一种表面交联改性竹纤维的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及竹纤维领域，具体地说，是一种表面交联改性竹纤维的制备方法，尤其 涉及一种经过聚乙烯醇、蒙脱土以及交联剂改性的竹纤维及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 我国现有竹林总面积6300多亩，占世界竹林总面积的三分之一，且竹子生长周期 短，价格低廉。竹纤维具有较高的强度和模量，其纵向拉伸强度和模量分别可达到198MPa以 及21MPa。竹材具有天然的螺旋增韧结构且竹材密度仅为0.9g/cm 3左右，从而使得竹纤维具 有高比强度(220MPa-cm3/g)和比模量(23MPa-cm 3/g)。而这些都使之成为优良的树脂增强材 料。
[0003] 但竹纤维由于本身存在大量羟基，因而具有很强的亲水性，同时，由于竹纤维本身 所具有的多孔结构导致其有很强的吸水性吸湿气性，从而导致竹纤维增强复合材料在使用 过程中，容易在湿热环境下发生力学性能降低及尺寸不稳定等现象。
[0004] CN103254625A通过直接戊二醛浸渍对竹纤维进行处理，但此处理方法由于竹纤维 表面羟基活性较弱，故需要较长的反应时间以达到充分改性的目的。此外，目前改善竹纤维 吸水性往往通过偶联剂对竹纤维进行表面处理，但由于竹纤维表面羟基活性低，因此，无论 硅烷偶联、钛酸酯偶联剂还是异氰酸酯偶联剂（其例见CN103992613A、CN102952337B以及 CN101760034B)，其在一定时间内的反应程度均较低，因此，改性后的竹纤维表面取代度也 往往较低，从而导致其疏水改性效果较差。
【发明内容】
[0005] 本发明正是针对现有技术改性时间太长，改性效果差的技术缺陷所作出的改进， 提供一种改性竹纤维的制备方法以克服竹纤维易吸水的缺点并同时提高竹纤维的力学性 能。
[0006] 本发明是通过以下技术方案来实现的：
[0007] 本发明公开了一种表面交联改性竹纤维的制备方法，制备方法依次包括以下步 骤：
[0008] 1)、将一定量蒙脱土加入水中，持续搅拌使得蒙脱土均匀分散在水中，得到蒙脱土 分散液，蒙脱土分散液浓度为5g/L_10g/L，此处限定分散液浓度是因为，若浓度太低则改性 效果有限，若浓度太高则会导致蒙脱土负载量过高，从而影响疏水性能；
[0009] 2)、聚乙烯醇加入步骤1)所得的蒙脱土分散液中，并加热至80°C，持续搅拌至聚乙 烯醇完全溶解，得到改性液一，改性液一中聚乙烯醇浓度为5g/L-10g/L，此处限定浓度是因 为，若浓度过低，则在浸渍之后，竹纤维表面的聚乙烯醇吸附量过少，若浓度过高，则会导致 改性液一浓度过高，不利于浸渍过程的进行；
[0010] 3)、交联剂溶液记为改性液二；
[0011] 4)、将竹纤维浸入步骤2)所得改性液一中，并持续搅拌5~30分钟，而后过筛将竹 纤维滤出，并将滤出的竹纤维在烘干至恒重；
[0012] 5)、将步骤4)所得竹纤维加入步骤3)所得改性液二中，并升温至60°C保持10~60 分钟，而后过筛将竹纤维滤出，并将滤出的竹纤维在干燥至恒重，干燥温度为60°C-110°C， 得到改性竹纤维。
[0013] 作为进一步地改进，本发明所述的步骤1)中，蒙脱土为300目-1000目的钠基蒙脱 土。
[0014] 作为进一步地改进，本发明所述的步骤2)中，聚乙烯醇聚合度为1750。
[0015] 作为进一步地改进，本发明所述的步骤3)中，交联剂溶液是:戊二醛0.5%_5%水 溶液或甲苯二异氰酸酯（TDI)5%-10%乙酸乙酯溶液或二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)5%_ 10%乙酸乙酯溶液，戊二醛与异氰酸酯均可与聚乙烯醇中的羟基反应形成交联结构。
[0016] 本发明的有益效果是：
[0017]本发明首先在竹纤维表面吸附聚乙烯醇分子，而后利用聚乙烯醇与戊二醛以及异 氰酸酯等交联剂的高反应活性，形成表面疏水结构以降低竹纤维的吸水性，一方面缩短表 面改性时间，同时也大大提高了改性后竹纤维的表面取代度，可以取得较好的疏水效果，同 时，本发明采用纳米蒙脱土作为改性剂改善竹纤维力学强度并通过其片状结构延长水分子 扩散路径从而达到进一步降低竹纤维吸水性的目的。
[0018] 蒙脱土在充分分散之后本身具有特殊的片状结构，该结构是蒙脱土本身所具有的 微观形态。改性液一中分散有蒙脱土纳米粒子，同时溶解有聚乙烯醇，当竹纤维与改性液一 混合有，表面同时吸附聚乙烯醇分子以及蒙脱土纳米粒子，由于聚乙烯醇与蒙脱土已在改 性液一中充分混合，因此竹纤维表面吸附的聚乙烯醇分子与蒙脱土纳米粒子也形成了均匀 的混合，而后利用聚乙烯醇与戊二醛以及异氰酸酯等交联剂的高反应活性，形成表面疏水 结构以降低竹纤维的吸水性，一方面缩短表面改性时间，同时也大大提高了改性后竹纤维 的表面取代度，可以取得较好的疏水效果，同时，由于蒙脱土与聚乙烯醇的充分混合，其片 状结构均匀分散于聚乙烯醇基底之中，延长水分子扩散路径从而达到进一步降低竹纤维吸 水性的目的。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的说明：
[0020] 实施例1
[0021] -种表面交联改性竹纤维的制备方法，依次包括以下步骤：
[0022] 1)、将一定量蒙脱土加入水中，持续搅拌使得蒙脱土均匀分散在水中，得到蒙脱土 分散液，蒙脱土分散液浓度为5g/L;
[0023] 2)、聚乙烯醇加入步骤1)所得的蒙脱土分散液中，并加热至80°C，持续搅拌至聚乙 烯醇完全溶解，得到改性液一，改性液一中聚乙烯醇浓度为1 〇g/L;
[0024] 3)、5%戊二醛水溶液记为改性液二；
[0025] 4)、将竹纤维浸入步骤2)所得改性液一中，并持续搅拌5分钟，而后过筛将竹纤维 滤出，并将滤出的竹纤维在60 °C烘干至恒重；
[0026] 5)、将步骤4)所得竹纤维加入步骤3)所得改性液二中，并升温至60°C保持30分钟， 而后过筛将竹纤维滤出，并将滤出的竹纤维干燥至恒重，干燥温度为110°c，得到表面交联 改性竹纤维。
[0027]更进一步的，所述蒙脱土为600目钠基蒙脱土;聚乙烯醇聚合度为1750;
[0028]取100g改性竹纤维于60°C烘箱内烘12h;而后将超疏水改性的竹纤维取出，并称取 其重量为干重;而后，保持超疏水改性的竹纤维的蓬松状态，并将其置于25°C，100%RH恒温 恒湿的环境中，每隔5分钟记录一次纤维重量，直到纤维达到吸湿平衡，得回潮率（（吸湿平 衡后质量 -干重)/(干重））为5.2%。
[0029] 实施例2
[0030] -种表面交联改性竹纤维的制备方法，依次包括以下步骤：
[0031] 1)、将一定量蒙脱土加入水中，持续搅拌使得蒙脱土均匀分散在水中，得到蒙脱土 分散液，蒙脱土分散液浓度为l〇g/L;
[0032] 2)、聚乙烯醇加入步骤1)所得的蒙脱土分散液中，并加热至80°C，持续搅拌至聚乙 烯醇完全溶解，得到改性液一，改性液一中聚乙烯醇浓度为5g/L;
[0033] 3 )、10 % TDI乙酸乙酯溶液记为改性液二；