一種超疏水竹纖維及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及竹纖維領(lǐng)域，具體地說，是一種超疏水竹纖維及其制備方法，經(jīng)過聚合 物乳液及疏水納米粒子共同作用而制得的超疏水竹纖維。
【背景技術(shù)】
[0002] 竹子生長周期短，價(jià)格低廉，因此，W竹子為原料生產(chǎn)的竹纖維具有可再生W及成 本低的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，竹纖維也具有較高的強(qiáng)度和模量，且竹材密度僅為0.9g/cm 3左右，因此 竹纖維具有高比強(qiáng)度(220MPa-cmVg)和比模量(23MPa-cmVg)。上述優(yōu)良性能使竹纖維成為 優(yōu)良的樹脂增強(qiáng)材料。
[0003] 但竹纖維作為天然纖維的一種，因表面存在大量的徑基，同樣存在天然纖維固有 的缺陷，包括易吸水、與非極性樹脂相容性低等缺陷。因此，目前針對(duì)竹纖維的疏水改性和 對(duì)于竹纖維復(fù)合材料的制備尤為重要，但目前往往采用硅烷偶聯(lián)劑或鐵酸醋偶聯(lián)劑對(duì)竹纖 維進(jìn)行表面處理，如CN102963079A、CN104313877AW及CN102952337B等，但由于纖維素高結(jié) 晶性的特點(diǎn)，導(dǎo)致偶聯(lián)劑改性的方法存在反應(yīng)程度低，疏水改性及界面增容效果不明顯等 缺陷。此外，另有報(bào)道采用諸如醋化或酸化等化學(xué)方法改性竹纖維（《Injection-molded short hemp fiber/glass fiber-reinforced polypropylene hybrid composites-Mechanical,water absorption and thermal properties》（Journal ofapplied polymer science，2007，103(4)，2432-2441) W及《竹纖維苯甲基化的改性研究》（孫金余、王溪溪、許 磊，生物質(zhì)化學(xué)工程，2007,4(41):35~38))，但也同樣受限于纖維素高結(jié)晶特點(diǎn)而存在的 取代度較低低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種超疏水纖維及其制備方法W解決竹纖維易 吸水W及與非極性樹脂相容性低的缺點(diǎn)。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過W下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 本發(fā)明公開了一種超疏水竹纖維，超疏水竹纖維包括竹纖維和包覆于竹纖維表面 的粘接層，粘接層主要由疏水無機(jī)納米粒子和將疏水無機(jī)納米粒子固定于竹纖維表面的聚 合物乳液在竹纖維表面形成的薄膜組成，粘接層的表面包括由疏水無機(jī)納米粒子構(gòu)成的不 規(guī)則分布的凸起結(jié)構(gòu)。
[0007] 作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述的聚合物乳液是娃丙乳液或苯丙乳液或丙締酸醋 乳液或聚氨醋乳液。
[000引作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述的疏水無機(jī)納米粒子是疏水二氧化娃納米粒子或 疏水二氧化鐵納米粒子或疏水氧化鋒納米粒子或疏水氧化侶納米粒子。
[0009] 作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述的聚合物乳液是娃丙乳液。
[0010] 作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述的疏水無機(jī)納米粒子粒徑均在50-200nm的范圍 內(nèi)。
[0011] 作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述的疏水無機(jī)納米粒子粒徑在80-120nm的范圍內(nèi)。 無機(jī)納米粒子若粒徑太小則無法形成部分粒子裸露的鑲嵌結(jié)構(gòu)，若粒徑過大，則形成的表 面鑲嵌結(jié)構(gòu)過于稀疏，無法形成有效的疏水結(jié)構(gòu)W及無法達(dá)到有效的增強(qiáng)與樹脂基體界面 結(jié)合強(qiáng)度的效果。
[0012] 本發(fā)明還公開了一種超疏水竹纖維的制備方法，制備方法依次包括W下步驟：
[0013] 1)、將竹纖維在水中漂洗，而后干燥至恒重，干燥溫度為6〇°c-ii(rc;干燥是一個(gè) 較長期的過程，溫度不宜過高，限定溫度可節(jié)約能耗，只要對(duì)竹纖維進(jìn)行有效干燥即可。
[0014] 2)、將經(jīng)漂洗的竹纖維加入3wt%-14wt%固含量的聚合物乳液中浸泡30-50分鐘， 其中，優(yōu)選7wt%-10wt%固含量的聚合物乳液;若固含量過低，則無法在竹纖維表面形成有 效的膜層W與無機(jī)納米粒子作用，若含量過高則在浸泡后，由于聚合物乳膠粒子含量過高， 會(huì)造成纖維之間的粘連;限定時(shí)間是因?yàn)?，若時(shí)間過短則竹纖維表面吸附聚合物乳膠粒子 的量不夠，若時(shí)間過長則沒有十分的必要，因此3wt%-14wt%固含量的聚合物乳液W及so-so 分鐘的浸泡時(shí)間 是適宜本發(fā)明 技術(shù)方案的時(shí) 間段。
[0015] 3)、將竹纖維從聚合物乳液中取出，漸干多余液體后，將竹纖維沒入經(jīng)過疏水改性 的無機(jī)納米粒子粉體之中，并保持10-50分鐘，其中，優(yōu)選沒入時(shí)間為30分鐘;若時(shí)間過短則 無機(jī)納米粒子與纖維表面接觸時(shí)間過短，無法形成有效的結(jié)合，過長則浪費(fèi)時(shí)間資源，沒有 必要。
[0016] 4)、將竹纖維從粉體之中取出，抖落多余粉體，并將其干燥至恒重，得到超疏水改 性的竹纖維。
[0017] 作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述的步驟2)中，竹纖維優(yōu)選加入7. Owt % -IOwt %固 含量的聚合物乳液。
[0018] 作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述的步驟3)中，保持30分鐘。
[0019]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述的步驟4)中，干燥溫度為40°C-9(rC。此處干燥處 理是為了進(jìn)一步促進(jìn)竹纖維表面的聚合物乳膠粒子成膜，溫度不需要很高，因?yàn)橐话憔郯?醋乳液、娃丙乳液、苯丙乳液W及丙締酸醋乳液均可在室溫下進(jìn)行固化，干燥可促進(jìn)其快速 成膜。
[0020] 本發(fā)明的有益效果是：
[0021] 本發(fā)明提供一種超疏水竹纖維及其制備方法，有效改善了竹纖維的易吸水性W及 與非極性樹脂相容性差的缺點(diǎn);本發(fā)明利用疏水性納米粒子在竹纖維表面形成粗糖的微觀 結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到超疏水的效果；同時(shí)，本發(fā)明采用聚合物乳液作為基材將疏水無機(jī)納米粒子 固定于竹纖維表面，從而有效延長竹纖維表面超疏水結(jié)構(gòu)的耐久性。
【附圖說明】
[0022] 圖1是超疏水竹纖維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖2是超疏水竹纖維剖面示意圖；
[0024] 圖中，1是疏水無機(jī)納米粒子，2是聚合物乳液在竹纖維表面形成的薄膜。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 本發(fā)明公開了一種超疏水竹纖維，超疏水竹纖維包括竹纖維和包覆于竹纖維表面 的粘接層，粘接層主要由疏水無機(jī)納米粒子I和將疏水無機(jī)納米粒子I固定于竹纖維表面的 聚合物乳液2組成，粘接層的表面包括由疏水無機(jī)納米粒子1構(gòu)成的不規(guī)則分布的凸起結(jié) 構(gòu)，已形成有利于疏水的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還公開了一種超疏水竹纖維的制備方法，將竹纖維在 浸泡聚合物乳液2并漸干多余液體之后，聚合物乳膠粒子會(huì)吸附于竹纖維表面，但此時(shí)，由 于聚合物乳膠粒子尚未完全固化，若此時(shí)將表面吸附有聚合物乳膠粒子竹纖維沒入疏水改 性的無機(jī)納米粒子粉體之中，則納米粒子會(huì)吸附于聚合物乳膠粒子的表面，而隨著接觸時(shí) 間的延長，竹纖維表面的聚合物乳膠粒子粘連成膜，同時(shí)吸附于聚合物乳膠粒子表面的無 機(jī)納米粒子會(huì)在聚合物乳膠粒子粘連成膜后，鑲嵌于膜的表面，形成疏水結(jié)構(gòu)。同時(shí)，由于 聚合物乳膠粒子所成薄膜對(duì)無機(jī)納米粒子有一定的粘結(jié)作用，使得無機(jī)納米粒子不易從纖 維表面脫落，從而使得疏水改性效果具有耐久的特點(diǎn)。
[0026] 聚合物乳液2浸泡過程中，聚合物乳膠粒子可吸附于竹纖維表面，同時(shí)，由于聚合 物乳膠粒子可粘連成膜的特點(diǎn)，可使在沒入無機(jī)納米粒子粉體的過程中吸附于乳膠粒子表 面的無機(jī)納米粒子鑲嵌于聚合物膜層表面形成粗糖的疏水表面結(jié)構(gòu)，從而可W降低竹纖維 的吸水性；同時(shí)，由于疏水無機(jī)納米粒子1表面能較低的特點(diǎn)，可有效促進(jìn)竹纖維表面與聚 合物樹脂界面的界面結(jié)合。
[0027] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明：
[0028] 實(shí)施例1
[0029] -種超疏水竹纖維及其制備方法，其制備方法依次包括W下步驟：
[0030] 1)、將竹纖維在水中漂洗，而后干燥至恒重，干燥溫度為60。
[0031 ] 2)、將經(jīng)漂洗的竹纖維加入3. Owt%固含量的娃丙乳液中浸泡30分鐘；
[0032] 3)、將竹纖維從娃丙乳液中取出，漸干多余液體后，將竹纖維沒入疏水二氧化娃納 米粒子粉體之中，并保持30分鐘；
[0033] 4)、將竹纖維從粉體之中取出，抖落多余粉體，并將其在4(TC烘干至恒重，得到超 疏水改性的竹纖維。
[0034] 疏水二氧化娃納米粒子粒徑在80-120nm的范圍內(nèi)。
[0035] 回潮率測(cè)試:取100g超疏水改性的竹纖維于60°C烘箱內(nèi)烘12h;而后將超疏水改性 的竹纖維取出，并稱取其重量為干重;而后，保持超疏水改性的竹纖維的蓬松狀態(tài)，并將其 置于25°C，100%RH恒溫恒濕的環(huán)境中，每隔5分鐘記錄一次纖維重量，直到纖維達(dá)到吸濕平 衡，得回潮率為3.3%
[0036] 復(fù)合材料力學(xué)性能測(cè)試:將丙絕纖維與超疏水改性的竹纖維通過混合機(jī)混合，混 合比例為1:1;將纖維混合物投入開松機(jī)內(nèi)開松;開松后的纖維經(jīng)過梳理、鋪網(wǎng)、折疊、針刺 制成克重為1900g/m 2的復(fù)合拉；復(fù)合拉經(jīng)熱風(fēng)干燥后，經(jīng)190°C，5MPa熱壓30秒，得到竹纖 維/聚丙締復(fù)合板材。依據(jù)IS00527塑料拉伸性能的測(cè)定，測(cè)試復(fù)合板材的拉伸強(qiáng)度為： 9.SMPa O
[0037] 實(shí)施例2
[0038] -種超疏水竹纖維及其制備方法，其制備方法依次包括W下步驟：
[0039] 1)、將竹纖維在水中漂洗，而后干燥至恒重，干燥溫度為Iior;
[0040] 2)、將經(jīng)漂洗的竹纖維加入14.Owt%固含量的聚氨醋乳液中浸泡50分鐘；
[0041 ] 3)、將竹纖維從聚氨醋乳液中取出，漸干多余液體后，將竹纖維沒入疏水二氧化鐵 納米粒子粉體之中，并保持IO分鐘；
[0042] 4)、將竹纖維從粉體之中取出，抖落多余粉體，并將其在9(TC烘干至恒重