 懸浮液中，作用一段時(shí)間，使得連續(xù)亞麻纖維束表面接枝納米二氧化鈦，
[0009](三）、再次經(jīng)蒸餾水超聲清洗，最后對處理過的連續(xù)亞麻纖維束進(jìn)行烘干、收卷。 [0010] 本發(fā)明還具有如下技術(shù)特征：
[0011] 1、所述的連續(xù)亞麻纖維束為未經(jīng)漂白處理的連續(xù)亞麻纖維粗紗，介于8?24支之 間，捻度小于等于15。
[0012] 2、步驟一中經(jīng)蒸餾水超聲清洗的超聲功率為200?1500W，超聲清洗時(shí)間為30 秒?20分鐘，清洗溫度25?90°C。
[0013] 3、步驟二中所述的硅烷偶聯(lián)劑溶液由無水乙醇、硅烷偶聯(lián)劑和蒸餾水組成，各組 分的質(zhì)量百分比為：50?90 : 2?10 : 8?40。
[0014] 4、步驟二中納米二氧化鈦與硅烷偶聯(lián)劑溶液所形成的懸浮液制作方法如下：無水 乙醇、硅烷偶聯(lián)劑和蒸餾水混合并通過機(jī)械攪拌均勻后，在100?800轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌條件 下，逐步將納米二氧化鈦顆粒加入混合液中，加入完成后，調(diào)高攪拌速度至1500?3000轉(zhuǎn) /分鐘，攪拌時(shí)間為60分鐘，納米二氧化鈦顆粒的直徑為5?lOOnm，懸浮液中二氧化鈦的 質(zhì)量含量為〇. 5?15%。
[0015] 5、步驟二中連續(xù)亞麻纖維束在懸浮液中的浸泡時(shí)間控制為30秒?20分鐘，懸浮 液的溫度控制在25?90°C。
[0016] 6、步驟三中通過蒸餾水超聲清洗，清洗時(shí)間為30秒?10分鐘，蒸餾水溫度為 25 ?90?。
[0017] 7、步驟三中連續(xù)亞麻纖維通過烘干爐的溫度為80?IKTC，烘干時(shí)間為5?30分 鐘，然后收卷。
[0018] 8、一種表面接枝納米二氧化鈦的連續(xù)亞麻纖維束，接枝納米二氧化鈦后的連續(xù)亞 麻纖維束的分子結(jié)構(gòu)，如下：
[0019]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種表面接枝納米二氧化鈦的連續(xù)亞麻纖維束的制備方法，其特征在于，步驟如 下： 步驟一、連續(xù)亞麻纖維束首先經(jīng)蒸餾水超聲清洗； 步驟二、然后將連續(xù)亞麻纖維束浸入到納米二氧化鈦與硅烷偶聯(lián)劑溶液所形成的懸浮 液中，作用一段時(shí)間后，使得連續(xù)亞麻纖維束表面接枝納米二氧化鈦； 步驟三、再次經(jīng)蒸餾水超聲清洗，最后對處理過的連續(xù)亞麻纖維束進(jìn)行烘干、收卷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面接枝納米二氧化鈦的連續(xù)亞麻纖維束的制備方法， 其特征在于：所述的連續(xù)亞麻纖維束為未經(jīng)漂白處理的連續(xù)亞麻纖維粗紗，介于8?24支 之間，捻度小于等于15。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面接枝納米二氧化鈦的連續(xù)亞麻纖維束的制備方法， 其特征在于：步驟一中經(jīng)蒸餾水超聲清洗的超聲功率為200W?1500W，超聲清洗時(shí)間為30 秒?20分鐘，清洗溫度25°C?90°C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面接枝納米二氧化鈦的連續(xù)亞麻纖維束的制備方法， 其特征在于：步驟二中所述的硅烷偶聯(lián)劑溶液由無水乙醇、硅烷偶聯(lián)劑和蒸餾水組成，各組 分的質(zhì)量百分比為：50?90 : 2?10 : 8?40。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面接枝納米二氧化鈦的連續(xù)亞麻纖維束的制備方法， 其特征在于，步驟二中納米二氧化鈦與硅烷偶聯(lián)劑溶液所形成的懸浮液制作方法如下：無 水乙醇、硅烷偶聯(lián)劑和蒸餾水混合并通過機(jī)械攪拌均勻后，在100?800轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌條 件下，逐步將納米二氧化鈦顆粒加入混合液中，加入完成后，調(diào)高攪拌速度至1500?3000 轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時(shí)間為60分鐘，納米二氧化鈦顆粒的直徑為5?100nm，懸浮液中二氧化鈦 的質(zhì)量含量為0.5?15%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面接枝納米二氧化鈦的連續(xù)亞麻纖維束的制備方法， 其特征在于，步驟二中連續(xù)亞麻纖維束在懸浮液中的浸泡時(shí)間控制為30秒?20分鐘，懸浮 液的溫度控制在25?90°C。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面接枝納米二氧化鈦的連續(xù)亞麻纖維束的制備方法， 其特征在于，步驟三中通過蒸餾水超聲清洗，清洗時(shí)間為30秒?10分鐘，蒸餾水溫度為 25?90°〇。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面接枝納米二氧化鈦的連續(xù)亞麻纖維束的制備方法， 其特征在于，步驟三中連續(xù)亞麻纖維通過烘干爐的溫度為80?110°C，烘干時(shí)間為5?30 分鐘，然后收卷。
9. 一種表面接枝納米二氧化鈦的連續(xù)亞麻纖維束，其特征在于，接枝納米二氧化鈦后 的連續(xù)亞麻纖維束的分子結(jié)構(gòu)，如下：
o
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種表面接枝納米二氧化鈦的連續(xù)亞麻纖維束，其特征在 于：納米二氧化鈦顆粒與連續(xù)亞麻纖維束的質(zhì)量之比為0.5-6. 0 : 100。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種表面接枝納米二氧化鈦的連續(xù)亞麻纖維束及其制備方法，連續(xù)亞麻纖維束首先經(jīng)蒸餾水超聲清洗，然后浸入到納米二氧化鈦與硅烷偶聯(lián)劑的懸浮液中，并在一定作用時(shí)間后，再次經(jīng)蒸餾水超聲清洗，最后對處理過的連續(xù)亞麻纖維束進(jìn)行烘干、收卷。利用該方法處理亞麻纖維束，可以顯著改善亞麻纖維的拉伸性能及其與環(huán)氧樹脂的界面粘結(jié)性能，通過本方法有利于實(shí)現(xiàn)亞麻纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的高性能化。
【IPC分類】C09C1-36, D06M11-46, C09C3-12, D06M101-06, D06M13-513
【公開號】CN104562636
【申請?zhí)枴緾N201510027508
【發(fā)明人】咸貴軍, 王宏光
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月14日