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基本信息

項目名稱:
戶外用高性能環保型竹塑復合材料
小類:
能源化工
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用要求的高性能環保型竹塑復合材料。本項目產品的主要性能均要優于目前市售的工業改良型的木/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的發生。 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,各測試性能均要優于目前的市售的工業改良型的木塑復合材料,且生產成本更低廉。 4、氨酯化BCMP竹塑復合材料的突出優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點在于具有優異的力學性能及耐沸水性能(即具有優異的尺寸穩定性),尤其是其耐沸水性能,試件經沸水煮后,質量及厚度增加百分率僅為市售工業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構材料(特別適用于是游泳池、人工湖、海邊浴場等場地的相關建設)、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展已成為近年來新材料領域的一個熱門方向,同時也是國家高新材料領域重點支持發展的領域。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保型耐久性竹塑復合材料,該類材料有望應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、戶外建筑結構材料、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用領域。 本項目可根據復合材料的具體應用要求,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保型耐久性竹塑復合材料提供了基礎,并推進了植物短纖維在高性能耐久性戶外裝飾及建筑結構材料領域的應用進程。

作品圖片

  • 戶外用高性能環保型竹塑復合材料
  • 戶外用高性能環保型竹塑復合材料
  • 戶外用高性能環保型竹塑復合材料

作品專業信息

撰寫目的和基本思路

目的:為獲得戶外用高性能環保型竹塑復合材料提供基礎,推進植物短纖維在高性能耐久性戶外裝飾及建筑結構材料領域的應用進程。 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保型竹塑復合材料,其各項性能均要優于目前市售的改良型木塑復合材料,且生產成本更低。氨酯化BCMP竹塑復合材料的突出優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點在于其耐沸水性能優異,經沸水煮后,質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,有望應用于戶外用高性能復合材料領域。

應用價值和現實意義

本項目制備的戶外用高性能環保型竹塑復合材料有望應用于高性能戶外增強材料、庭院裝飾材料、戶外建筑結構材料、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用領域。 本項目可根據復合材料的具體應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保型耐久性竹塑復合材料提供了基礎,并推進了植物短纖維在高性能耐久性戶外裝飾及建筑結構材料領域的應用進程。

學術論文摘要

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用要求的高性能環保型竹塑復合材料。 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保型竹塑復合材料,其各項測試性能均要優于目前市售的工業改良型的木塑復合材料,且生產成本更為低廉。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,其試件的質量及厚度增加百分率僅為市售工業改良型木塑復合材料的1/4。

獲獎情況

作品相關的論文與專利: [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. 竹纖維素微粉的結構與性能研究.纖維素科學與技術, 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用. 中國專利201010167631.4. (申請公布號: CN 101831801 A).

鑒定結果

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. 木塑復合材料產業化現狀及制造關鍵技術 [J]. 現代化工, 2010, 30(1): 6-10. [3] 霍中玲, 謝兆設, 陳猛. 木塑復合材料型材配方工藝研究. 工程塑料應用, 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狀 [J]. 木材工業, 2010, 24(3):28-32.

同類課題研究水平概述

目前國內外對木/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纖維素中的羥基發生酯化反應,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聚合物高分子和基體樹脂間產生交聯。新結構的穩定性取決于形成鍵的性質,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趨勢還體現在: 1.木/竹塑制品的多樣化與功能化 木/竹塑復合材料從發展之初的托盤、包裝箱等制品,經過戶外鋪板、柵欄、桌椅等的開發應用,目前已開始向市場更加廣闊的建筑結構領域滲透,努力達到房屋結構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、高附加值方向發展,以適應廣闊的應用領域,阻燃型、增強型、抗老化型、抗蠕變型、保溫隔熱型、儲能調溫型等都成為亟待開發的產品。 2.擴大原料選擇范圍,提高木/竹塑復合材料生物質成分的構成比例 目前的木/竹塑復合材料里,木纖維所占比重一般在35%-65%,并以粉末形態為主,遠未達到人們利用生物質資源的期待值,今后將向更高比例和長纖維形態發展,充分體現生物質纖維的增強作用。 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的新趨勢。 從以上研發背景,我們可以總結出,木/竹塑復合材料正不斷拓寬其應用領域,已向廣闊的建筑等結構材料領域滲透,為滿足高性能耐久性結構材料(耐久性增強戶外板材、耐久性庭院裝飾材料、汽車零配件、建筑結構材料,等)的應用要求,木/竹塑復合材料的耐久性已成為各國研發熱點和亟待解決的關鍵技術之一。
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