基本信息
- 項目名稱：
- 戶外用高性能環(huán)保型竹塑復合材料
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 本項目通過對竹纖維素微粉及竹纖維的改性，獲得了氨酯化改性竹纖維素微粉（氨酯化BCMP）和馬來酸酐改性竹纖維（MAH-BF）。使用改性后的纖維與HDPE進行復合，獲得了能滿足戶外應(yīng)用要求的高性能環(huán)保型竹塑復合材料。本項目產(chǎn)品的主要性能均要優(yōu)于目前市售的工業(yè)改良型的木/竹塑復合材料。
- 詳細介紹：
- 1、本項目制備的硅氧烷基聚氨酯改性竹纖維素微粉（即：氨酯化BCMP）的接枝率為2.37%，馬來酸酐改性竹原纖維（即：MAH-BF）的酯化度為10.29 %，紅外光譜分析也進一步地證明了接枝反應(yīng)的發(fā)生。 2、氨酯化的BCMP及MAH接枝的BF，其纖維表面變的粗糙，并且具有比天然竹原纖維更好的抗紫外吸收性能。 3、氨酯化BCMP竹塑復合材料及MAH-BF竹塑復合材料，各測試性能均要優(yōu)于目前的市售的工業(yè)改良型的木塑復合材料，且生產(chǎn)成本更低廉。 4、氨酯化BCMP竹塑復合材料的突出優(yōu)點在于具有卓越的力學性能及抗氧化老化性能，尤其是其抗氧化老化性能，為市售工業(yè)改良型木塑復合材料的2倍以上，此類材料更適用于高性能戶外增強材料、庭院裝飾材料、特殊輕量型工程材料。 5、MAH-BF竹塑復合材料的突出優(yōu)點在于具有優(yōu)異的力學性能及耐沸水性能（即具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性），尤其是其耐沸水性能，試件經(jīng)沸水煮后，質(zhì)量及厚度增加百分率僅為市售工業(yè)改良型木塑復合材料的1/4，因此該類材料更適用于戶外建筑結(jié)構(gòu)材料（特別適用于是游泳池、人工湖、海邊浴場等場地的相關(guān)建設(shè)）、汽車零配件、高性能家具板材、耐久性室外增強復合地板。 由于木塑/竹塑復合材料相對于原生木材，具有眾多優(yōu)異性能：使用壽命延長1倍以上、力學性能普遍增強3-5倍、良好的加工及可塑性能、高防火性能、可近乎100%回收再利用，因此，本類材料的研究與發(fā)展已成為近年來新材料領(lǐng)域的一個熱門方向，同時也是國家高新材料領(lǐng)域重點支持發(fā)展的領(lǐng)域。本研究通過對BCMP表面的氨酯化改性及BF表面的MAH高接枝率的改性，獲得了具有特殊性能的改性纖維，將此類纖維與HDPE進行復合，獲得了戶外用高性能環(huán)保型耐久性竹塑復合材料，該類材料有望應(yīng)用于高性能戶外增強材料、庭院裝飾材料、特殊輕量型工程材料、戶外建筑結(jié)構(gòu)材料、汽車零配件、高性能家具板材、耐久性室外增強復合地板等應(yīng)用領(lǐng)域。 本項目可根據(jù)復合材料的具體應(yīng)用要求，確定改性纖維和復合材料的配方及工藝。 本研究為獲得戶外用高性能環(huán)保型耐久性竹塑復合材料提供了基礎(chǔ)，并推進了植物短纖維在高性能耐久性戶外裝飾及建筑結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的應(yīng)用進程。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：為獲得戶外用高性能環(huán)保型竹塑復合材料提供基礎(chǔ)，推進植物短纖維在高性能耐久性戶外裝飾及建筑結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的應(yīng)用進程。 基本思路：纖維的接枝改性 → 改性纖維的分析檢測 → 改性纖維與塑料粒子的復合 → 復合材料的性能測定（由復合材料的性能參數(shù)再去改進纖維的接枝改性方案）
科學性、先進性及獨特之處
- 本作品制備的戶外用高性能環(huán)保型竹塑復合材料，其各項性能均要優(yōu)于目前市售的改良型木塑復合材料，且生產(chǎn)成本更低。氨酯化BCMP竹塑復合材料的突出優(yōu)點在于其抗氧化老化性能，為市售木塑復合材料的2倍。MAH-BF竹塑復合材料的突出優(yōu)點在于其耐沸水性能優(yōu)異，經(jīng)沸水煮后，質(zhì)量及厚度增加百分率僅為市售木塑復合材料的1/4。 以上兩種材料，有望應(yīng)用于戶外用高性能復合材料領(lǐng)域。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 本項目制備的戶外用高性能環(huán)保型竹塑復合材料有望應(yīng)用于高性能戶外增強材料、庭院裝飾材料、戶外建筑結(jié)構(gòu)材料、汽車零配件、高性能家具板材、耐久性室外增強復合地板等應(yīng)用領(lǐng)域。 本項目可根據(jù)復合材料的具體應(yīng)用要求確定合適的纖維改性及復合工藝配方。 本研究為獲得戶外用高性能環(huán)保型耐久性竹塑復合材料提供了基礎(chǔ)，并推進了植物短纖維在高性能耐久性戶外裝飾及建筑結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的應(yīng)用進程。
學術(shù)論文摘要
- 本研究通過探索性試驗及單因素試驗，獲得了氨酯化改性竹纖維素微粉（氨酯化BCMP）和馬來酸酐改性竹纖維（MAH-BF）的優(yōu)化制備工藝及配方，使用改性后的纖維與塑料粒子復合，獲得了能滿足戶外應(yīng)用要求的高性能環(huán)保型竹塑復合材料。 所得氨酯化BCMP的接枝率為2.37%，MAH-BF的酯化度為10.29 %；FTIR分析進一步地證明了接枝改性反應(yīng)的進行；SEM觀察到氨酯化后的BCMP及MAH接枝后BF，其纖維表面變的粗糙；紫外分光光度計測試結(jié)果表明，氨酯化BCMP及MAH-BF具有比天然竹纖維更好的抗紫外吸收性能。 改性后的纖維與HDPE復合獲得了戶外用高性能環(huán)保型竹塑復合材料，其各項測試性能均要優(yōu)于目前市售的工業(yè)改良型的木塑復合材料，且生產(chǎn)成本更為低廉。尤其是氨酯化BCMP竹塑復合材料的抗氧化老化性能，是市售工業(yè)改良型木塑復合材料的2倍，MAH-BF竹塑復合材料的耐沸水性能，其試件的質(zhì)量及厚度增加百分率僅為市售工業(yè)改良型木塑復合材料的1/4。
獲獎情況
- 作品相關(guān)的論文與專利： [1] 任兵杰,陳宇翔,方紅霞,等.馬來酸酐接枝改性竹纖維及其增強復合材料的性能.工程塑料應(yīng)用.2011,39(5):16-20. [2] 方紅霞, 孫金余, 吳強林, 任兵杰, 解坤. 竹纖維素微粉的結(jié)構(gòu)與性能研究.纖維素科學與技術(shù), 2011, 19(1):29-34. [3] 方紅霞, 吳強林, 任兵杰, 史建俊, 李長江, 許修強. 一種耐久性纖維素纖維及其應(yīng)用. 中國專利201010167631.4. （申請公布號: CN 101831801 A）.
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻
- [1] 付文, 王麗, 劉安華. 木塑復合材料改性研究進展 [J]. 高分子通報, 2010, (3):61-64. [2] 王偉宏, 李春桃, 王清文. 木塑復合材料產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀及制造關(guān)鍵技術(shù) [J]. 現(xiàn)代化工, 2010, 30(1): 6-10. [3] 霍中玲, 謝兆設(shè), 陳猛. 木塑復合材料型材配方工藝研究. 工程塑料應(yīng)用, 2007, 35(5):33-35. [4] 伍波, 張求慧, 李建章. 木塑復合材料的研究進展和發(fā)展趨勢 [J]. 材料導報, 2009, 23(7):62-64. [5] 徐有明, 胡榮仙, 熊漢國. 竹塑增強復合材料的研究進展及加工現(xiàn)狀 [J]. 木材工業(yè), 2010, 24(3):28-32.
同類課題研究水平概述
- 目前國內(nèi)外對木/竹塑復合材料進行的界面改性研究，主要是通過改性木/竹纖維或添加界面改性劑的方法進行。主要的化學改性方法有：加入相容劑，加入偶聯(lián)劑，共聚接枝改性等。木/竹纖維的化學改性主要是將纖維素表面的羥基反應(yīng)掉，形成化學鍵，如將木纖維表面的羥基進行乙?；越档湍纠w維的表面活化能，或利用相容劑的羧基或?；c纖維素中的羥基發(fā)生酯化反應(yīng)，如馬來酸酐接枝PP( PP-g-MAH) 、異氰酸酯、氯化苯甲酰等。利用化學處理方法可以達到減少纖維表面羥基基團的目的,或通過化學的方法使木質(zhì)聚合物高分子和基體樹脂間產(chǎn)生交聯(lián)。新結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性取決于形成鍵的性質(zhì)，主要影響材料的力學特性和吸附性。 除了以上針對木/竹塑復合材料進行的界面改性研究，木/竹塑復合材料的研發(fā)趨勢還體現(xiàn)在： 1.木/竹塑制品的多樣化與功能化 木/竹塑復合材料從發(fā)展之初的托盤、包裝箱等制品，經(jīng)過戶外鋪板、柵欄、桌椅等的開發(fā)應(yīng)用，目前已開始向市場更加廣闊的建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域滲透，努力達到房屋結(jié)構(gòu)件等制品的力學性能要求和外在裝飾效果。木/竹塑復合材料正朝著功能化、高附加值方向發(fā)展，以適應(yīng)廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，阻燃型、增強型、抗老化型、抗蠕變型、保溫隔熱型、儲能調(diào)溫型等都成為亟待開發(fā)的產(chǎn)品。 2.擴大原料選擇范圍，提高木/竹塑復合材料生物質(zhì)成分的構(gòu)成比例 目前的木/竹塑復合材料里，木纖維所占比重一般在35%-65%，并以粉末形態(tài)為主，遠未達到人們利用生物質(zhì)資源的期待值，今后將向更高比例和長纖維形態(tài)發(fā)展，充分體現(xiàn)生物質(zhì)纖維的增強作用。 3.多種成型工藝并存 擠出成型是當前木/竹塑復合材料制品成型加工的主流方法。注塑成型主要用于開發(fā)木/竹塑專用零部件及汽車零部件。木/竹塑制品模壓成型方法與工藝是當前木/竹塑復合材料制品研發(fā)的新趨勢。 從以上研發(fā)背景，我們可以總結(jié)出，木/竹塑復合材料正不斷拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，已向廣闊的建筑等結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域滲透，為滿足高性能耐久性結(jié)構(gòu)材料（耐久性增強戶外板材、耐久性庭院裝飾材料、汽車零配件、建筑結(jié)構(gòu)材料，等）的應(yīng)用要求，木/竹塑復合材料的耐久性已成為各國研發(fā)熱點和亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。
