超輕質(zhì)植物纖維材料的防水性研究.pdf

1、超輕質(zhì)植物纖維材料是由植物纖維經(jīng)發(fā)泡膨化處理而獲得的密度為0.01-0.09 g/cm3的一類質(zhì)輕、環(huán)保、可再生的功能性生物質(zhì)材料。其具有較好的環(huán)境相容性且用途廣泛。然而，超輕質(zhì)植物纖維材料也是一種多孔性、親水型材料，其較強(qiáng)的吸濕性勢必會影響材料的尺寸穩(wěn)定性、耐久性和力學(xué)性能等，嚴(yán)重阻礙超輕質(zhì)植物纖維材料的高效應(yīng)用。因此，對超輕質(zhì)材料進(jìn)行改性以增強(qiáng)材料疏水性能的研究尤為重要。
　　為提高超輕質(zhì)植物纖維材料的防水性，本文采用了化學(xué)改

2、性和物理改性兩種主要改性方式，也結(jié)合了兩種改性方法對超輕質(zhì)植物纖維材料進(jìn)行混合改性。并考察了各種改性超輕質(zhì)植物纖維材料的防水性。其中，化學(xué)改性主要是將原料中纖維素含量較高的棉纖維進(jìn)行乙酰化改性獲得纖維素乙酸酯（通過乙?；磻?yīng)封閉纖維素中游離的羥基）。實(shí)驗(yàn)采用響應(yīng)面分析法（RSM）對影響纖維素乙酸酯取代度的三個(gè)主要因素進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得纖維素乙?；磻?yīng)的最佳工藝條件為:酯化溫度為96℃，反應(yīng)時(shí)間為2.7 h，催化劑用量為0.20 g，并利

3、用紅外光譜儀（FTIR）、熱重分析儀（TGA）、X射線衍射儀（XRD）和核磁共振氫譜（1HNMR）對已合成的纖維素乙酸酯分別進(jìn)行官能團(tuán)、熱穩(wěn)定性、結(jié)晶結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的表征。結(jié)果表明，產(chǎn)物分子內(nèi)部存在大量的乙酰基，且可能因?yàn)橐阴；拇罅看嬖?，從而使得結(jié)晶度下降。由熱重分析可知，纖維素進(jìn)行乙?；磻?yīng)后，熱穩(wěn)定性增強(qiáng)。
　　物理改性主要是在材料的制備過程中加入自制的氯化石蠟乳液以提高材料的防水性。實(shí)驗(yàn)采用反相乳化法制備氯化石蠟乳液，并應(yīng)

4、用RSM對氯化石蠟乳化工藝進(jìn)行優(yōu)化，獲得氯化石蠟乳化的最佳工藝條件為：原料質(zhì)量比為2.1，乳化劑的質(zhì)量比為1.6，乳化劑用量為19.0%，采用激光粒度儀、zeta電位儀、離心機(jī)等分別對乳液的顆粒度、zeta電勢和聚結(jié)穩(wěn)定性進(jìn)行測試。乳液顆粒度的測試結(jié)果表明，所測乳液的粒子細(xì)小且分布比較集中，乳液的中粒徑為0.15 um，比表面積為14906.06 m2/kg；乳液的pH是影響乳液zeta電勢的重要因素，在一定范圍內(nèi)，乳液zeta電勢的絕

5、對值隨乳液pH的增長而增大。當(dāng)乳液的pH為7.90 時(shí)，乳液的zeta電勢的絕對值為24.8 mv，乳液相對更穩(wěn)定；乳液的穩(wěn)定性測試結(jié)果表明，乳液的初始顆粒度越小，其聚結(jié)穩(wěn)定性及長期穩(wěn)定性越好。
　　通過改性處理獲得了具有較好防水性能的超輕質(zhì)植物纖維材料。并借助靜液滴表面張力儀、掃描電鏡（SEM）、FTIR和X射線光電子能譜儀（XPS）等儀器分別對改性前后材料與水的接觸角、微觀形貌、官能團(tuán)變化及表面性能等進(jìn)行表征。結(jié)果表

6、明，經(jīng)改性處理后的超輕質(zhì)植物纖維材料與水的接觸角皆大于90°，表現(xiàn)為一定的疏水性。從SEM圖觀察可知，未經(jīng)改性處理的超輕質(zhì)植物纖維材料表面較光滑，材料整體結(jié)構(gòu)疏松多孔。而樣品經(jīng)改性處理后，材料的整體密實(shí)度得到提高。紅外分析結(jié)果表明，改性前后材料的官能團(tuán)發(fā)生了部分變化，主要表現(xiàn)為化學(xué)改性及混合改性樣品中酯基的出現(xiàn)及物理改性樣品中出現(xiàn)了 C-Cl鍵的伸縮振動峰。由XPS測試結(jié)果可知，改性后材料中C1（C-C或C-H）的原子濃度增加，O/C減