一种麻纤维填料 【技术领域】
本发明涉及一种填料， 特别是一种可用于塑料的麻纤维填料。背景技术 塑料是利用单体原料以合成或缩合反应聚合而成的高分子材料， 其中合成树脂是 塑料中最主要的成分， 其含量一般都可达到 40％以上， 甚至可以是 100％， 所以树脂的性质 直接决定并影响着塑料的物理和化学性质。
在大多数的塑料中， 鉴于在生产过程中对塑料的性能要求各有不同， 所以在塑料 制备过程中， 会添加不同的添加剂， 诸如填料、 增塑剂、 稳定剂、 着色剂、 润滑剂和抗氧剂。 添 加增塑剂可以增加塑料的可塑性和柔软性， 从而相应地降低塑料制品的脆性， 使塑料更易 于加工成型。稳定剂则是为了防止塑料在加工和使用过程中受光和热的分解而破坏， 从而 可以延长塑料的使用寿命。着色剂的添加则可以使得塑料具有更鲜艳和美观的颜色。润 滑剂则可使得塑料在成型过程中不粘在金属模具上， 保证了塑料表面光滑美观。抗氧剂的 添加则可以使得塑料在成型或者高温使用过程中受热而氧化， 使得塑料变黄或者发裂。其 中， 重点要说明的是填料， 填料也叫填充剂， 其作用是提高塑料的强度和耐热性能， 并降低 成本， 现有技术中加入的填料多为重质碳酸钙、 滑石粉、 高岭土、 硅灰石粉等无机填料 ； 上述 无机填料极易获得， 但是其属于不可再生资源， 随着资源的不断使用， 终究会有消耗殆尽的 一天， 此外， 上述无机填料属不可降解的材料， 所以使用上述填料制备得到的塑料也很难降 解， 这样一方面提高了上述废旧塑料的处理难度， 另一方面也无法适应现代社会对可回收 塑料的迫切要求。于是， 随着技术的发展， 塑料填料的领域从化学领域延伸到了纺织领域， 塑料填料由无机化学填料发展到了木粉、 碎布、 纸张甚至于各种织物纤维这些有机填料。 上 述诸如木粉、 碎布、 纸张甚至于各种织物纤维这些有机填料的使用， 不仅可以将废旧织物以 及纸张进行合理利用， 降低成本， 而且利用该填料制备得到的塑料和利用普通无机填料制 备得到的塑料具有几乎等同的塑料性能。
在上述可以作为塑料填料的织物纤维中麻纤维具有显著的自身特点， 其强度大， 具有耐摩擦和耐拉力的特点， 故得到了广泛的应用。 麻纤维作为塑料填料， 由于麻纤维中的 木质素含量较高 ( 可达 10-13％ )， 纤维非常粗、 硬， 所以必须对上述天然纤维进行脱胶后进 行再处理， 一般的再处理工艺只是对麻纤维进行碱溶液煮练。
现有技术中， 中国专利 CN100383080C 公开了一种再生塑料基剑麻纤维增强建筑 模板及其加工方法， 其中对于剑麻织物的再处理， 需要将织好的剑麻织物在 100℃、 5-15％ 的氢氧化钠水溶液中煮漂 30-60 分钟， 甩干后再放入偶联剂溶液中浸泡 30-60 分钟， 再甩干 后在 120℃条件下进行烘干， 保证织物的含水率控制在 1％以下。
麻纤维内部除 70％左右的纤维素外， 还包括果胶、 木质素、 脂腊、 灰分、 金属离子等 杂质， 所以需要对麻纤维进行前置处理。现有技术中都使用碱性制剂对麻纤维进行处理， 一般使用的是强碱溶液， 麻纤维在其作用下， 使得麻纤维内部的果胶发生水解， 固着在纤维 表面的部分木质素发生磺化降解， 并且使其降解产品在分解中裂解。上述处理技术实现了
对麻纤维内部果胶、 木质素的分解去除， 但是却无法实现对灰分和金属离子的去除， 金属离 子的存在容易使麻纤维在生产过程中产生静电， 而静电的存在又容易引发生产设备发生故 障， 尤其在天气干燥的季节， 静电的存在容易产生电火花， 进而点燃麻纤维， 从而引发火灾， 对人身安全及财产造成损伤 ； 此外， 灰分的存在影响麻纤维填料添加至塑料中时麻纤维与 塑料的亲和力， 从而对后续加入上述经处理的麻纤维填料后制备得到的塑料的性能造成影 响。此外， 虽然采用碱性制剂对麻纤维进行处理， 虽然麻纤维具有一定的耐碱性， 但是经处 理后的麻纤维对碱液的耐受性则很低， 所以经碱液处理后的麻纤维会由于残余碱液的存在 而造成纤维表面的损伤， 研究表明对纤维的上述损伤造成了对麻纤维纤维素的破坏， 造成 麻纤维韧性和耐磨性的降低， 且对麻纤维纤维素的破坏也导致其本身对高温的耐受性很 弱， 麻纤维耐高温性能不佳。相应地， 将上述处理过的麻纤维用于塑料填料， 因为该麻纤维 本身不耐高温不能用于制造耐高温的塑料， 从而限制了麻纤维在塑料中的应用。
此外， 该现有技术中的麻纤维通过添加适量的偶联剂来实现麻纤维填料之间、 以 及麻纤维填料和树脂基体之间的粘合， 但是对于在树脂基体中添加麻纤维以及其他填料的 塑料而言， 偶联剂的添加也就仅仅能够实现麻纤维填料之间、 以及麻纤维填料或者其他填 料和树脂基体之间的粘合， 而对于麻纤维填料和其他填料之间的粘合效果不佳， 故容易导 致最终制备得到的塑料的硬度不高。而对于仅仅需要添加麻纤维作为填料的塑料， 添加偶 联剂在实现麻纤维和树脂基体的粘合的同时， 也并不能够提高麻纤维填料的耐高温性能。 发明内容 本发明所要解决的第一个技术问题是现有技术中的麻纤维填料都是经碱液煮练， 容易导致纤维受损且麻纤维中残留有灰分和金属离子， 影响麻纤维韧性和耐磨性， 进一步 影响其耐高温性能， 进而提供一种经酸性溶液煮练， 且具有较佳纤维韧性和耐磨性且灰分 和金属离子去除完全的的麻纤维填料。
本发明要解决的第二个技术问题是现有技术中的麻纤维填料添加偶联剂在实现 麻纤维和树脂基体的粘合的同时， 并不能够实现麻纤维和其他填料的粘合， 也不能够实现 提高麻纤维填料的耐高温性能， 进而提供一种经改性后可大幅度提高耐高温性能、 且可在 实现麻纤维填料和树脂基体粘合的同时实现麻纤维填料和其他填料之间进行粘合的麻纤 维填料。
为解决上述技术问题， 本发明提供了一种可用于塑料的麻纤维填料， 所述麻纤维 填料经酸性溶液煮练和丙酮硅油改性。
其中所述丙酮硅油的含量为麻纤维填料总重量的 0.2 ～ 0.5％。
所述麻纤维填料经如下步骤处理得到 ：
(1) 将脱胶后的麻浸泡在温度为 90 ～ 100℃、 pH 值为 2.5 ～ 3 的酸性溶液中煮练 40 ～ 60 分钟， 得到麻纤维 ；
(2) 对步骤 (1) 中得到的所述麻纤维进行脱水后烘干 ；
(3) 向上述经烘干后的麻纤维中添加丙酮硅油 ；
(4) 对经步骤 (3) 处理后的麻纤维进行粉碎， 即得麻纤维填料。
在上述处理过程中， 所述酸性溶液为硫酸溶液。
所述烘干温度为 100 ～ 150℃。
所述丙酮硅油的添加量为麻纤维填料总重量的 0.2 ～ 0.5％。
步骤 (4) 中对麻纤维进行粉碎至纤维长度为小于或等于 2mm。
本发明具有如下所述的优点 ：
(1) 本发明所述的麻纤维填料经酸性溶液进行煮练， 去除了麻纤维中的金属离子 和灰分， 金属离子的去除避免了麻纤维在生产过程中产生静电， 进而减少了生产设备的故 障发生率， 提高了生产效率， 同时降低火灾隐患 ； 此外， 灰分的去除提高了麻纤维填料添加 至塑料中时麻纤维与塑料的亲和力。
(2) 本发明所述的麻纤维填料经酸性溶液进行煮练， 避免了经碱性溶液煮练后的 麻纤维填料韧性和耐磨性不够的问题， 在保证麻纤维具有较佳韧性和耐磨性的同时， 也保 证了麻纤维填料具有较好的耐高温性能 ； 此外， 本发明所述的麻纤维填料， 还添加了丙酮硅 油对麻纤维进行改性， 经研究发现， 该改性处理一方面进一步提高了麻纤维的耐高温程度， 从而保证了添加该麻纤维填料制备得到的塑料可以在高温环境下进行使用， 另一方面丙酮 硅油的添加也提高了麻纤维和塑料中其他填料之间的亲合力， 实现了麻纤维填料之间的粘 合， 使得麻纤维填料形成一个结合力较强的整体， 提高了麻纤维对高温的耐受性能， 使得麻 纤维填料整体以及添加该麻纤维填料之后的塑料具有较高的耐高温性， 从而在提高麻纤维 填料整体粘合形成一个具有较强结合力的整体的同时， 也提高了添加该麻纤维填料后得到 的塑料的强度。正是由于上述优点， 保证了本发明所述的麻纤维填料在添加入树脂基体中 后， 即使不使用偶联剂也能达到填料粘合以及填料和树脂基体粘合的目的。
(3) 本发明所述的麻纤维填料， 采用丙酮硅油进行改性， 优选所述丙酮硅油的添加 量为麻纤维填料总重量的 0.2 ～ 0.5％。该添加量在节约成本的前提下能够有效实现对麻 纤维填料的改性。
(4) 本发明所述的麻纤维填料是通过选择使用酸性溶液对脱胶后的麻纤维进行煮 练得到的， 将麻纤维浸泡在 pH 值为 2 ～ 4 的酸性溶液中， 加热温度至 90 ～ 100℃， 煮练 40 ～ 60 分钟后得到麻纤维。其中， 选择酸性溶液的 pH 值为 2 ～ 4， 优选该数值范围为 2.5 ～ 3， pH 值越大时酸性溶液的浓度越小， 因为酸性溶液的浓度太高时会对麻纤维产生溶解作用， 而酸性溶液的浓度太低时， 又不易对麻进行脱胶 ； 设置加热温度是为了加快对麻进行脱胶， 缩短生产周期 ； 煮练时间也有限定， 煮练时间太短无法通过酸溶液将所述纤维内部伴生的 天然杂质诸如果胶质、 蜡状物质、 含氮物质等以及少量浆料去除， 影响酸溶液的渗透性， 煮 练时间太长酸溶液会对麻纤维有所溶解。经上述条件煮练后的麻纤维， 通过浓度适宜 ( 适 宜 pH 值 ) 的酸性溶液的作用， 利用半纤维素和果胶类对酸的敏感性， 将上述物质水解成为 果胶酸， 并通过酸作用实现了对灰分和诸如铁等金属离子的去除， 同时也由于限定了加入 的酸溶液的浓度 (pH 值 )， 使得残余的极少量的酸液也不会对麻纤维素造成任何的损伤， 保 持了麻纤维良好的韧性和耐磨性 ； 且完整的未受损伤的麻纤维素对高温有较好的耐受性， 这是经损伤后的麻纤维所无法具有的。
(5) 本发明所述的麻纤维填料， 在对其进行酸性煮练后进行脱水处理， 并进行烘 干， 优选烘干温度为 100 ～ 150℃， 利于对麻纤维再次进行脱水， 加快对麻纤维烘干， 缩短生 产周期。 最后， 要对经丙酮硅油改性后的麻纤维进行粉碎， 经粉碎后的麻纤维和树脂基体之 间的结合力较之未粉碎后的麻纤维和树脂基体间的结合力更大。 优选麻纤维粉碎后纤维长 度小于或等于 2mm， 设定该纤维长度是考虑到了麻纤维在加入到树脂基体中后的流动性和分散性。 具体实施方式
实施例 1
将脱胶后的麻浸泡在温度为 90℃且 pH 值为 2.5 的硫酸溶液中煮练 40 分钟， 得到 麻纤维 ；
对上述麻纤维进行脱水， 并于 150℃进行烘干 ；
向上述经烘干后的麻纤维中加入丙酮硅油， 其添加量为麻纤维总重量的 0.5％ ；
用粉碎机将经丙酮硅油改性后得到的麻纤维进行粉碎至纤维长度为 1.5mm， 即得 本发明所述的麻纤维填料。
实施例 2
将脱胶后的麻浸泡在温度为 100℃且 pH 值为 2.5 的硫酸溶液中煮练 60 分钟， 得到 麻纤维 ；
对上述麻纤维进行脱水， 并于 150℃进行烘干 ；
向上述经烘干后的麻纤维中加入丙酮硅油， 其添加量为麻纤维总重量的 0.5％ ； 用粉碎机将经丙酮硅油改性后得到的麻纤维进行粉碎至纤维长度为 2mm， 即得本 发明所述的麻纤维填料。
实施例 3
将脱胶后的麻浸泡在温度为 95℃且 pH 值为 2.7 的硫酸溶液中煮练 50 分钟， 得到 麻纤维 ；
对上述麻纤维进行脱水， 并于 120℃进行烘干 ；
向上述经烘干后的麻纤维中加入丙酮硅油， 其添加量为麻纤维总重量的 0.2％ ；
用粉碎机将经丙酮硅油改性后得到的麻纤维进行粉碎至纤维长度为 1.5mm， 即得 本发明所述的麻纤维填料。
实施例 4
将脱胶后的麻浸泡在温度为 94℃且 pH 值为 2.6 的硫酸溶液中煮练 55 分钟， 得到 麻纤维 ；
对上述麻纤维进行脱水， 并于 125℃进行烘干 ；
向上述经烘干后的麻纤维中加入丙酮硅油， 其添加量为麻纤维总重量的 0.3％ ；
用粉碎机将经丙酮硅油改性后得到的麻纤维进行粉碎至纤维长度为 0.5mm， 即得 本发明所述的麻纤维填料。
实施例 5
将脱胶后的麻浸泡在温度为 96℃且 pH 值为 3.0 的硫酸溶液中煮练 40 分钟， 得到 麻纤维 ；
对上述麻纤维进行脱水， 并于 100℃进行烘干 ；
向上述经烘干后的麻纤维中加入丙酮硅油， 其添加量为麻纤维总重量的 0.4％ ；
用粉碎机将经丙酮硅油改性后得到的麻纤维进行粉碎至纤维长度为 1.0mm， 即得 本发明所述的麻纤维填料。
对上述实施例 1-5 中制备得到的麻纤维填料进行升温测试， 测试结果如下， 测
试数据表明经本发明所述制备方法处理后的麻纤维填料的耐高温性很高， 可以耐受高达 280℃的高温， 耐受时间为 30 分钟， 其中， 耐受时间以麻纤维在耐受温度中出现烧焦现象为 限。
实施例 耐受温度 /℃ 耐受时间 /min
实施例 1 270 25 实施例 2 280 30 实施例 3 279 30 实施例 4 280 30 实施例 5 278 30对比例
按照本发明背景技术部分提到的中国专利 CN100383080C 中公开的再生塑料基剑 麻纤维增强建筑模板的加工方法， 对于剑麻织物进行前处理， 将织好的剑麻织物在 100℃、 质量百分比浓度为 5-15％的氢氧化钠溶液中煮漂 30-60 分钟， 甩干后再放入偶联剂溶液中 浸泡 30-60 分钟， 再甩干后在 120℃条件下进行烘干， 保证织物的含水率控制在 1％以下。
对该对比例中得到的经处理后的麻纤维进行如同本发明上述实施例 1-5 中经处 理后的麻纤维进行的升温测试， 测试结果表明其耐受 140℃的高温， 耐受时间为 20 分钟。
显然， 上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例， 而并非对实施方式的限定。 对 于所属领域的普通技术人员来说， 在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或 变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或 变动仍处于本发明创造的保护范围之中。7