一种麻纤维填料的制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种用于塑料的填料， 具体地说是一种麻纤维填料的制备方法。背景技术 我们通常所用的塑料并不是一种纯物质， 其中高分子聚合物 ( 或称合成树脂 ) 是 塑料的主要成分， 此外， 为了改进塑料的性能， 还要在聚合物中添加各种辅助材料， 如填料、 增塑剂、 润滑剂、 稳定剂、 着色剂等， 以稳定或者提高塑料的性能。
填料又叫填充剂， 它可以提高塑料的强度和耐热性能， 并降低塑料的制造成本。 填 料可分为有机填料和无机填料两类。无机填料主要有碳酸钙、 滑石粉、 高岭土等， 这类无机 填料虽然容易取得， 但属于不可再生资源， 总会有用尽时， 而且此类无机填料不可降解， 用 其所制造的塑料也很难降解。有机填料主要有麻纤维、 木粉、 农作物秸秆等天然植物纤维， 因其具有良好的可降解性和环境友好性， 越来越多地被用于塑料的填料。在众多的天然纤 维中， 麻纤维具有更高的力学性能， 因而在塑料填料领域中具有更大的应用潜力。
现有技术中， 对于以麻纤维作为塑料填料的工艺， 一般都需要事先对麻纤维进行 处理， 之后将麻纤维添加入塑料原料中进行塑料的制造和成型。中国专利 CN100383080C 就 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前置处 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 因该麻纤维本身不耐高 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， 温也会相应导致生成的塑料的耐高温性能降低， 从而限制了塑料的应用。
从偶联剂的化学结构来看， 其分子两端通常含有性质不同的基团， 一端的基团与 被粘物 ( 如麻纤维等 ) 表面发生化学作用或物理作用， 另一端的基团则和粘合剂 ( 如合成
树脂 ) 发生化学作用或物理作用， 从而使被粘物和粘合剂能很好地偶联起来， 获得了良好 的粘结。 所以， 为了提高填料和塑料原料即树脂基体之间的结合力， 常利用含有反应活性基 团的偶联剂， 通过在所述填料和塑料原料之间形成化学键来实现。其中， 偶联剂的效果与 树脂基体的反应速度有关， 而偶联剂与树脂的反应速度同偶联剂中活性基团的活性大小有 关， 其活性越大， 偶联剂与树指基体反应的几率就越大， 那么处理的效果就越好。 由此可知， 偶联剂的添加时间对偶联剂的效果也有影响， 即偶联剂的添加应该在将对麻纤维进行前置 处理并加入树脂基体后， 这样才可以保证偶联剂直接进入和树脂基体的反应中。 所以， 该现 有技术中， 在对麻纤维进行前置处理时就加入偶联剂， 那么偶联剂将浸入麻纤维中， 之后通 过和树脂基体接触并通过缓慢作用释放， 这样偶联剂发挥作用不直接， 效率很低。
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 仅能够实现麻纤维或者其他填料和树脂基体之间的粘合， 而对于麻纤维填料之间、 以及麻 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以 及耐高温性能不佳。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， 并不能够提高麻纤维填料的耐高温性能。 发明内容 为此， 本发明所要解决的第一个技术问题在于现有技术中所述麻纤维填料的制备 方法中采用碱性制剂对麻纤维进行煮练， 对麻纤维有一定程度的损伤且无法实现对灰分和 金属离子的完全去除， 影响麻纤维的韧性、 耐磨性， 导致添加该麻纤维填料的塑料耐高温性 能不佳， 进而提供一种可制备得到具有高韧性、 高耐磨性、 耐高温的且灰分和金属离子去除 完全的麻纤维填料的制备方法。
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的制备方法中采用 偶联剂溶液对麻纤维进行浸渍， 偶联剂浸入麻纤维填料中， 在后续和树脂基体的作用过程 中导致偶联剂作用缓慢， 效率很低 ； 此外， 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填料之间、 以及麻纤维填料和其他填料的粘合， 也不能够实现提高 麻纤维填料的耐高温性能， 进而提供一种在填料制备过程中不添加偶联剂， 可大幅度提高 最终制备得到的麻纤维耐高温性能、 且可在实现麻纤维填料和树脂基体粘合的同时实现麻 纤维填料之间、 以及麻纤维填料和其他填料之间进行粘合的麻纤维填料的制备方法。
为解决上述技术问题， 本发明的一种麻纤维填料的制备方法， 步骤如下 ：
(1) 将脱胶后的麻浸泡在温度为 90 ～ 100 ℃、 pH 值为 2 ～ 4 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) 对经步骤 (2) 处理后的麻纤维进行粉碎， 即得麻纤维填料。
所述酸性溶液的 pH 值为 2.5 ～ 3。
所述烘干温度为 100 ～ 150℃。
在对所述经烘干后的麻纤维进行粉碎之前向其中加入丙酮硅油。
所述酸性溶液为硫酸溶液。
所述丙酮硅油的添加量为麻纤维总重量的 0.2 ～ 0.5％。
步骤 (3) 中对麻纤维进行粉碎至纤维长度为小于或等于 2mm。
本发明所述的麻纤维填料的制备方法， 选择使用酸性溶液对脱胶后的麻纤维进行 煮练， 将麻纤维浸泡在 pH 值为 2 ～ 4 的酸性溶液， 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。
之后， 对经上述处理后的麻纤维进行脱水处理， 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。
在对所述经烘干后的麻纤维进行粉碎之前向其中加入丙酮硅油， 从而提高了麻纤 维填料之间的亲和力， 实现了麻纤维填料的粘合， 使得麻纤维填料形成一个结合力较强的 整体， 从而提高了麻纤维对高温的耐受性能， 具有较高的耐高温性。
最后， 要对经烘干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。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点 ：
(1) 本发明所述的麻纤维填料的制备方法中， 将脱胶后的麻浸泡在温度为 90 ～ 100℃且 pH 值为 2.5 ～ 3 的酸性制剂中煮练 40 ～ 60 分钟， 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 ； 此外， 因为酸性溶液对麻纤维的损伤性比碱性溶液对麻 纤维的损伤性小， 因此经酸性溶液煮练后得到的麻纤维比用碱性溶液煮练得到的麻纤维的 韧性、 耐磨性都要高， 在一定程度上提高了经处理后麻纤维的耐高温性能。
(2) 本发明所述的麻纤维填料的制备方法中， 将步骤 (1) 中经过煮练后的麻纤维 烘干后向其中加入丙酮硅油， 从而提高了麻纤维填料之间的亲和力， 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。 另一方面丙 酮硅油的添加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。
(3) 本发明所述的麻纤维填料的制备方法中， 因为添加了丙酮硅油， 所以制备得到 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。(4) 本发明所述的麻纤维填料的制备方法中， 设定所述麻纤维粉碎后纤维长度为 小于或者等于 2mm， 有效地保证了麻纤维添加到塑料原料树脂基体中时流动性、 分散性好进 而不易结块， 制备得到的塑料成品率高、 质量稳定。具体实施方式
实施例 1
本发明所述麻纤维填料的制备方法， 步骤如下 ：
(1) 将脱胶后的麻浸泡在温度为 90℃且 pH 值为 3 的硫酸溶液中煮练 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， 并于 100℃进行烘干 ；
(3) 用粉碎机对经步骤 (2) 处理后得到的麻纤维进行粉碎至纤维长度为 1.5mm， 即 得麻纤维填料。
实施例 2
本发明所述麻纤维填料的制备方法， 步骤如下 ：
(1) 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 40 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， 并于 150℃进行烘干 ； (3) 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％ ； (4) 用粉碎机将经步骤 (3) 处理后得到的麻纤维进行粉碎至纤维长度为 2mm， 即得 麻纤维填料。
实施例 3
本发明所述麻纤维填料的制备方法， 步骤如下 ：
(1) 将脱胶后的麻浸泡在温度为 95℃且 pH 值为 2 的硫酸溶液中煮练 50 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， 并于 120℃进行烘干 ；
(3) 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％ ；
(4) 用粉碎机将经步骤 (3) 处理后得到的麻纤维进行粉碎至纤维长度为 1.5mm， 即 得麻纤维填料。
实施例 4
本发明所述麻纤维填料的制备方法， 步骤如下 ：
(1) 将脱胶后的麻浸泡在温度为 94℃且 pH 值为 4.0 的硫酸溶液中煮练 55 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， 并于 125℃进行烘干 ；
(3) 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％ ；
(4) 用粉碎机将经步骤 (3) 处理后得到的麻纤维进行粉碎至纤维长度为 0.5mm， 即 得麻纤维填料。
实施例 5
本发明所述麻纤维填料的制备方法， 步骤如下 ：
(1) 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 45 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， 并于 130℃进行烘干 ；
(3) 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％ ；
(4) 用粉碎机将经步骤 (3) 处理后得到的麻纤维进行粉碎至纤维长度为 1.0mm， 即 得麻纤维填料。
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 3 277 30 实施例 4 279 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