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天然纤维常见的7种表面改性方法

来源:热处理 时间:2022/9/30
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天然纤维密度低、易降解、节能环保,符合可持续发展,广泛应用于热塑性塑料的增强改性。但通常天然纤维含有许多羟基,表现为极强的亲水性能。然而树脂基体通常具有疏水性能,因此会导致两者的界面相容性差,从而破坏复合材料的各项性能。因此,通常需要对天然纤维进行表面改性,以提高天然植物纤维与树脂基体的相容性,才能制备具有良好性能的复合材料。

目前,天然纤维常见的表面改性方法主要有以下几种:

1、蒸汽爆破预处理

蒸汽爆破是在高温高压情况下,使高压下的蒸汽瞬间进入天然纤维内部,并在短时间内释放压力,使纤维原料分裂成细纤维束。同时使纤维的结构破坏,纤维分子内氢键被打断。

2、热处理

热处理是一种绿色环保的方法,该方法的目的是减少天然植物纤维中的水分。同时,天然纤维中含有的羟基也会通过热处理减少,从而使天然植物纤维与树脂基体有良好的结合性能。其方法主要是把纤维置于设定好温度的烘箱内一段时间,从而改变纤维晶体结构的取向与规整度。

3、等离子处理

等离子体处理时要求纤维处于低真空室中,然后在低真空室中引入气体并电离,从而产生等离子体。使用气体包括氧气、氮气、氦气和空气。引入的气体离子撞击纤维表面,引发纤维结构的物理、化学变化。

4、碱处理

碱处理是目前应用较为广泛的纤维化学处理方法。该方法是使用氢氧化钠(NaOH)改性天然纤维,除去天然纤维表面的木质素等弱组分,显露出纤维素分子,增加反应位点,提高天然纤维表面粗糙度,从而增强与树脂基体的粘附性。

5、硅烷偶联剂处理

硅烷偶联剂改性是一种重要的化学改性方法。主要机理是硅烷分子含有双官能团,可分别与纤维和树脂基体反应,在天然纤维与基体之间构成“桥梁”。硅烷偶联剂处理纤维的主要反应过程,包括水解、缩合、形成氢键及共价键。

6、接枝共聚

在天然纤维表面接枝共聚是很有效的改性方法。反应机理为纤维素与单体发生接枝反应,在不完全破坏纤维素本身性能的情况下,最终使天然纤维分子链上接枝上不同性质的共聚物,单体主要包括丙烯酸、丙烯腈等。

7、乙酰化处理

乙酰化处理是天然纤维与酸、酸酐等发生酯化反应,酯化反应是天然纤维的羟基(—OH)与乙酰基(CH3COO—)反应的过程。纤维中的极性羟基被乙酰基代替,从而降低了天然纤维的极性,更利于天然纤维在树脂基体中的分散,从而提高纤维与树脂基体的界面结合性能。

资料来源:《赵鑫,汪殿龙,孙占英.天然纤维表面改性及其在复合材料中的应用进展[J].工程塑料应用,,48(10):-》,由编辑整理,转载请注明出处!

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