試析硅烷改性納米氧化鋅改善竹塑復合材料的防霉性能

羅建西 湖北工程學院新技術學院

引言：竹纖維具有纖維含量高、剛度高、比強高等優勢，并且具有資源豐富、機械性能優良的特點，最重要的是具有生物降解的優勢，因此竹纖維是制作綠色環保竹塑復合材料的主要材料。在竹纖維與熱塑性聚合物的復合過程中，主要是通過高聚物在竹纖維表面的潤濕、吸附等過程中實現表面分子的相互滲透與纏繞，所以在復合的過程中，聚合物基體與竹纖維之間的應力傳遞情況對于竹塑復合材料的質量具有重要的影響。本文主要對硅烷改性納米氧化鋅對于竹塑復合材料的改善情況進行分析。

1.實驗設計

1.1 實驗原料

本次實驗的主要原料選用四川省的三年生毛竹，將其通過粉碎機粉碎備用。納米氧化鋅主要采用上海晶純生化科技股份有限公司粒徑50毫米的納米氧化鋅；硅烷主要使用由濟南興飛隆化工有限公司氨丙基三乙氧基硅烷；乙醇則是使用天津福晨化學試劑廠的分析純；聚丙烯則是使用中國石化北京燕山分公司的K8303號聚丙烯；高熔體強度的聚丙烯則是使用韓仁貿易上海有限公司的SMS-514F型聚丙烯；綠色木霉、桔青霉以及黑曲霉則使用廣東省微生物菌種保藏中心的材料。[1]

1.2 實驗試樣

在實驗之前需要進行硅烷KH550改性納米氧化鋅以及竹塑復合材料的制備。在進行硅烷KH550改性納米氧化鋅的制備過程中，需要在溫室進行，確保溫度如何制備要求。首先需要將三克納米氧化鋅粉倒入150毫升的水與乙醇的混合液體當中，其中水與乙醇的混合液體比例為2：1，在倒入之后進行30分鐘超聲分散，然后取1毫升的KH550與100毫升水與乙醇混合液融合，其中水與乙醇的比例為1:1，將溶液溶于三頸燒瓶當中，緩慢攪拌至液體升溫至75攝氏度與80攝氏度之間。[2]此時將最開始的納米氧化鋅溶液逐滴加入KG550溶液當中，并保持恒溫攪拌反應3小時，之后進行過濾并通過高速離心機進行離心分離，使用無水乙醇對其進行回流洗滌，將收集的粉末放入干燥箱內，保持69攝氏度的溫度干燥12小時，最終得到目標產物硅烷改性氧化鋅。通過投射電鏡對硅烷改性氧化鋅進行觀察，可以發現此時其時硅烷改性氧化鋅呈棒狀與長條狀，一般長度在4厘米以及10厘米之間，寬度則在100納米以下。

竹塑復合材料的制備首先需要將硅烷改性納米氧化鋅與乙醇進行1:10的質量比融合，并進行混合超聲分散，將其分次噴灑在竹粉上，進行10分鐘的高速混合，保持溫度為120攝氏度，卸料之后使其在105攝氏度的干燥環境下保持12小時，此時得到改性竹粉。然后依次將PP、MAPP、改性竹粉等，將其混合后放入轉矩流變儀當中進行密煉，密煉溫度保持在178攝氏度，轉速為每秒50圈，時間為7.5分鐘，并進行卸料粉碎，粉碎之后的卸料與模具中鋪平，在放入熱壓機內保持178攝氏度軟化15分鐘，之后保持壓強1.5MPa，溫度180攝氏度，熱壓10分鐘，最后依舊保持壓強1.5MPa將材料冷卻到60攝氏度。對模具中的材料進行檢驗，保證竹塑物料質量比為2:3，MAPP占百分之九的質量比。[3]

2.實驗結果分析

2.1 硅烷改性納米氧化鋅改善竹塑復合材料的防霉性能影響

在實驗過程中參考GB/T18216-2013進行防霉變實驗。在霉變實驗第28天時。可以清晰的觀察到添加防霉劑與未添加防霉劑之間的差距，其中未添加防霉劑的對比樣品為4級，并且隨著硅烷改性納米氧化鋅添加量的增加而提高，復合材料的霉變等級逐漸下降。當硅烷改性納米氧化鋅添量超過百分之三時，復合材料的抑菌能力上升趨勢變緩。這是由于防霉試劑在高效防止的作用下，防霉試劑的邊際效益將會下降，從而導致防霉效果降低。

2.2 硅烷改性納米氧化鋅改善竹塑復合材料表現形態的影響

對硅烷改性納米氧化鋅改善竹塑復合材料表現形態的影響進行實驗研究，主要是通過添加不同含量硅烷偶聯劑，觀察加載量的變化對于材料表面菌絲的影響。在實驗中，隨著加載量的上升。菌絲的生長得到有效的抑制，在百分之一添加量的樣品當中，表面菌絲所感染的面積急劇下降，而添加量達到百分之三以上時，復合材料表面以及不適合菌絲的生存。并且在實驗過程中，可以觀察到竹塑復合材料的表面出現不規則的裂紋，這表明霉變對于竹塑復合材料的表面形態具有一定的影響，這些裂紋的產生，將會使光、水分等進行復合材料內部，從而提高材料內部被腐蝕的速度，同時裂紋的產生將會降低材料的機械力度。因此在實驗過程中，裂紋的減少也是竹塑復合材料抗霉性能提高的表現。

2.3 硅烷改性納米氧化鋅改善竹塑復合材料力學性能的影響

添加不同含量的硅烷改性納米氧化鋅將會使竹塑復合材料產生不同的彎曲強度，對彎強度進行分析，可以得出硅烷改性納米氧化鋅對于竹塑復合材料力學性能的影響。在本次實驗當中，所使用的硅烷改性納米氧化鋅劑量對于竹塑復合材料的彎曲強度影響較小，各組強度基本保持在50MPa，沒有明顯的差異性。隨著防霉試劑添加量的變大，竹塑復合材料的彎曲模量逐漸下降，下降的幅度較小。[4]但是如果竹塑復合材料形成多層結構，將會對其強度變化產生較大的影響，在添加量為百分之五的樣品中，彎曲模量的保留值為百分之九十四，并且在百分之九十五的置信區間內存在明顯的差異性。

結束語：綜上，根據實驗可知，在硅烷改性納米氧化鋅改善竹塑復合材料防霉性能的研究中，隨著硅烷改性納米氧化鋅試劑的增加竹塑復合材料的防霉性能、材料表現形態以及力學性能都具有一定的影響，但是當硅烷改性納米氧化鋅試劑的添加量超過一定的界限時，效果將不再明顯，因此在實際的生產過程中，需要嚴格的控制硅烷改性納米氧化鋅試劑的添加量，在提高竹塑復合材料的同時，降低生產成本。