氨基硅油改性苧麻纖維的研究

摘要：在一定溫度條件下，用氨基硅油對苧麻纖維進行表面改性處理.利用紅外光譜分析（IR）、接觸角測試、X射線衍射分析（XRD）、熱重分析（TG）等方法對改性前后苧麻纖維的性能進行分析.結果表明，經氨基硅油改性的苧麻纖維表面成功包覆了有機硅分子，且表面羥基數量減少，吸水性較未改性的苧麻纖維下降，與聚丙烯相容性提高；改性后，苧麻纖維的結晶度提高了15%；在230 ℃以前，未改性的苧麻纖維質量損耗為5%，而改性后苧麻纖維基本上沒有分解，改性后苧麻纖維的耐熱性能有了較大的提高.

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關鍵詞：表面改性；苧麻纖維；氨基硅油；結晶度；熱性能

中圖分類號： TH145. 42 文獻標識碼：A

苧麻纖維是一種天然熱帶植物纖維，具有纖維素含量高、密度小、比強度和比模量高等優點.近年來，苧麻纖維增強聚合物基復合材料作為一種新型的汽車內飾材料［1-3］，已逐漸成為各國關注和開發的熱點.其中天然麻纖維改性是該材料研究的重點.但是由于苧麻纖維吸水性大、微觀缺陷以及表面雜質的存在，苧麻纖維與樹脂基體的界面粘結不理想，導致復合材料的力學性能不高［4-5］，從而限制了苧麻纖維增強樹脂基復合材料的應用.因此，如何對苧麻纖維進行有效地表面處理，在其表面上引入新的官能團，改善苧麻纖維與樹脂基體的粘結性是目前研究的重要方向.本文采用氨基硅油對苧麻纖維進行表面處理，在其表面成功地包覆了有機硅分子，并且探討了該種處理方法對苧麻纖維表面狀況和熱性能的影響.

1 實驗及測試分析

1.1 實驗原料

苧麻纖維來源于湖南省麻類研究所，氨基硅油來源于中藍晨光化工研究院.其它原材料包括氫氧化鈉、無水亞硫酸鈉、硅酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十六醇，均為分析純等.

1.2 氨基硅油改性苧麻工藝流程

苧麻改性工藝流程為：苧麻原麻除雜→原麻堿脫膠→水洗→真空干燥→氨基硅油改性處理→水洗→真空干燥.

首先，用化學脫膠的方法對苧麻原麻進行脫膠處理［6］，在真空干燥箱中干燥備用.然后，將脫膠處理過的苧麻纖維放入高溫高壓反應釜（GCF2型）中，緩慢倒入氨基硅油乳液（乳液中包含氨基硅油、十六醇及十二烷基硫酸鈉），在氬氣條件下，于160 ℃反應3 h，待反應完成后，將處理過的苧麻洗滌干凈，在真空干燥箱中干燥，備用.

1.3 測試分析

采用傅里葉紅外光譜儀（美國Nicolet 5SXC型）測試處理前后苧麻纖維表面的官能團變化，用接觸角測定儀（JY82型）測定纖維的接觸角，檢測液體為2次蒸餾水、二氯甲烷和乙二醇，其相應

3 結論

提出了一種氨基硅油改性苧麻纖維的新方法，該方法有效地在苧麻纖維表面包覆了有機硅分子，從而使得改性后的苧麻纖維吸水性下降，與非極性聚合物（如：聚丙烯）的相容性提高，其結晶度提高了15%.同時，改性后苧麻纖維的耐熱性能也得到明顯改善，有效地避免了苧麻纖維在加工過程中的碳化變色現象.該工藝過程簡單，成本較低.

參考文獻

［1］ 田永，何莉萍，王璐林，等. 汽車制造用苧麻纖維增強聚丙烯的力學性能研究［J］. 材料工程， 2008， (1): 21-24，33.

TIAN Yong，HE Liping， WANG Lulin，et al.Study of mechanical properties of ramie fiber reinforced polypropylene compounds for automobile industry［J］. Materials Engineering， 2008， (1):21-24，33.(In Chinese)

［2］ 楊德旭，魯博，張林文，等. 天然纖維復合材料在汽車上的應用［C］∥黃山：玻璃鋼學會第十六屆全國玻璃鋼/復合材料學術年會論文，2006，E-6.

YANG Dexu， LU Bo， ZHANG Linwen. Application of natural fiber composites in auto indusry［C］∥Huangshan:FRP Sixteenth National Institute of Glass Reinforced Plastics / Composites Annual Conference Papers， 2006， E-6.（In Chinese)

［3］ SUDELL B C，EVANS W J， ISAAC D H，et al. A survey into the application of natural fiber composites in the automotive industry［C］//Sao Pedro Brazil:International Symposium on Natural Polymers and Composites， 2002.

［4］ SGRICCIA N，HAWLEY M C，MISRA M.Characterization of natural fiber surfaces and natural fiber composites［J］. Composites: Part A， 2008， 39: 1632-1637.

［5］ VAN de Velde K，KIEKENS P．Influence of fibre and matrix modifications on mechanical and physical properties of flax fibre reinforced polypropylene［J］. Macromolecular Materials and Engineering， 2001， 286(4):237.

［6］ 王維明，蔡再生. 黃麻纖維化學脫膠工藝的研究［J］. 印染助劑，2008， 25(9):21-23.

WANG Weiming， CAI Zaisheng. Study on the chemical degumming of jute fiber［J］. Textile Auxiliaries， 2008， 25(9):21-23.(In Chinese)

［7］ 梁小波， 楊桂成， 曾漢民. 表面處理對劍麻纖維表面狀況及熱性能的影響［J］. 廣東化工， 2004， (1):12-15.

LIANG Xiaobo， YANG Guicheng， ZENG Hanming. The effect of surface treatment on the surface conditions and thermal properties for sisal fiber［J］. Guangdong Chemical， 2004， (1):12-15.(In Chinese)

［8］ 荊忠勝. 表面活性劑概論［M］. 北京: 中國輕工業出版社， 1999:46-52

JIANG Zhongsheng. Introduction of surfactant［M］. Beijing: China Light Industry Press， 1999:46-52.(In Chinese)

［9］ 王暉，顧幗華，邱冠周. 接觸角法測量高分子材料的表面能［J］. 中南大學學報:自然科學版， 2006， 37(5):942-946.

WANG Hui， GU Guohua， QIU Guanzhou. Evaluation of surface free energy of polymers by contact angle goniometry［J］. Journal Central South University:Science and Technology， 2006， 37(5):942-946.(In Chinese)

［10］張俐娜. 天然高分子改性材料及應用［M］. 北京：化學工業出版社， 2006:109-113.

ZHANG Lina. Application and Modification of natural polymer materials［M］. Beijing: Chemical Industry Press， 2006:109-113.(In Chinese)

［11］SEGAL L， CRWLY L. An empirical method for estimating the degree of crystallinity of native cellulose using Xray diffractometer［J］. Textiles Research Journal， 1959， 29:786-794.