試析硅烷改性納米氧化鋅改善竹塑復(fù)合材料的防霉性能

羅建西 湖北工程學(xué)院新技術(shù)學(xué)院

引言：竹纖維具有纖維含量高、剛度高、比強(qiáng)高等優(yōu)勢，并且具有資源豐富、機(jī)械性能優(yōu)良的特點(diǎn)，最重要的是具有生物降解的優(yōu)勢，因此竹纖維是制作綠色環(huán)保竹塑復(fù)合材料的主要材料。在竹纖維與熱塑性聚合物的復(fù)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(shí)現(xiàn)表面分子的相互滲透與纏繞，所以在復(fù)合的過程中，聚合物基體與竹纖維之間的應(yīng)力傳遞情況對于竹塑復(fù)合材料的質(zhì)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(fù)合材料的改善情況進(jìn)行分析。

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

本次實(shí)驗(yàn)的主要原料選用四川省的三年生毛竹，將其通過粉碎機(jī)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(jì)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(xué)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(qiáng)度的聚丙烯則是使用韓仁貿(mào)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(shí)驗(yàn)試樣

在實(shí)驗(yàn)之前需要進(jìn)行硅烷KH550改性納米氧化鋅以及竹塑復(fù)合材料的制備。在進(jìn)行硅烷KH550改性納米氧化鋅的制備過程中，需要在溫室進(jìn)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(dāng)中，其中水與乙醇的混合液體比例為2：1，在倒入之后進(jìn)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(dāng)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(dāng)中，并保持恒溫攪拌反應(yīng)3小時，之后進(jìn)行過濾并通過高速離心機(jī)進(jìn)行離心分離，使用無水乙醇對其進(jìn)行回流洗滌，將收集的粉末放入干燥箱內(nèi)，保持69攝氏度的溫度干燥12小時，最終得到目標(biāo)產(chǎn)物硅烷改性氧化鋅。通過投射電鏡對硅烷改性氧化鋅進(jìn)行觀察，可以發(fā)現(xiàn)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(fù)合材料的制備首先需要將硅烷改性納米氧化鋅與乙醇進(jìn)行1:10的質(zhì)量比融合，并進(jìn)行混合超聲分散，將其分次噴灑在竹粉上，進(jìn)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(huán)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(zhuǎn)矩流變儀當(dāng)中進(jìn)行密煉，密煉溫度保持在178攝氏度，轉(zhuǎn)速為每秒50圈，時間為7.5分鐘，并進(jìn)行卸料粉碎，粉碎之后的卸料與模具中鋪平，在放入熱壓機(jī)內(nèi)保持178攝氏度軟化15分鐘，之后保持壓強(qiáng)1.5MPa，溫度180攝氏度，熱壓10分鐘，最后依舊保持壓強(qiáng)1.5MPa將材料冷卻到60攝氏度。對模具中的材料進(jìn)行檢驗(yàn)，保證竹塑物料質(zhì)量比為2:3，MAPP占百分之九的質(zhì)量比。[3]

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 硅烷改性納米氧化鋅改善竹塑復(fù)合材料的防霉性能影響

在實(shí)驗(yàn)過程中參考GB/T18216-2013進(jìn)行防霉變實(shí)驗(yàn)。在霉變實(shí)驗(yàn)第28天時?？梢郧逦挠^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(fù)合材料的霉變等級逐漸下降。當(dāng)硅烷改性納米氧化鋅添量超過百分之三時，復(fù)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(dǎo)致防霉效果降低。

2.2 硅烷改性納米氧化鋅改善竹塑復(fù)合材料表現(xiàn)形態(tài)的影響

對硅烷改性納米氧化鋅改善竹塑復(fù)合材料表現(xiàn)形態(tài)的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，主要是通過添加不同含量硅烷偶聯(lián)劑，觀察加載量的變化對于材料表面菌絲的影響。在實(shí)驗(yàn)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(dāng)中，表面菌絲所感染的面積急劇下降，而添加量達(dá)到百分之三以上時，復(fù)合材料表面以及不適合菌絲的生存。并且在實(shí)驗(yàn)過程中，可以觀察到竹塑復(fù)合材料的表面出現(xiàn)不規(guī)則的裂紋，這表明霉變對于竹塑復(fù)合材料的表面形態(tài)具有一定的影響，這些裂紋的產(chǎn)生，將會使光、水分等進(jìn)行復(fù)合材料內(nèi)部，從而提高材料內(nèi)部被腐蝕的速度，同時裂紋的產(chǎn)生將會降低材料的機(jī)械力度。因此在實(shí)驗(yàn)過程中，裂紋的減少也是竹塑復(fù)合材料抗霉性能提高的表現(xiàn)。

2.3 硅烷改性納米氧化鋅改善竹塑復(fù)合材料力學(xué)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(fù)合材料產(chǎn)生不同的彎曲強(qiáng)度，對彎強(qiáng)度進(jìn)行分析，可以得出硅烷改性納米氧化鋅對于竹塑復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。在本次實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，所使用的硅烷改性納米氧化鋅劑量對于竹塑復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度影響較小，各組強(qiáng)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(fù)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(fù)合材料形成多層結(jié)構(gòu)，將會對其強(qiáng)度變化產(chǎn)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(qū)間內(nèi)存在明顯的差異性。

結(jié)束語：綜上，根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知，在硅烷改性納米氧化鋅改善竹塑復(fù)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(fù)合材料的防霉性能、材料表現(xiàn)形態(tài)以及力學(xué)性能都具有一定的影響，但是當(dāng)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(shí)際的生產(chǎn)過程中，需要嚴(yán)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(fù)合材料的同時，降低生產(chǎn)成本。