一种改性杨木粉纤维增强聚乙烯基自降温复合材料及其制备方法和应用

本申请属于复合材料，具体涉及一种改性杨木粉纤维增强聚乙烯基自降温复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，被动辐射降温技术逐渐应用于建筑节能、光伏器件及户外功能材料等领域。该技术通常通过提高材料在0.3~2.5μm太阳光波段的反射能力，并增强其在8~13μm大气窗口波段的红外辐射能力，使材料在无需额外能源输入的情况下实现热量向外界散逸。目前，相关自降温材料主要采用功能薄膜、表面涂层或具有特定光学性能的复合层结构。与此同时，以天然植物纤维作为增强体、以聚乙烯等热塑性树脂作为基体制备复合材料，已成为木塑复合材料领域较为常见的技术路线。

2、然而，现有自降温技术与植物纤维增强聚乙烯基复合材料之间仍缺乏有效结合。天然植物纤维中的部分组分对太阳光具有一定吸收作用，容易引起光热转换；同时，植物纤维表面极性较强，与非极性的聚乙烯基体相容性有限，易影响纤维的分散状态、界面结合及复合材料的耐水性能。因此，现有植物纤维增强聚乙烯基复合材料在户外太阳辐射条件下，难以同时兼顾较低的表面温升、良好的力学性能和耐水性能，亟需提供一种能够实现上述性能协同的制备方法。

技术实现思路

1、本申请针对现有植物纤维增强聚乙烯基复合材料在户外使用过程中太阳光吸收和光热转换较强、表面温升较高，同时纤维与聚乙烯基体界面相容性不足，难以兼顾力学性能、耐水性能和自降温性能的技术问题，提供一种改性杨木粉纤维增强聚乙烯基自降温复合材料及其制备方法和应用。

2、为了实现上述目的，本申请采用以下技术方案予以实现：

3、本申请提供一种改性杨木粉纤维增强聚乙烯基自降温复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、将杨木粉纤维进行碱预处理，得到碱处理杨木粉纤维；对碱处理杨木粉纤维进行改性，得到改性杨木粉纤维；

5、改性选自以下处理方式中的一种：

6、采用硅烷偶联剂和无机纳米粒子对碱处理杨木粉纤维进行改性；

7、采用顺丁烯二酸酐对碱处理杨木粉纤维进行改性；或者

8、采用环氧丙烷对碱处理杨木粉纤维进行改性；

9、将改性杨木粉纤维和聚乙烯进行熔融混炼，得到共混物；

10、将共混物注塑成型得到改性杨木粉纤维增强聚乙烯基自降温复合材料。

11、进一步，所述碱预处理包括：按照1∶30的固液比，将杨木粉纤维浸泡于naoh溶液中，并在50~70℃下加热处理4-6h，随后进行洗涤和干燥，得到碱处理杨木粉纤维；naoh溶液的质量浓度为5%。

12、进一步，所述采用硅烷偶联剂和无机纳米粒子对碱处理杨木粉纤维进行改性，包括：

13、将硅烷偶联剂和无机纳米粒子分散于乙醇溶液中，得到改性溶液；

14、将碱处理杨木粉纤维浸泡于改性溶液中，并在50~70℃下加热处理4~6h，随后进行洗涤和干燥，得到改性杨木粉纤维；

15、其中，硅烷偶联剂的质量为碱处理杨木粉纤维质量的2.8%~3.2%；无机纳米粒子的质量为碱处理杨木粉纤维质量的2.8%~3.2%。

16、进一步，所述无机纳米粒子包括sio2纳米粒子、baso4纳米粒子和tio2纳米粒子中的一种或多种。

17、进一步，所述采用顺丁烯二酸酐对碱处理杨木粉纤维进行改性，包括：

18、将顺丁烯二酸酐溶解于n,n-二甲基甲酰胺中，得到顺丁烯二酸酐溶液；

19、将碱处理杨木粉纤维浸泡于顺丁烯二酸酐溶液中，并在50~70℃下加热处理4-6h，随后进行洗涤和干燥，得到改性杨木粉纤维；

20、其中，顺丁烯二酸酐的质量为碱处理杨木粉纤维质量的2.5%~10%。

21、进一步，所述采用环氧丙烷对碱处理杨木粉纤维进行改性，包括：

22、将环氧丙烷加入含有naoh的乙醇水溶液中，得到环氧丙烷溶液；

23、将碱处理杨木粉纤维浸泡于环氧丙烷溶液中，并在50~70℃下加热处理4-6h，随后进行洗涤和干燥，得到改性杨木粉纤维；

24、其中，环氧丙烷的质量为碱处理杨木粉纤维质量的10%~40%。

25、进一步，在共混前，将改性杨木粉纤维和聚乙烯在60~80℃下干燥24h；

26、改性杨木粉纤维的质量为共混物质量的25%，其余为聚乙烯；熔融混炼的温度为165~175℃，时间为10~15min。

27、进一步，所述注塑成型包括：

28、将共混物粉碎，得到颗粒状复合材料；

29、将颗粒状复合材料在60~80℃下干燥6h，随后进行注塑，冷却脱模后得到改性杨木粉纤维增强聚乙烯基自降温复合材料；

30、其中，注塑温度为170~175℃，注塑压力为80mpa，保压压力为55mpa。

31、本申请还提供一种改性杨木粉纤维增强聚乙烯基自降温复合材料，根据上述改性杨木粉纤维增强聚乙烯基自降温复合材料的制备方法制得。

32、本申请还提供上述的改性杨木粉纤维增强聚乙烯基自降温复合材料在户外材料制品中的应用。

33、与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

34、本申请通过碱处理脱除杨木粉纤维中的部分木质素等吸光发色成分，降低纤维对太阳光的吸收及光热转换；在此基础上，采用硅烷偶联剂接枝无机纳米粒子、顺丁烯二酸酐改性或环氧丙烷改性对碱处理杨木粉纤维进行表面调控，能够降低纤维的表面极性和亲水性，改善纤维与聚乙烯基体之间的界面相容性和结合程度，并有利于提高纤维表面的白度及对可见光和近红外辐射的散射、反射能力。进一步通过熔融混炼和注塑成型，使改性杨木粉纤维均匀分散于聚乙烯基体中，形成界面结合较好的复合体系，从而兼顾复合材料的力学性能、耐水性能和自降温性能。同时，该制备方法采用干燥、熔融混炼、粉碎和注塑成型等工艺，操作过程相对简单，便于重复实施和推广应用。

35、本申请提供的改性杨木粉纤维增强聚乙烯基自降温复合材料是以改性杨木粉纤维作为增强体分散于聚乙烯基体中，能够通过改善界面相容性和界面结合程度，提高载荷传递效率，有利于提升复合材料的力学性能并降低吸水性；同时，碱处理对吸光发色成分的脱除以及纤维表面改性所带来的白度和光反射能力提升，能够增强复合材料对太阳光，尤其是可见光和近红外辐射的散射与反射，减少材料对太阳辐射的吸收及光热转换，从而降低户外使用过程中的表面温升，实现力学性能、耐水性能与被动自降温性能的协同改善。

1.一种改性杨木粉纤维增强聚乙烯基自降温复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的改性杨木粉纤维增强聚乙烯基自降温复合材料的制备方法，其特征在于，所述碱预处理包括：

3.根据权利要求1所述的改性杨木粉纤维增强聚乙烯基自降温复合材料的制备方法，其特征在于，所述采用硅烷偶联剂和无机纳米粒子对碱处理杨木粉纤维进行改性，包括：

4.根据权利要求1所述的改性杨木粉纤维增强聚乙烯基自降温复合材料的制备方法，其特征在于，所述无机纳米粒子包括sio2纳米粒子、baso4纳米粒子和tio2纳米粒子中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的改性杨木粉纤维增强聚乙烯基自降温复合材料的制备方法，其特征在于，所述采用顺丁烯二酸酐对碱处理杨木粉纤维进行改性，包括：

6.根据权利要求1所述的改性杨木粉纤维增强聚乙烯基自降温复合材料的制备方法，其特征在于，所述采用环氧丙烷对碱处理杨木粉纤维进行改性，包括：

7.根据权利要求1-6任一项所述的改性杨木粉纤维增强聚乙烯基自降温复合材料的制备方法，其特征在于，在共混前，将改性杨木粉纤维和聚乙烯在60-80℃下干燥24h；

8.根据权利要求7所述的改性杨木粉纤维增强聚乙烯基自降温复合材料的制备方法，其特征在于，所述注塑成型包括：

9.一种改性杨木粉纤维增强聚乙烯基自降温复合材料，其特征在于，根据权利要求1-8任意一项所述的改性杨木粉纤维增强聚乙烯基自降温复合材料的制备方法制得。

10.权利要求9所述的改性杨木粉纤维增强聚乙烯基自降温复合材料在户外材料制品中的应用。