專利名稱：一種天然纖維復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天然纖維復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
天然纖維資源豐富，價(jià)格低廉，是由許多D-吡喃式葡萄糖相互以1，4_0苷鍵連接 而成的多糖，纖維素分子的重復(fù)單元中每一基環(huán)內(nèi)含有3個(gè)羥基(-0H)，這些羥基形成分子 內(nèi)氫鍵或分子間氫鍵，使纖維具有吸水性，吸濕率達(dá)8 12%。由于天然纖維吸水性高，容 易腐爛，因此局限了其用途。使用天然纖維制作而成的復(fù)合材料通常都不具備防水性，無法 長(zhǎng)期在室外使用，為提高上述復(fù)合材料的防水效果，現(xiàn)有的一種方式是使用大量高分子材 料把所有天然纖維包覆，但如此一來，必然導(dǎo)致成本大幅提升；另一種方式是對(duì)天然纖維進(jìn) 行改性，現(xiàn)有的天然纖維改性方法包括使用化學(xué)方法，如泡堿液，以高活性之化學(xué)原料改性 等，通常都會(huì)產(chǎn)生大量廢水；或者以少量親油性高分子單體，以化學(xué)方法將其接枝在天然纖 維表面，以達(dá)到防水效果。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種包覆有不吸水材料的天然纖維復(fù)合材料。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是一種天然纖維復(fù)合材料，其特征在于，它由主要包括以下的重量份配比的組分制 備水性樹脂14 135份、天然纖維100 500份、硬化劑0. 3 5份、相轉(zhuǎn)移催化劑0. 01 5份、填充物50 500份和水100 200份。在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述水性樹脂由主要包括以下的重量份配比的組 分制備非水性樹脂10 100份和水性起始劑4 20份。水性樹脂的具體制備方法如下 將上述配比的非水性環(huán)氧樹脂與水性起始劑放入反應(yīng)釜中混合，在120 160°C加壓反應(yīng) 1 2小時(shí)獲得。這部分內(nèi)容已在本專利權(quán)人的專利申請(qǐng)?zhí)枮?00910310409. 2的專利申 請(qǐng)中詳細(xì)公開，在此不再予以細(xì)述。所述非水性樹脂選自環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和樹脂、 丙烯基樹脂、聚胺酯樹脂或其他相關(guān)樹脂中的至少一種。優(yōu)選地，所述非水性樹脂為環(huán)氧 樹脂。所述水性起始劑選自過硫酸鈉、過硫酸鉀、4，4_偶氮雙(4-氰基戊酸)、4，4-偶氮雙 (4-氰基戊酸鈉)、4，4-偶氮雙(4-氰基戊醇)、過氧化甲乙酮、過氧化環(huán)己酮或其他相關(guān)起 始劑中的至少一種。水溶性自由基引發(fā)劑的作用是將親水基團(tuán)引入環(huán)氧樹脂，使得環(huán)氧樹 脂成為水溶性。優(yōu)選地，所述水性起始劑為4，4-偶氮雙(4-氰基戊酸)。所述天然纖維為木纖維、麻纖維、棉纖維、竹纖維、藤纖維、草纖維、海草纖維、花生 殼、稻殼、紙、稻草、麥桔、甘蔗纖維、椰子殼、樹葉、硬殼果殼、瓜子殼、咖啡渣、茶葉渣、中藥 渣或其他相關(guān)天然纖維中的至少一種。優(yōu)選地，所述天然纖維為木纖維(木粉)。本發(fā)明 中，天然纖維需預(yù)先粉碎成粉體，而后再加以使用。所述水溶性硬化劑選自三乙醇胺、乙二胺、二亞乙基三胺、三亞乙基四胺、四亞乙 基五胺、聚乙烯胺、酚醛胺、2，4，6_三(二甲胺基甲基)苯酚、水性聚胺酯、水性聚酰胺、聚乙酰胺、雙腈胺、三氟化硼_胺絡(luò)合物、惡硼雜環(huán)硼胺絡(luò)合物、水性聚脲、聚醚胺(Jeffamine)、 己二胺、胺封端水性聚酰亞胺、氨水、二乙胺基代丙胺、水溶性芳香胺、異佛爾酮二胺、硫脲、 硫醇胺、硫脲_多元胺縮合物或其他相關(guān)硬化劑中的至少一種。優(yōu)選地，所述硬化劑為乙二 胺。水溶性硬化劑是水性環(huán)氧樹脂的硬化劑，其必須具有水性性能，與環(huán)氧樹脂交連。所述相轉(zhuǎn)移催化劑為冠醚、聚乙二醇、季胺鹽、季鱗鹽、锍鹽或砷鹽、穴醚、溴化 十六烷基三丁基鱗、四丁基溴化銨、甲基三辛基氯化銨或其它相關(guān)化合物中的至少一種。優(yōu) 選地，所述相轉(zhuǎn)移催化劑為四丁基溴化銨。相轉(zhuǎn)移催化劑的作用為催化油相的環(huán)氧官能基 與水相的硬化劑反應(yīng)。因?yàn)樗原h(huán)氧樹脂乳液中，環(huán)氧官能基是在油相的，而水性硬化劑的 官能基在水相的，因些需要相轉(zhuǎn)移催化劑進(jìn)行兩相之間的催化。所述填充物選自硅粉、石粉、豬油、阻燃劑、潤(rùn)滑劑、花生油、桐油、豆油、牛油、機(jī) 油、硅油、陶粉、石英粉、土粉、淀粉、鈦白粉、黏土粉、碳黑、納米碳粉、納米黏土、石墨粉、石 墨烯、動(dòng)物糞便粉、玻璃粉、氫氧化鎂、氫氧化鋁、磷酸酯、鈦酸酯、鋁酸酯、砂、玻璃纖維、碳 纖維、廢塑膠粉末、水泥、碎石、廢發(fā)泡膠粉、蠟粉、浙青粉、木炭粉、高嶺土粉、滑石粉或其他 相關(guān)材料中的至少一種。優(yōu)選地，所述填充物為土粉或硅油中的一種或其組合。本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例中，上述水性樹脂中還包括1 10份單體，所述單體選自 苯乙烯、丙烯腈、丁二烯、丁烯、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸 乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯異辛酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯 酸丁酯、馬來酸、馬來酸酐或其它相關(guān)單體中的至少一種。優(yōu)選地，所述單體選自苯乙烯、丙 烯酸或甲基丙烯酸甲酯中的至少一種。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述單體為苯乙烯。單體的作用為 提升水性起始劑接枝于環(huán)氧樹脂中並且降低成本，增加材料成膜性。本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例中，上述水性樹脂中還包括1 5份的非水性起始劑，所述 非水性起始劑選自4，4-偶氮雙(4-氰基丁烷過氧化二碳酸二-2-苯氧基酯)、過氧化二碳 酸二(4-叔丁基環(huán)己烷)、2，5-二(2-乙基己酰過氧)_2，5_ 二甲基乙烷、過氧化苯甲酰、叔 丁基過氧化-2-乙基己酸酯、2-叔丁基偶氮-2-氰基丙烷、2-叔丁基偶氮-二氰基丁烷、 1，1_ 二(叔丁基過氧)3，3，5-三甲基環(huán)己烷、1，1_ 二(叔丁基過氧)環(huán)己烷、1-叔丁基偶 氮-1-氰基環(huán)己烷、0，0-叔丁基-0-異丙基單過氧化碳酸酯、過苯甲酸丁酯、乙基-3，3- 二 (過氧化叔丁基)丁酸酯、過氧化二異丙苯、過氧化月桂酸、2，5_ 二甲基己烷-2，5-二過氧 化乙基己酸酯、過氧化-2-乙基己酸叔丁酯、過氧化丁烯酸叔丁酯、3，3- 二(叔丁基過氧) 丁酸乙酯或其他相關(guān)起始劑中的至少一種。非水性起始劑可增加材料硬化后的疏水性，和 水性起始劑共用，調(diào)節(jié)材料在硬化前可以分散在水中乳化，硬化后具有一定的疏水性。本發(fā)明的另一目的是提供一種天然纖維復(fù)合材料的制備方法。一種天然纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下的步驟1)按照上述組份和重量配比備料；2)將水、水性樹脂和水溶性硬化劑加入攪拌罐中，將水性樹脂和水溶性硬化劑分 散于水中形成乳液，而后加入天然纖維、相轉(zhuǎn)移催化劑和填充物混合均勻，在80 100°C下 反應(yīng)36 60小時(shí)；3)將完成反應(yīng)的反應(yīng)物轉(zhuǎn)移至烘干設(shè)置中，并升溫至180 200°C烘干，獲得產(chǎn)品.本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施方案中，所述反應(yīng)器應(yīng)具有攪拌及加熱功能，可以為反應(yīng)釜、攪拌罐、雙螺桿押出機(jī)、單螺桿押出機(jī)或捏合機(jī)中的一種。本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施方案中，所述烘干設(shè)備應(yīng)具有干燥功能，可以為具干燥功能 的攪拌罐、烤箱、烤房、可曬太陽之平臺(tái)或可風(fēng)干材料之平臺(tái)中的一種。除非特別指名，這里所使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語的含義與本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域 一般技術(shù)人員通常所理解的含義相同。同樣，所有在此提及的出版物、專利申請(qǐng)、專利及其 他參考資料均引入本發(fā)明作為參考。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的天然纖維復(fù)合材料具有以下的特點(diǎn)1)本發(fā)明僅使用少量高分子樹脂即可將天然纖維完全包覆，獲得防水性能極佳的 天然纖維復(fù)合材料；改性后之天然纖維可用于防水性纖維板，電木粉填料及塑木復(fù)材之原 料；2)本發(fā)明將水性樹脂和水溶性硬化劑分散于水中形成乳液，加入天然纖維相轉(zhuǎn) 移催化劑和填充物，待乳液濕潤(rùn)天然纖維后加熱，使水份蒸發(fā)，把天然纖維包覆成不吸水材 料；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的天然纖維復(fù)合材料制備方法操作步驟簡(jiǎn)單，且無需使用有機(jī) 溶劑、酸或堿，生產(chǎn)過程中也不會(huì)產(chǎn)生廢水等副產(chǎn)物。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1按重量比取水性環(huán)氧樹脂30g、木粉(天然纖維)100g、硅油(填充劑)50g、乙二胺 (水溶性硬化劑)3g、四丁基溴化銨(相轉(zhuǎn)移催化劑)lg和水200g。30g水性環(huán)氧樹脂通過如下的方式獲得取環(huán)氧樹脂15g、4，4_偶氮雙(4_氰基戊 酸)(起始劑)5g和苯乙烯(單體)10g，將環(huán)氧樹脂、4，4-偶氮雙(4-氰基戊酸)與苯乙烯 放入反應(yīng)釜中混合，在150°C加壓反應(yīng)1小時(shí)獲得。將上述水、水性環(huán)氧樹脂、乙二胺加入攪拌罐中，將水性環(huán)氧樹脂和乙二胺分散于 水中形成乳液，而后加入四丁基溴化銨、木粉和硅油混合均勻，在80°C下反應(yīng)60小時(shí)；反應(yīng) 完成后，將反應(yīng)物轉(zhuǎn)移至烤箱中，并升溫至180°C烘干，獲得包覆有不吸水材料的粉體(產(chǎn)品)檢測(cè)方法及結(jié)果1)將水滴直接在粉體表面，粉體不吸入水份；2)在粉體中加入脲醛樹脂壓板(現(xiàn)有技術(shù))，所得板材不吸水。實(shí)施例2按重量比取水性環(huán)氧樹脂70g、木粉(天然纖維)500g、豬油(填充劑)200g、乙二 胺(水溶性硬化劑)0.3g、四丁基溴化銨(相轉(zhuǎn)移催化劑)0.01g和水100g。70g水性環(huán)氧樹脂通過如下的方式獲得取環(huán)氧樹脂49g、4，4_偶氮雙(4_氰基戊 酸)(起始劑)20g和苯乙烯(單體)lg,將環(huán)氧樹脂、4，4-偶氮雙(4-氰基戊酸)和苯乙烯 放入反應(yīng)釜中混合，在150°C加壓反應(yīng)1小時(shí)獲得。將上述水、水性環(huán)氧樹脂、乙二胺加入攪拌罐中，將水性環(huán)氧樹脂和乙二胺分散 于水中形成乳液，而后加入四丁基溴化銨、木粉和豬油混合均勻，在100°c下反應(yīng)48小時(shí)； 反應(yīng)完成后，將反應(yīng)物轉(zhuǎn)移至烤箱中，并升溫至200°C烘干，獲得包覆有不吸水材料的粉體 (廣品)。
檢測(cè)方法及結(jié)果1)將水滴直接滴在粉體表面，水滴不被吸入；2)在粉體中加入脲醛樹脂壓板(現(xiàn)有技術(shù))，所得板材不吸水。實(shí)施例3按重量比取水性環(huán)氧樹脂130g、木粉(天然纖維)250g、土粉(填充劑)500g、乙二 胺(水溶性硬化劑)5g、四丁基溴化銨(相轉(zhuǎn)移催化劑)5g和水150g。130g水性環(huán)氧樹脂通過如下的方式獲得取環(huán)氧樹脂100g、4，4_偶氮雙(4_氰基 戊酸)(起始劑)20g和苯乙烯(單體)10g，將環(huán)氧樹脂、4，4-偶氮雙(4-氰基戊酸)和苯 乙烯放入反應(yīng)釜中混合，在150°C加壓反應(yīng)1小時(shí)獲得。將上述水、水性環(huán)氧樹脂、乙二胺加入攪拌罐中，將水性環(huán)氧樹脂和乙二胺分散 于水中形成乳液，而后加入四丁基溴化銨、木粉和土粉混合均勻，在100°c下反應(yīng)36小時(shí)； 反應(yīng)完成后，將反應(yīng)物轉(zhuǎn)移至烤箱中，并升溫至200°C烘干，獲得包覆有不吸水材料的粉體 (廣品)。檢測(cè)方法及結(jié)果1)將水滴直接滴在粉體表面，水滴不被吸入；2)在粉體中加入脲醛樹脂壓板(現(xiàn)有技術(shù))，所得板材不吸水。對(duì)照例1取100g木粉加入攪拌罐中，在100°C反應(yīng)48小時(shí)，而后在200°C烘干，獲得粉體產(chǎn)品。檢測(cè)方法及結(jié)果1)將水滴直接滴在粉體表面，水滴很快吸入；2)在粉體中加入脲醛樹脂壓板(現(xiàn)有技術(shù))，所得板材吸水，且泡水后散開。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種天然纖維復(fù)合材料，其特征在于，它由主要包括以下的重量份配比的組分制備水性樹脂14～135份、天然纖維100～500份、硬化劑0.3～5份、相轉(zhuǎn)移催化劑0.01～5份、填充物50～500份和水100～200份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的天然纖維復(fù)合材料，其特征在于，所述水性樹脂由主要包 括以下的重量份配比的組分制備非水性樹脂10 100份和水性起始劑4 20份；所述 非水性樹脂選自環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂或乙烯基樹脂中的至少 一種；所述水性起始劑選自過硫酸鈉、過硫酸鉀、4，4_偶氮雙(4-氰基戊酸)、4，4-偶氮雙 (4-氰基戊酸鈉)、4，4-偶氮雙(4-氰基戊醇)、過氧化甲乙酮或過氧化環(huán)己酮中的至少一 種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的天然纖維復(fù)合材料，其特征在于所述非水性樹脂優(yōu)選為 環(huán)氧樹脂；所述水性起始劑優(yōu)選為4，4-偶氮雙(4-氰基戊酸)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的天然纖維復(fù)合材料，其特征在于所述水性樹脂中還包括 1 10份單體，所述單體選自苯乙烯、丙烯腈、丁二烯、丁烯、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯 酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯異辛酯、甲基丙烯酸乙酯、 甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、馬來酸或馬來酸酐中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的天然纖維復(fù)合材料，其特征在于所述單體優(yōu)選為苯乙烯、 丙烯酸或甲基丙烯酸甲酯中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5中所述的天然纖維復(fù)合材料，其特征在于所述水性樹脂中還包括 1 5份的非水性起始劑，所述非水性起始劑選自4，4-偶氮雙(4-氰基丁烷過氧化二碳酸 二 -2-苯氧基酯)、過氧化二碳酸二(4-叔丁基環(huán)己烷)、2，5- 二(2-乙基己酰過氧)_2， 5- 二甲基乙烷、過氧化苯甲酰、叔丁基過氧化-2-乙基己酸酯、2-叔丁基偶氮-2-氰基丙 烷、2-叔丁基偶氮-二氰基丁烷、1，1_ 二(叔丁基過氧)3，3，5-三甲基環(huán)己烷、1，1_ 二(叔 丁基過氧)環(huán)己烷、ι-叔丁基偶氮-ι-氰基環(huán)己烷、0，0-叔丁基-0-異丙基單過氧化碳酸 酯、過苯甲酸丁酯、乙基-3，3-二(過氧化叔丁基)丁酸酯、過氧化二異丙苯、過氧化月桂 酸、2，5-二甲基己烷_2，5-二過氧化乙基己酸酯、過氧化-2-乙基己酸叔丁酯、過氧化丁烯 酸叔丁酯或3，3_ 二(叔丁基過氧)丁酸乙酯中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5或6中所述的天然纖維復(fù)合材料，其特征在于所述天然 纖維為木纖維、麻纖維、棉纖維、竹纖維、藤纖維、草纖維、海草纖維、花生殼、稻殼、紙、稻草、 麥桔、甘蔗纖維、椰子殼、樹葉、硬殼果殼、瓜子殼、咖啡渣、茶葉渣或中藥渣中的至少一種；所述水溶性硬化劑選自三乙醇胺、乙二胺、二亞乙基三胺、三亞乙基四胺、四亞乙基五 胺、聚乙烯胺、酚醛胺、2，4，6_三(二甲胺基甲基)苯酚、水性聚胺酯、水性聚酰胺、聚乙酰 胺、雙腈胺、三氟化硼-胺絡(luò)合物、惡硼雜環(huán)硼胺絡(luò)合物、水性聚脲、聚醚胺、己二胺、胺封 端水性聚酰亞胺、氨水、二乙胺基代丙胺、水溶性芳香胺、異佛爾酮二胺、硫脲、硫醇胺或硫 脲_多元胺縮合物中的至少一種。所述相轉(zhuǎn)移催化劑為冠醚、聚乙二醇、季胺鹽、季鱗鹽、锍鹽或砷鹽、穴醚、溴化十六烷 基三丁基鱗、四丁基溴化銨或甲基三辛基氯化銨中的至少一種；所述填充物選自硅粉、石粉、豬油、阻燃劑、潤(rùn)滑劑、花生油、桐油、豆油、牛油、機(jī)油、硅 油、陶粉、石英粉、土粉、淀粉、鈦白粉、黏土粉、碳黑、納米碳粉、納米黏土、石墨粉、石墨烯、 動(dòng)物糞便粉、玻璃粉、氫氧化鎂、氫氧化鋁、磷酸酯、鈦酸酯、鋁酸酯、砂、玻璃纖維粉、碳纖維粉、廢塑膠粉末、水泥、碎石、廢發(fā)泡膠粉、蠟粉、浙青粉、木炭粉、高嶺土粉或滑石粉中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求8中所述的天然纖維復(fù)合材料，其特征在于所述天然纖維優(yōu)選為木纖維；所述相轉(zhuǎn)移催化劑為四丁基溴化銨；所述水溶性硬化劑為乙二胺；所述填充物優(yōu)選 為土粉或硅油中的一種或其組合。
9.一種天然纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下的步驟1)按照權(quán)利要求7中的組份和重量配比備料；2)將水、水性樹脂和水溶性硬化劑加入攪拌罐中，將水性樹脂和水溶性硬化劑分散于水中形成乳液，而后加入天然纖維、相轉(zhuǎn)移催化劑和填充物混合均勻，在80 100°C下反應(yīng) 36 60小時(shí)；3)將完成反應(yīng)的反應(yīng)物轉(zhuǎn)移至烘干設(shè)置中，并升溫至180 200°C烘干，獲得產(chǎn)品。
10.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的天然纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述反應(yīng)器為反應(yīng)釜、攪拌罐、雙螺桿押出機(jī)、單螺桿押出機(jī)或捏合機(jī)中的一種；所述烘干設(shè)備為具干 燥功能的攪拌罐、烤箱、烤房、可曬太陽之平臺(tái)或可風(fēng)干材料之平臺(tái)中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種天然纖維復(fù)合材料及其制備方法，該天然纖維復(fù)合材料由主要包括以下的重量份配比的組分制備水性樹脂14～135份、天然纖維100～500份、硬化劑0.3～5份、相轉(zhuǎn)移催化劑0.01～5份、填充物50～500份和水100～200份。本發(fā)明僅使用少量高分子樹脂即可將天然纖維完全包覆，獲得防水性能極佳的天然纖維復(fù)合材料；改性后之天然纖維可用于防水性纖維板，電木粉填料及塑木復(fù)材之原料。
文檔編號(hào)C08L97/02GK101798466SQ20101012623
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月16日
發(fā)明者林鎮(zhèn)輝, 阮榆, 阮韶銘 申請(qǐng)人:龍海市奈特化工有限責(zé)任公司