试析硅烷改性纳米氧化锌改善竹塑复合材料的防霉性能

罗建西 湖北工程学院新技术学院

引言：竹纤维具有纤维含量高、刚度高、比强高等优势，并且具有资源丰富、机械性能优良的特点，最重要的是具有生物降解的优势，因此竹纤维是制作绿色环保竹塑复合材料的主要材料。在竹纤维与热塑性聚合物的复合过程中，主要是通过高聚物在竹纤维表面的润湿、吸附等过程中实现表面分子的相互渗透与缠绕，所以在复合的过程中，聚合物基体与竹纤维之间的应力传递情况对于竹塑复合材料的质量具有重要的影响。本文主要对硅烷改性纳米氧化锌对于竹塑复合材料的改善情况进行分析。

1.实验设计

1.1 实验原料

本次实验的主要原料选用四川省的三年生毛竹，将其通过粉碎机粉碎备用。纳米氧化锌主要采用上海晶纯生化科技股份有限公司粒径50毫米的纳米氧化锌；硅烷主要使用由济南兴飞隆化工有限公司氨丙基三乙氧基硅烷；乙醇则是使用天津福晨化学试剂厂的分析纯；聚丙烯则是使用中国石化北京燕山分公司的K8303号聚丙烯；高熔体强度的聚丙烯则是使用韩仁贸易上海有限公司的SMS-514F型聚丙烯；绿色木霉、桔青霉以及黑曲霉则使用广东省微生物菌种保藏中心的材料。[1]

1.2 实验试样

在实验之前需要进行硅烷KH550改性纳米氧化锌以及竹塑复合材料的制备。在进行硅烷KH550改性纳米氧化锌的制备过程中，需要在温室进行，确保温度如何制备要求。首先需要将三克纳米氧化锌粉倒入150毫升的水与乙醇的混合液体当中，其中水与乙醇的混合液体比例为2：1，在倒入之后进行30分钟超声分散，然后取1毫升的KH550与100毫升水与乙醇混合液融合，其中水与乙醇的比例为1:1，将溶液溶于三颈烧瓶当中，缓慢搅拌至液体升温至75摄氏度与80摄氏度之间。[2]此时将最开始的纳米氧化锌溶液逐滴加入KG550溶液当中，并保持恒温搅拌反应3小时，之后进行过滤并通过高速离心机进行离心分离，使用无水乙醇对其进行回流洗涤，将收集的粉末放入干燥箱内，保持69摄氏度的温度干燥12小时，最终得到目标产物硅烷改性氧化锌。通过投射电镜对硅烷改性氧化锌进行观察，可以发现此时其时硅烷改性氧化锌呈棒状与长条状，一般长度在4厘米以及10厘米之间，宽度则在100纳米以下。

竹塑复合材料的制备首先需要将硅烷改性纳米氧化锌与乙醇进行1:10的质量比融合，并进行混合超声分散，将其分次喷洒在竹粉上，进行10分钟的高速混合，保持温度为120摄氏度，卸料之后使其在105摄氏度的干燥环境下保持12小时，此时得到改性竹粉。然后依次将PP、MAPP、改性竹粉等，将其混合后放入转矩流变仪当中进行密炼，密炼温度保持在178摄氏度，转速为每秒50圈，时间为7.5分钟，并进行卸料粉碎，粉碎之后的卸料与模具中铺平，在放入热压机内保持178摄氏度软化15分钟，之后保持压强1.5MPa，温度180摄氏度，热压10分钟，最后依旧保持压强1.5MPa将材料冷却到60摄氏度。对模具中的材料进行检验，保证竹塑物料质量比为2:3，MAPP占百分之九的质量比。[3]

2.实验结果分析

2.1 硅烷改性纳米氧化锌改善竹塑复合材料的防霉性能影响

在实验过程中参考GB/T18216-2013进行防霉变实验。在霉变实验第28天时。可以清晰的观察到添加防霉剂与未添加防霉剂之间的差距，其中未添加防霉剂的对比样品为4级，并且随着硅烷改性纳米氧化锌添加量的增加而提高，复合材料的霉变等级逐渐下降。当硅烷改性纳米氧化锌添量超过百分之三时，复合材料的抑菌能力上升趋势变缓。这是由于防霉试剂在高效防止的作用下，防霉试剂的边际效益将会下降，从而导致防霉效果降低。

2.2 硅烷改性纳米氧化锌改善竹塑复合材料表现形态的影响

对硅烷改性纳米氧化锌改善竹塑复合材料表现形态的影响进行实验研究，主要是通过添加不同含量硅烷偶联剂，观察加载量的变化对于材料表面菌丝的影响。在实验中，随着加载量的上升。菌丝的生长得到有效的抑制，在百分之一添加量的样品当中，表面菌丝所感染的面积急剧下降，而添加量达到百分之三以上时，复合材料表面以及不适合菌丝的生存。并且在实验过程中，可以观察到竹塑复合材料的表面出现不规则的裂纹，这表明霉变对于竹塑复合材料的表面形态具有一定的影响，这些裂纹的产生，将会使光、水分等进行复合材料内部，从而提高材料内部被腐蚀的速度，同时裂纹的产生将会降低材料的机械力度。因此在实验过程中，裂纹的减少也是竹塑复合材料抗霉性能提高的表现。

2.3 硅烷改性纳米氧化锌改善竹塑复合材料力学性能的影响

添加不同含量的硅烷改性纳米氧化锌将会使竹塑复合材料产生不同的弯曲强度，对弯强度进行分析，可以得出硅烷改性纳米氧化锌对于竹塑复合材料力学性能的影响。在本次实验当中，所使用的硅烷改性纳米氧化锌剂量对于竹塑复合材料的弯曲强度影响较小，各组强度基本保持在50MPa，没有明显的差异性。随着防霉试剂添加量的变大，竹塑复合材料的弯曲模量逐渐下降，下降的幅度较小。[4]但是如果竹塑复合材料形成多层结构，将会对其强度变化产生较大的影响，在添加量为百分之五的样品中，弯曲模量的保留值为百分之九十四，并且在百分之九十五的置信区间内存在明显的差异性。

结束语：综上，根据实验可知，在硅烷改性纳米氧化锌改善竹塑复合材料防霉性能的研究中，随着硅烷改性纳米氧化锌试剂的增加竹塑复合材料的防霉性能、材料表现形态以及力学性能都具有一定的影响，但是当硅烷改性纳米氧化锌试剂的添加量超过一定的界限时，效果将不再明显，因此在实际的生产过程中，需要严格的控制硅烷改性纳米氧化锌试剂的添加量，在提高竹塑复合材料的同时，降低生产成本。