专利名称：一种天然纤维复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种天然纤维复合材料及其制备方法。
背景技术：
天然纤维资源丰富，价格低廉，是由许多D-吡喃式葡萄糖相互以1，4_0苷键连接 而成的多糖，纤维素分子的重复单元中每一基环内含有3个羟基(-0H)，这些羟基形成分子 内氢键或分子间氢键，使纤维具有吸水性，吸湿率达8 12%。由于天然纤维吸水性高，容 易腐烂，因此局限了其用途。使用天然纤维制作而成的复合材料通常都不具备防水性，无法 长期在室外使用，为提高上述复合材料的防水效果，现有的一种方式是使用大量高分子材 料把所有天然纤维包覆，但如此一来，必然导致成本大幅提升；另一种方式是对天然纤维进 行改性，现有的天然纤维改性方法包括使用化学方法，如泡碱液，以高活性之化学原料改性 等，通常都会产生大量废水；或者以少量亲油性高分子单体，以化学方法将其接枝在天然纤 维表面，以达到防水效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种包覆有不吸水材料的天然纤维复合材料。为了达成上述目的，本发明的解决方案是一种天然纤维复合材料，其特征在于，它由主要包括以下的重量份配比的组分制 备水性树脂14 135份、天然纤维100 500份、硬化剂0. 3 5份、相转移催化剂0. 01 5份、填充物50 500份和水100 200份。在本发明的一个较佳实施例中，所述水性树脂由主要包括以下的重量份配比的组 分制备非水性树脂10 100份和水性起始剂4 20份。水性树脂的具体制备方法如下 将上述配比的非水性环氧树脂与水性起始剂放入反应釜中混合，在120 160°C加压反应 1 2小时获得。这部分内容已在本专利权人的专利申请号为200910310409. 2的专利申 请中详细公开，在此不再予以细述。所述非水性树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、不饱和树脂、 丙烯基树脂、聚胺酯树脂或其他相关树脂中的至少一种。优选地，所述非水性树脂为环氧 树脂。所述水性起始剂选自过硫酸钠、过硫酸钾、4，4_偶氮双(4-氰基戊酸)、4，4-偶氮双 (4-氰基戊酸钠)、4，4-偶氮双(4-氰基戊醇)、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮或其他相关起 始剂中的至少一种。水溶性自由基引发剂的作用是将亲水基团引入环氧树脂，使得环氧树 脂成为水溶性。优选地，所述水性起始剂为4，4-偶氮双(4-氰基戊酸)。所述天然纤维为木纤维、麻纤维、棉纤维、竹纤维、藤纤维、草纤维、海草纤维、花生 壳、稻壳、纸、稻草、麦桔、甘蔗纤维、椰子壳、树叶、硬壳果壳、瓜子壳、咖啡渣、茶叶渣、中药 渣或其他相关天然纤维中的至少一种。优选地，所述天然纤维为木纤维(木粉)。本发明 中，天然纤维需预先粉碎成粉体，而后再加以使用。所述水溶性硬化剂选自三乙醇胺、乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙 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、双腈胺、三氟化硼_胺络合物、恶硼杂环硼胺络合物、水性聚脲、聚醚胺(Jeffamine)、 己二胺、胺封端水性聚酰亚胺、氨水、二乙胺基代丙胺、水溶性芳香胺、异佛尔酮二胺、硫脲、 硫醇胺、硫脲_多元胺缩合物或其他相关硬化剂中的至少一种。优选地，所述硬化剂为乙二 胺。水溶性硬化剂是水性环氧树脂的硬化剂，其必须具有水性性能，与环氧树脂交连。所述相转移催化剂为冠醚、聚乙二醇、季胺盐、季鳞盐、锍盐或砷盐、穴醚、溴化 十六烷基三丁基鳞、四丁基溴化铵、甲基三辛基氯化铵或其它相关化合物中的至少一种。优 选地，所述相转移催化剂为四丁基溴化铵。相转移催化剂的作用为催化油相的环氧官能基 与水相的硬化剂反应。因为水性环氧树脂乳液中，环氧官能基是在油相的，而水性硬化剂的 官能基在水相的，因些需要相转移催化剂进行两相之间的催化。所述填充物选自硅粉、石粉、猪油、阻燃剂、润滑剂、花生油、桐油、豆油、牛油、机 油、硅油、陶粉、石英粉、土粉、淀粉、钛白粉、黏土粉、碳黑、纳米碳粉、纳米黏土、石墨粉、石 墨烯、动物粪便粉、玻璃粉、氢氧化镁、氢氧化铝、磷酸酯、钛酸酯、铝酸酯、砂、玻璃纤维、碳 纤维、废塑胶粉末、水泥、碎石、废发泡胶粉、蜡粉、浙青粉、木炭粉、高岭土粉、滑石粉或其他 相关材料中的至少一种。优选地，所述填充物为土粉或硅油中的一种或其组合。本发明的进一步实施例中，上述水性树脂中还包括1 10份单体，所述单体选自 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、丙烯异辛酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯 酸丁酯、马来酸、马来酸酐或其它相关单体中的至少一种。优选地，所述单体选自苯乙烯、丙 烯酸或甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。进一步优选地，所述单体为苯乙烯。单体的作用为 提升水性起始剂接枝于环氧树脂中並且降低成本，增加材料成膜性。本发明的进一步实施例中，上述水性树脂中还包括1 5份的非水性起始剂，所述 非水性起始剂选自4，4-偶氮双(4-氰基丁烷过氧化二碳酸二-2-苯氧基酯)、过氧化二碳 酸二(4-叔丁基环己烷)、2，5-二(2-乙基己酰过氧)_2，5_ 二甲基乙烷、过氧化苯甲酰、叔 丁基过氧化-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(叔丁基过氧)3，3，5-三甲基环己烷、1，1_ 二(叔丁基过氧)环己烷、1-叔丁基偶 氮-1-氰基环己烷、0，0-叔丁基-0-异丙基单过氧化碳酸酯、过苯甲酸丁酯、乙基-3，3- 二 (过氧化叔丁基)丁酸酯、过氧化二异丙苯、过氧化月桂酸、2，5_ 二甲基己烷-2，5-二过氧 化乙基己酸酯、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯、过氧化丁烯酸叔丁酯、3，3- 二(叔丁基过氧) 丁酸乙酯或其他相关起始剂中的至少一种。非水性起始剂可增加材料硬化后的疏水性，和 水性起始剂共用，调节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。本发明的另一目的是提供一种天然纤维复合材料的制备方法。一种天然纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下的步骤1)按照上述组份和重量配比备料；2)将水、水性树脂和水溶性硬化剂加入搅拌罐中，将水性树脂和水溶性硬化剂分 散于水中形成乳液，而后加入天然纤维、相转移催化剂和填充物混合均勻，在80 100°C下 反应36 60小时；3)将完成反应的反应物转移至烘干设置中，并升温至180 200°C烘干，获得产品.本发明的进一步实施方案中，所述反应器应具有搅拌及加热功能，可以为反应釜、搅拌罐、双螺杆押出机、单螺杆押出机或捏合机中的一种。本发明的进一步实施方案中，所述烘干设备应具有干燥功能，可以为具干燥功能 的搅拌罐、烤箱、烤房、可晒太阳之平台或可风干材料之平台中的一种。除非特别指名，这里所使用的所有技术和科学术语的含义与本发明所属技术领域 一般技术人员通常所理解的含义相同。同样，所有在此提及的出版物、专利申请、专利及其 他参考资料均引入本发明作为参考。与现有技术相比，本发明的天然纤维复合材料具有以下的特点1)本发明仅使用少量高分子树脂即可将天然纤维完全包覆，获得防水性能极佳的 天然纤维复合材料；改性后之天然纤维可用于防水性纤维板，电木粉填料及塑木复材之原 料；2)本发明将水性树脂和水溶性硬化剂分散于水中形成乳液，加入天然纤维相转 移催化剂和填充物，待乳液湿润天然纤维后加热，使水份蒸发，把天然纤维包覆成不吸水材 料；与现有技术相比，本发明的天然纤维复合材料制备方法操作步骤简单，且无需使用有机 溶剂、酸或碱，生产过程中也不会产生废水等副产物。
具体实施例方式实施例1按重量比取水性环氧树脂30g、木粉(天然纤维)100g、硅油(填充剂)50g、乙二胺 (水溶性硬化剂)3g、四丁基溴化铵(相转移催化剂)lg和水200g。30g水性环氧树脂通过如下的方式获得取环氧树脂15g、4，4_偶氮双(4_氰基戊 酸)(起始剂)5g和苯乙烯(单体)10g，将环氧树脂、4，4-偶氮双(4-氰基戊酸)与苯乙烯 放入反应釜中混合，在150°C加压反应1小时获得。将上述水、水性环氧树脂、乙二胺加入搅拌罐中，将水性环氧树脂和乙二胺分散于 水中形成乳液，而后加入四丁基溴化铵、木粉和硅油混合均勻，在80°C下反应60小时；反应 完成后，将反应物转移至烤箱中，并升温至180°C烘干，获得包覆有不吸水材料的粉体(产品)检测方法及结果1)将水滴直接在粉体表面，粉体不吸入水份；2)在粉体中加入脲醛树脂压板(现有技术)，所得板材不吸水。实施例2按重量比取水性环氧树脂70g、木粉(天然纤维)500g、猪油(填充剂)200g、乙二 胺(水溶性硬化剂)0.3g、四丁基溴化铵(相转移催化剂)0.01g和水100g。70g水性环氧树脂通过如下的方式获得取环氧树脂49g、4，4_偶氮双(4_氰基戊 酸)(起始剂)20g和苯乙烯(单体)lg,将环氧树脂、4，4-偶氮双(4-氰基戊酸)和苯乙烯 放入反应釜中混合，在150°C加压反应1小时获得。将上述水、水性环氧树脂、乙二胺加入搅拌罐中，将水性环氧树脂和乙二胺分散 于水中形成乳液，而后加入四丁基溴化铵、木粉和猪油混合均勻，在100°c下反应48小时； 反应完成后，将反应物转移至烤箱中，并升温至200°C烘干，获得包覆有不吸水材料的粉体 (广品)。
检测方法及结果1)将水滴直接滴在粉体表面，水滴不被吸入；2)在粉体中加入脲醛树脂压板(现有技术)，所得板材不吸水。实施例3按重量比取水性环氧树脂130g、木粉(天然纤维)250g、土粉(填充剂)500g、乙二 胺(水溶性硬化剂)5g、四丁基溴化铵(相转移催化剂)5g和水150g。130g水性环氧树脂通过如下的方式获得取环氧树脂100g、4，4_偶氮双(4_氰基 戊酸)(起始剂)20g和苯乙烯(单体)10g，将环氧树脂、4，4-偶氮双(4-氰基戊酸)和苯 乙烯放入反应釜中混合，在150°C加压反应1小时获得。将上述水、水性环氧树脂、乙二胺加入搅拌罐中，将水性环氧树脂和乙二胺分散 于水中形成乳液，而后加入四丁基溴化铵、木粉和土粉混合均勻，在100°c下反应36小时； 反应完成后，将反应物转移至烤箱中，并升温至200°C烘干，获得包覆有不吸水材料的粉体 (广品)。检测方法及结果1)将水滴直接滴在粉体表面，水滴不被吸入；2)在粉体中加入脲醛树脂压板(现有技术)，所得板材不吸水。对照例1取100g木粉加入搅拌罐中，在100°C反应48小时，而后在200°C烘干，获得粉体产品。检测方法及结果1)将水滴直接滴在粉体表面，水滴很快吸入；2)在粉体中加入脲醛树脂压板(现有技术)，所得板材吸水，且泡水后散开。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种天然纤维复合材料，其特征在于，它由主要包括以下的重量份配比的组分制备水性树脂14～135份、天然纤维100～500份、硬化剂0.3～5份、相转移催化剂0.01～5份、填充物50～500份和水100～200份。
2.根据权利要求1中所述的天然纤维复合材料，其特征在于，所述水性树脂由主要包 括以下的重量份配比的组分制备非水性树脂10 100份和水性起始剂4 20份；所述 非水性树脂选自环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、脲醛树脂或乙烯基树脂中的至少 一种；所述水性起始剂选自过硫酸钠、过硫酸钾、4，4_偶氮双(4-氰基戊酸)、4，4-偶氮双 (4-氰基戊酸钠)、4，4-偶氮双(4-氰基戊醇)、过氧化甲乙酮或过氧化环己酮中的至少一 种。
3.根据权利要求2中所述的天然纤维复合材料，其特征在于所述非水性树脂优选为 环氧树脂；所述水性起始剂优选为4，4-偶氮双(4-氰基戊酸)。
4.根据权利要求3中所述的天然纤维复合材料，其特征在于所述水性树脂中还包括 1 10份单体，所述单体选自苯乙烯、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、丙烯异辛酯、甲基丙烯酸乙酯、 甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、马来酸或马来酸酐中的至少一种。
5.根据权利要求4中所述的天然纤维复合材料，其特征在于所述单体优选为苯乙烯、 丙烯酸或甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。
6.根据权利要求5中所述的天然纤维复合材料，其特征在于所述水性树脂中还包括 1 5份的非水性起始剂，所述非水性起始剂选自4，4-偶氮双(4-氰基丁烷过氧化二碳酸 二 -2-苯氧基酯)、过氧化二碳酸二(4-叔丁基环己烷)、2，5- 二(2-乙基己酰过氧)_2， 5- 二甲基乙烷、过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化-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(叔丁基过氧)3，3，5-三甲基环己烷、1，1_ 二(叔 丁基过氧)环己烷、ι-叔丁基偶氮-ι-氰基环己烷、0，0-叔丁基-0-异丙基单过氧化碳酸 酯、过苯甲酸丁酯、乙基-3，3-二(过氧化叔丁基)丁酸酯、过氧化二异丙苯、过氧化月桂 酸、2，5-二甲基己烷_2，5-二过氧化乙基己酸酯、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯、过氧化丁烯 酸叔丁酯或3，3_ 二(叔丁基过氧)丁酸乙酯中的至少一种。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6中所述的天然纤维复合材料，其特征在于所述天然 纤维为木纤维、麻纤维、棉纤维、竹纤维、藤纤维、草纤维、海草纤维、花生壳、稻壳、纸、稻草、 麦桔、甘蔗纤维、椰子壳、树叶、硬壳果壳、瓜子壳、咖啡渣、茶叶渣或中药渣中的至少一种；所述水溶性硬化剂选自三乙醇胺、乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五 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、双腈胺、三氟化硼-胺络合物、恶硼杂环硼胺络合物、水性聚脲、聚醚胺、己二胺、胺封 端水性聚酰亚胺、氨水、二乙胺基代丙胺、水溶性芳香胺、异佛尔酮二胺、硫脲、硫醇胺或硫 脲_多元胺缩合物中的至少一种。所述相转移催化剂为冠醚、聚乙二醇、季胺盐、季鳞盐、锍盐或砷盐、穴醚、溴化十六烷 基三丁基鳞、四丁基溴化铵或甲基三辛基氯化铵中的至少一种；所述填充物选自硅粉、石粉、猪油、阻燃剂、润滑剂、花生油、桐油、豆油、牛油、机油、硅 油、陶粉、石英粉、土粉、淀粉、钛白粉、黏土粉、碳黑、纳米碳粉、纳米黏土、石墨粉、石墨烯、 动物粪便粉、玻璃粉、氢氧化镁、氢氧化铝、磷酸酯、钛酸酯、铝酸酯、砂、玻璃纤维粉、碳纤维粉、废塑胶粉末、水泥、碎石、废发泡胶粉、蜡粉、浙青粉、木炭粉、高岭土粉或滑石粉中的至少一种。
8.根据权利要求8中所述的天然纤维复合材料，其特征在于所述天然纤维优选为木纤维；所述相转移催化剂为四丁基溴化铵；所述水溶性硬化剂为乙二胺；所述填充物优选 为土粉或硅油中的一种或其组合。
9.一种天然纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下的步骤1)按照权利要求7中的组份和重量配比备料；2)将水、水性树脂和水溶性硬化剂加入搅拌罐中，将水性树脂和水溶性硬化剂分散于水中形成乳液，而后加入天然纤维、相转移催化剂和填充物混合均勻，在80 100°C下反应 36 60小时；3)将完成反应的反应物转移至烘干设置中，并升温至180 200°C烘干，获得产品。
10.根据权利要求9中所述的天然纤维复合材料的制备方法，其特征在于所述反应器为反应釜、搅拌罐、双螺杆押出机、单螺杆押出机或捏合机中的一种；所述烘干设备为具干 燥功能的搅拌罐、烤箱、烤房、可晒太阳之平台或可风干材料之平台中的一种。
全文摘要
本发明公开了一种天然纤维复合材料及其制备方法，该天然纤维复合材料由主要包括以下的重量份配比的组分制备水性树脂14～135份、天然纤维100～500份、硬化剂0.3～5份、相转移催化剂0.01～5份、填充物50～500份和水100～200份。本发明仅使用少量高分子树脂即可将天然纤维完全包覆，获得防水性能极佳的天然纤维复合材料；改性后之天然纤维可用于防水性纤维板，电木粉填料及塑木复材之原料。
文档编号C08L97/02GK101798466SQ20101012623
公开日2010年8月11日 申请日期2010年3月16日 优先权日2010年3月16日
发明者林镇辉, 阮榆, 阮韶铭 申请人:龙海市奈特化工有限责任公司