表面化学处理的黄麻纤维高价值的复合使用

文摘

为了赋予疏水性,更高的机械和热性能,黄麻纤维已经被NaClO2漂白,化学改性丙烯腈(一)嫁接和diphenylmethanediisocyanate (DPMIC)治疗。改性反应的程度是评价红外光谱测量。黄麻纤维的形态和结晶指数研究了利用扫描电子显微镜(SEM)和广角x射线衍射仪(WAXD)。发生了显著的变化在纤维表面化学处理显然是观察在扫描电镜图像。人们已经发现,拉伸性能(抗拉强度、延伸打破和杨氏模量)由AN-grafting实质性的改善,DPMIC治疗。基于发现的疏水性,DPMIC治疗纤维已经显示属性比其他纤维。化学处理也会增加热稳定性。TG和DTA曲线显示分解的纤维交错;首次低于100°C表示水分损失和第二个320°C和360°C之间由于纤维的主要退化。

关键字

黄麻,表面改性,表征,物理性能,热性能

介绍

黄麻,孟加拉国的黄金纤维复合材料行业引起相当大的关注作为一种环境友好的强化。纤维长宽比高,高强度重量比,低能量转换和具有良好的绝缘性能。然而,可怜的亲水性黄麻纤维之间的兼容性和疏水性聚合物矩阵通常是最弱的点在复合,这使得最终的性能复合纤维拉拔力而不是纤维打破限制。因此,满员的黄麻纤维增强材料并不是利用,不得到的最优属性组合以及完整的商业潜力并没有达到。改善纤维和聚合物之间的相容性矩阵,黄麻纤维物理或化学应该修改。

表面化学改性与耦合剂通常是应用于优化润湿天然木质纤维素的纤维的聚合物基体之间的交互和附着力,提高非极性矩阵和极地强化。化学表面改性技术,如碱治疗(1],漂白[2],乙酰化作用[3),和接枝共聚4),也被报道克服天然纤维和聚合物之间的不兼容的表面极性矩阵。不过,表面化学改性通常应用于提高非极性矩阵之间的交互和附着力和极地木质纤维素的纤维,表面杂质的存在如果胶和纤维的蜡状物质有时阻碍修改过程。表面预处理前进行化学改性是必要的。NaClO2漂白是非常有效的预处理方法去除蜡,果胶和木质素。因此,丙烯腈(一)嫁接和diphenylmethanediisocyanate (DPMIC)治疗用于漂白黄麻纤维。处理过的纤维的化学和物理性质也被研究过。

实验

黄麻纤维收集从Jhenidha当地市场,孟加拉国。碳酸钠、醋酸、醋酸钠、亚氯酸钠、焦亚硫酸钠、氯仿、甲苯、丙烯腈、和diphenylmethanediisocyanate (DPMIC),从默克公司收购,德国。其他化学物质分析试剂级。

未经处理的黄麻纤维的化学处理过程所示计划1。大约20 g的未经处理的黄麻纤维漂白1 L NaClO2 (7 gl¹在pH值4)解决方案缓冲。反应是在90 - 95ºC 90分钟保持纤维浴比1:50。完成漂白反应后,纤维处理0.2 (w / v) % 15分钟焦亚硫酸钠溶液,以减少绿泥石行动,然后用蒸馏水(彻底洗2]。1 g漂白黄麻纤维摄于100毫升塞锥形烧瓶。水溶液的丙烯腈单体(0.1 mol / L), K2S2O8作为引发剂(1 wt %的纤维)和摘要作为催化剂(1 wt %的纤维)被接枝反应。纤维浴比维持1:50。反应是持续在70ºC水浴后90分钟。完成反应纤维被删除然后甲醇和蒸馏水坚持从黄麻表面均聚物。接枝纤维在空气干燥,最后在烤箱2]。包含DPMIC漂白黄麻纤维浸泡在甲苯溶液(1%)1 h在70°C。纤维浆,清洗和干燥烘箱2 h的70°C。

黄麻的红外光谱采集标本使用珀金埃尔默光谱分光计。采集标本和KBr的透明颗粒。对每个样本5扫描的分辨率被4厘米¹。黄麻样品的表面形态是由扫描电子显微镜观察(范广达200 3 d)与加速电压10 kv。WAXD模式得到的力量D8推进广角x射线衍射仪使用铜Kα辐射(α= 0.154海里)、50 kV电压,电流40 mA 2θ的范围从5到45°增加步骤2°/分钟。纤维的热重量分析法是由热重分析仪(TG / DTA 6300,精工仪器有限公司、日本)。进行了拉伸测试根据ASTM D638-01使用万能试验机(Hounsfield UTM 10 kn)。

结果与讨论

红外光谱光谱治疗和治疗黄麻纤维所示无花果。1。纤维的红外光谱谱包含组件的典型振动乐队主要对应于纤维素、半纤维素和木质素。黄麻纤维的亲水性趋势反映在广泛吸收带的3700 - 3100厘米¹相关地区,-哦组出现在他们的主要组件。在1600 - 900厘米¹地区,可以欣赏在纤维木质素的化学成分的振动频率的1514厘米¹愈创木基[5)和1468、1433和1214厘米¹与syringyl [5]。几乎相同的吸收峰所示的未经处理的黄麻纤维观察光谱的处理的黄麻纤维。这表明,纤维素的结构没有被破坏后的治疗。漂白的峰值下降黄麻纤维在1597年的范围内,找到1503和1374厘米左右¹表明木质素的去除。频谱的漂白黄麻纤维,减少峰值强度在1372年和1244年发现厘米¹表示,部分半纤维素。峰值为1632厘米¹变得不那么激烈,因为除油和其他杂质。在无花果。1 (c)在2243厘米,乐队¹起源于C = N的伸缩振动是用于描述一个嫁接的黄麻。峰值为1460厘米¹是由于CH2变形强化后嫁接(6]。DPMIC漂白治疗黄麻展出的红外光谱谱特征聚氨酯峰值为2275厘米¹= N = C = O不对称拉伸和1720厘米¹- c = O拉伸(酰胺nh = CO-O)振动。的引入cardanol一半- C = C的存在表明了峰值为1620厘米¹在3020厘米ch芳香¹在2980厘米和ch脂肪族¹。的红外光谱谱DPMIC还显示在1440年达到顶峰,1590厘米¹由于C = C芳环拉伸。

为了观察黄麻纤维的形态结构变化的化学疗法通过SEM观察(无花果。2)。未经处理的黄麻纤维的表面覆盖着大量的杂质如半纤维素、木质素、果胶、蜡状物质,等等。然而,治疗创造了大量的纤维表面改性。上的比较无花果。2(一个)和2 (b),激烈的不同治疗之间的表面形态和漂白纤维可以很容易地可视化。纤维长丝的多细胞自然是更清楚地显示无花果。2 (b)。与未经处理的纤维表面的纤维漂白似乎脱离表面碎片和过度生长。这无疑是由于去除木质素和半纤维素的一部分从表面和漂白过程中细胞间的空间。嫁接,漂白黄麻纤维成为除纤颤(无花果。2 (c))。聚合物的沉积在纤维使电影和它填充纤维之间的差距,使更多的疏水6]。比较漂白,DPMIC黄麻的显微图显示,大量的icn组织嫁接到黄麻表面。细胞间的差距也减少了由于纤维素交联。

广角x射线衍射图(WAXD)和未经处理的和处理的黄麻纤维的结晶度指数所示无花果。3和表1,分别。漂白纤维结晶度最高。这可能是由于非晶半纤维素和木质素。降低结晶度指数x射线衍射图中观察到的嫁接和DPMIC治疗纤维。这一结果表明,纤维素的结晶度下降和ANgrafting DPMIC治疗因为沉积非晶态的组件在纤维素表面(7]。

化学处理的黄麻纤维的物理性能和密度值给出表2。黄麻纤维的质量很大程度上取决于它的物理性质,如细度、回潮率和密度。分裂的粘合纤维原因减少纤维直径。进一步修改通过AN-grafting DPMIC治疗由于黄麻表面涂层因此增加了纤维直径略。未经处理的密度,漂白,嫁接和DPMIC治疗纤维分别为1.15,1.40,1.32和1.25 gcm³分别显示表面处理对密度有显著影响(8]。见表260分钟,黄麻含有5.01%的水分,而能充分干燥的纤维。漂白纤维水分含量增加到6.8%。这可能是由于半纤维素,果胶、蜡和脂肪、纤维成为软盘即含有更多的孔隙。因此,水分很容易在这些孔隙扩散导致回潮率增加。显著降低水分的亲和力黄麻修改AN-grafting和DPMIC治疗。

未经处理的拉伸性能和处理的黄麻纤维所示表2。漂白纤维表现出明显的抗拉强度下降。这种减少可能归因于大量的原料和降解纤维素链的化学治疗。扩展在打破这些纤维不会改变太多。一个和DPMIC治疗纤维带来大幅提高抗拉强度(TS)和拉伸模量(TM)。这可能是由于这一事实和DPMIC治疗可以创建有序安排黄麻纤维表面涂层通过交联反应(9]。TG, DTA和壳体曲线的治疗和治疗黄麻纤维所示图4。在所有的情况下,初始体重在30到150°C之间的温度指示从纤维去除水分。下面的减肥250ºC可以忽略不计;温度高于纤维开始降解快,在400ºC,只有获得剩余字符由于羟基和纤维素的解聚作用脱水葡萄糖单位。未经处理的初期分解、漂白、嫁接和DPMIC治疗黄麻是5.8,7.7,3.8和3.8%。它明显,漂白纤维减少了比其他人更多的水分。未经处理的最终分解、漂白、乙酰化、接枝和DPMIC治疗黄麻是76.1,66.6,75.1和72.2%,相应的最终分解温度(FDT)是361.0,363.7,380.8和372.0°C。从上面观察结果,AN-grafting DPMIC治疗提高了黄麻纤维的热稳定性。最大热稳定性提出了由一个嫁接、纤维DPMIC对黄麻纤维紧随其后。

剩余字符最高在550°C的漂白纤维和此后DPMIC治疗纤维(表3)。萨哈et al。10)解释说,通过减少半纤维素在相当大的程度上,导致lignin-cellulose复杂,从而使产品更稳定比未经处理的样品,这是反映在增加数量的剩余字符。治疗对黄麻纤维减少体重在热解过程中,和增强与降低剩余字符形成可燃性挥发物的形成,从而得出结论,热稳定性降低的治疗纤维。壳体曲线的未经处理的黄麻纤维、峰值低于73.8°C是水分的蒸发的结果(表4)。第三II 277.5°峰值和峰值为344.8°C是由半纤维素和α-cellulose退化,分别。漂白的纤维,水分损失转移到一个较低的峰值温度。这种倾向释放水分在较低温度下可能是由于增加的表面积分裂纤维(无花果。4),促进更容易蒸发的水分较低温度。α-cellulose和半纤维素的降解峰在所有治疗纤维转移到更高的温度。峰的消失对观测到的半纤维素降解的嫁接和DPMIC治疗纤维。也许说,纤维素的降解温度影响AN-grafting和DPMIC治疗漂白黄麻纤维。

一个吸热峰观察100°C以下,造成水分损失。放热峰在240 - 290°C和330 - 380°C的吸热峰造成的半纤维素和α-cellulose分解,分别。很明显,第二放热峰消失一个,DPMIC黄麻可能是由于半纤维素删除或被治疗。在或DPMIC治疗的情况下,只有羟基参与化学反应,没有观察到这样的反转。

结论

修改NaClO黄麻纤维的₂漂白,AN-grafting DPMIC治疗进行了这个研究,获得更好的表面性质,同时保持良好的固有的力学性能。非凡的形态学改变纤维通过红外光谱和扫描电子显微镜照相术观察治疗。WAXD被用来研究晶体的发展。结果显示积极的治疗纤维结晶度的变化。抗拉强度、模量、伸长、疏水性和细度通过AN-grafting改善黄麻治疗时和DPMIC治疗。相反,强度和漂白纤维回潮率降低。热稳定性也提高了AN-grafting DPMIC治疗。治疗显著改善hydrophobocity,机械强度和热稳定性的纤维,它可能是兼容热塑性矩阵及其复合将机械和热高值。

引用

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