竹纖維粉芐基化改性及其熱塑性研究.pdf

1、木質(zhì)纖維材料作為豐富的開再生資源可以通過酯化、醚化等方法進(jìn)行改性，經(jīng)過化學(xué)改性的木質(zhì)纖維材料具備了一定的熱塑性，可用普通塑料加工成型的方法進(jìn)行加工，制成各種高性能的材料或復(fù)合材料，用以代替部分石油產(chǎn)品。這一方面有望部分緩解我們對石油產(chǎn)品的依賴，另一方面也是為木質(zhì)纖維材料及其剩余物的充分利用尋求新的途徑。
　　 我國擁有豐富的竹材資源，竹林面積約500多萬公頃，年產(chǎn)各類中徑、小徑竹材450多萬噸，為我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和文化事業(yè)的發(fā)展提

2、供了大量的原料。竹材和木材有相同的物理化學(xué)組分，以竹材為原料開發(fā)相關(guān)熱塑性材料具有資源優(yōu)勢。
　　 論文以竹纖維粉芐基化為研究方向，通過研究溫度、時(shí)間等因素對原料芐基化的影響，確立了竹粉纖維芐基化最佳工藝條件;研究了反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度對竹漿纖維芐基化的影響;探討了不同預(yù)處理方法對竹漿芐基化反應(yīng)的影響;采用傅里葉紅外光譜(FT4R)、熱重分析(TG)、差示掃描量熱分析(DSC)等儀器對改性產(chǎn)物做了性能和結(jié)構(gòu)分析，揭示了芐基化產(chǎn)物性

3、能和結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，探討了熱塑改性的機(jī)理。為下一步以竹材纖維為原料制備竹塑復(fù)合材料提供一定的理論支持。取得的主要成果如下:
　　 (1)竹粉芐基化的最佳反應(yīng)條件為:每克竹粉用氫氧化鈉3.0g，季銨鹽(十六烷基三甲基溴化銨)0.15g，氯化芐6.0g，甲苯3.5g，在110℃下反應(yīng)10h可獲得100％以上的增重率。
　　 (2)竹漿芐基化產(chǎn)物的增重率隨反應(yīng)溫度的升高而增加，隨反應(yīng)時(shí)間的延長而增加。當(dāng)其他條件不變時(shí)，在105

4、℃下反應(yīng)8h可獲得最高的取代度(2.03);取代度大于2.0的產(chǎn)物可在150℃、10MPa表壓下熱壓成型為半透明的塑料狀薄片。不同預(yù)潤脹實(shí)驗(yàn)表明，冰箱冷凍潤脹和微波潤脹比常溫潤脹更有利于芐基化反應(yīng)，反應(yīng)效率較高。
　　 (3)FT-IR分析表明，竹纖維經(jīng)過芐基化改性后纖維的部分羥基被芐基取代，醚化反應(yīng)發(fā)生。TG、DSC曲線分析表明，纖維經(jīng)過芐基改性后已具備了一定的熱塑性。掃描電鏡顯示竹纖維經(jīng)過芐基化改性后纖維表面已發(fā)生了明顯的改

5、變，纖維的結(jié)晶區(qū)已經(jīng)被破壞，產(chǎn)物已經(jīng)成功改性。芐基化改性產(chǎn)物軟化溫度和熔融溫度與取代度緊密相關(guān)，取代度越高，產(chǎn)物軟化溫度和熔融溫度越低，熱塑性也越好。
　　 (4)原料組分與產(chǎn)物增重率分析表明，纖維素百分含量的增加并不是獲取高增重率的有效方法;適當(dāng)?shù)哪舅睾坑兄谄S基化反應(yīng);實(shí)驗(yàn)原料中纖維素、半纖維素、木素含量為65.8％、20.92％、12.56％時(shí)產(chǎn)物的芐基化效果最佳，并可獲得實(shí)驗(yàn)中最高的增重率(123.48％)。
　

6、　 (5)不同原料芐基化增重率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同竹纖維原料在相同條件下芐基化的反應(yīng)能力不同。這是因?yàn)槟舅氐钠S基化反應(yīng)活性高于纖維素和半纖維素，所以當(dāng)原料中含有一定量的木素時(shí)，其反應(yīng)活性要明顯高于纖維素或綜纖維素。宏觀表現(xiàn)就是竹粉、竹漿的芐基化增重率高于綜纖維素和纖維素的增重率。
　　 (6)改性產(chǎn)物熱塑化機(jī)理推測:NaOH預(yù)潤漲破壞了纖維的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，為氯化芐進(jìn)入結(jié)晶區(qū)和羥基發(fā)生取代反應(yīng)提供了反應(yīng)條件。原料組分中的纖維素、半纖