一種離子液體及其均相改性蘆葦增強(qiáng)pe復(fù)合材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料合成與改性領(lǐng)域，具體涉及合成一種可循環(huán)使用的離子液體，并 以此離子液體為溶劑對蘆葦進(jìn)行均相改性，將均相改性蘆葦應(yīng)用于PE制備均相改性蘆葦/ PE復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 植物纖維是自然界最為豐富的天然高分子，通過共混工藝制備植物纖維/熱塑性 樹脂復(fù)合材料是有效地開發(fā)和利用這類可再生資源的新途徑。蘆葦是一種天然植物纖維， 具有產(chǎn)量高、對生長環(huán)境要求低、生長周期短的優(yōu)勢。纖維素是蘆葦?shù)闹饕煞?，由于其結(jié) 構(gòu)中存在大量的羥基導(dǎo)致蘆葦纖維具有強(qiáng)極性，使其與非極性樹脂（如PP、PE等）間的界 面潤濕性、界面粘合作用極差，導(dǎo)致未經(jīng)表面處理的植物纖維/熱塑性樹脂復(fù)合材料的機(jī) 械強(qiáng)度較低。為了獲得綜合性能優(yōu)異的復(fù)合材料，必須對纖維進(jìn)行改性。目前大部分蘆葦 改性都是在非均相的條件下進(jìn)行的，這不僅導(dǎo)致反應(yīng)只能在蘆葦表面進(jìn)行，而且還需要用 大量的化學(xué)試劑和溶劑，導(dǎo)致資源浪費(fèi)及環(huán)境污染。
[0003] 由于纖維素結(jié)構(gòu)中存在分子內(nèi)及分子間的氫鍵使其不熔融且不易溶解在一般有 機(jī)溶劑中。但近幾年有研究者發(fā)現(xiàn)，纖維素可以在離子液體中溶解，這為改善纖維素的溶解 性開辟了一個新途徑。離子液體是指在室溫或室溫附近溫度下呈現(xiàn)液態(tài)的、完全由陰陽離 子所組成的鹽，也稱為低溫熔融鹽。它一般由有機(jī)陽離子和無機(jī)陰離子組成，常見的陽離 子有季銨鹽離子、季鱗鹽離子、咪唑鹽離子和吡咯鹽離子等，陰離子有鹵素離子、四氟硼酸 根離子、六氟磷酸根離子等。與傳統(tǒng)有機(jī)溶劑和電解質(zhì)相比，離子液體具有一系列突出的優(yōu) 點(diǎn)，例如：離子液體無味、不燃、其蒸汽壓極低，因此可應(yīng)用在高真空體系中，同時可減少因 揮發(fā)而產(chǎn)生的環(huán)境污染問題；離子液體對有機(jī)和無機(jī)物都有良好的溶解能力，可使反應(yīng)在 均相條件下進(jìn)行，同時可減少設(shè)備體積；可操作溫度范圍寬（-40 - 300°C )，具有良好的熱 穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，易與其它物質(zhì)分離，可以循環(huán)利用。因此離子液體是傳統(tǒng)揮發(fā)性溶劑 的理想替代品，它有效地避免了傳統(tǒng)有機(jī)溶劑使用時所造成的環(huán)境、健康、安全以及設(shè)備腐 蝕等問題，是名副其實(shí)的綠色溶劑。
[0004] 為此，合成一種綠色環(huán)保、可循環(huán)使用的離子液體為溶劑，對蘆葦進(jìn)行均相改性以 提高其與非極性樹脂之間的相容性具有非常重要的理論意義與現(xiàn)實(shí)意義，這亦對開拓高性 能蘆葦復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域是很有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決現(xiàn)有技術(shù)中蘆葦與PE復(fù)合的材料機(jī)械強(qiáng)度低、加工性差的問題，本發(fā)明的 目的是提供一種用于改性蘆葦?shù)碾x子液體，該離子液體可以用于均相改性蘆葦，克服蘆葦 溶解性差的問題，提高蘆葦與PE復(fù)合材料的綜合性能。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種離子液體，該離子液體具有如式I所 示的結(jié)構(gòu)：
[0007]
[0008] 該離子液體是以N-乙烯基咪唑和2-氯乙醇為原料，按照摩爾比（1~I. 5) : 1合 成的1_乙烯基_3_輕乙基味唑氣。
[0009] 作為本發(fā)明一個優(yōu)選的實(shí)施例，N-乙烯基咪唑和2-氯乙醇的摩爾比為1.2:1。由 于該離子液體側(cè)鏈上同時連有羥基和不飽和鍵，而且其咪唑環(huán)存在C2空位，因此其對纖維 素的溶解能力較佳。
[0010] 上述離子液體采用以下方法制備：將N-乙烯基咪唑置于帶有攪拌裝置和氮?dú)獗?護(hù)的反應(yīng)器中，將反應(yīng)器置于90°C恒溫油浴中，在磁力攪拌下緩慢滴加2-氯乙醇，持續(xù)攪 拌4-10h后用乙醚洗滌，然后置于80~90°C真空干燥箱中真空干燥10~12h后得到咪唑 類離子液體1-乙烯基-3-羥乙基咪唑氯。
[0011] 本發(fā)明另一個目的是請求保護(hù)上述離子液體在蘆葦改性中的應(yīng)用。
[0012] 由于蘆葦結(jié)構(gòu)中存在著大量的分子內(nèi)及分子間氫鍵等作用力，分子極性較強(qiáng)，導(dǎo) 致在一般溶劑表面處理過程中分散性和溶解性都很差。本發(fā)明合成的離子液體均相改性方 法能更好地解決現(xiàn)有技術(shù)中蘆葦溶解性差和蘆葦與樹脂界面結(jié)合強(qiáng)度低等問題。
[0013] 本發(fā)明另一個方面請求保護(hù)用上述離子液體1-乙烯基-3-羥乙基咪唑氯對蘆葦 進(jìn)行均相改性，將均相改性蘆葦與PE復(fù)合，制備均相改性蘆葦增強(qiáng)PE復(fù)合材料。
[0014] 為達(dá)到更優(yōu)異的綜合性能，將均相改性蘆葦打碎干燥后與PE按質(zhì)量比20:80~ 30:70混合，采用雙輥開煉機(jī)在150~170°C下熔融混煉3~5min，混煉均勻后在壓力為 15MPa、溫度為160~180°C的平板硫化機(jī)中熱壓5min，得到均相改性蘆葦增強(qiáng)PE復(fù)合材 料。最優(yōu)選的，改性蘆葦與PE的質(zhì)量比為30:70。
[0015] 作為本發(fā)明一個優(yōu)選的實(shí)施例，所述的均相改性方法如下：將離子液體加入到三 口燒瓶中，在l〇〇°C恒溫油浴中磁力攪拌，分次加入粉末狀蘆葦，不斷攪拌將其溶解，配制成 質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的溶液，然后再加入乙酰氯，在N 2保護(hù)下加熱到80°C，攪拌6h后用甲醇沉淀 出白色產(chǎn)物，抽濾后用去離子水洗滌烘干，即得均相改性蘆葦，同時旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)溶液回收離子 液體。為達(dá)到最優(yōu)效果，每Imol乙酰氯添加IOg離子液體。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有以下突出特點(diǎn)：
[0017] 1、本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種新的離子液體，由N-乙烯基咪唑和2-氯乙醇一步合成了側(cè) 鏈同時帶有雙鍵和羥基的咪唑類離子液體，該離子液體有效降低了蘆葦?shù)谋砻鏄O性，提高 了蘆葦纖維的溶解能力。
[0018] 2、與傳統(tǒng)方法相比較，采用離子液體對蘆葦進(jìn)行均相改性的方法，具有反應(yīng)溶劑 環(huán)保、可循環(huán)使用的優(yōu)點(diǎn)；同時均相改性的方法改善了蘆葦與PE之間的相容性，制備的均 相改性蘆葦/PE復(fù)合材料不僅具有良好的力學(xué)性能，而且加工性能優(yōu)異。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明合成離子液體FTIR譜圖，采用KBr壓片方法進(jìn)行測試，對產(chǎn)物結(jié)構(gòu) 進(jìn)行表征；
[0020] 圖2是本發(fā)明合成離子液體1H-NMR譜圖，核磁共振譜儀測定產(chǎn)物1H-NMR，溶劑為 DMSO ；
[0021] 圖3是均相改性蘆葦和未改性蘆葦FTIR對比圖；圖中曲線A是未改性蘆葦?shù)腇TIR 譜圖，曲線B是均相改性蘆葦?shù)腇TIR譜圖；
[0022] 圖4是均相改性蘆葦/PE復(fù)合材料和未改性蘆葦/PE復(fù)合材料斷面SEM對比圖， 圖中（a)、（b)分別為未改性蘆葦/PE復(fù)合材料放大100倍和1000倍的斷面SEM圖，（c)、 (d)分別為均相改性蘆葦/PE復(fù)合材料放大100倍和1000倍的斷面SEM圖；
[0023] 圖5是回收離子液體與新合成離子液體FTIR對比圖，圖中曲線A是新合成離子液 體，曲線B是首次回收離子液體，曲線C是再次回收離子液體的FTIR譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 以下通過具體實(shí)施實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明描述的方法，但并不意味著本發(fā)明僅局 限于這些實(shí)例。本發(fā)明所述的PE為高密度聚乙烯與低密度聚乙烯按質(zhì)量比30 :70混合后 所得的聚乙烯。
[0025] 實(shí)施例1
[0026] 離子液體合成方法：將N-乙烯基咪唑（0. 60mol)加入到250ml四口燒瓶中，90°C 恒溫油浴，磁力攪拌，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下將2-氯乙醇（0.60mol)緩慢滴加到燒瓶中，隨著反應(yīng)的 進(jìn)行，溶液逐漸由無色變?yōu)榻瘘S色。持續(xù)攪拌IOh后用乙醚洗滌3次后，將合成的金黃色液 體置于80°C真空干燥箱中真空干燥12h后得到離子液體。
[0027] 均相改性蘆葦方法：將IOg離子液體加入到三口燒瓶中，100°C恒溫油浴，磁力攪 拌。分多次將粉末狀蘆葦加到三口燒瓶中，在不斷攪拌下逐漸溶解，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的 溶液。加入78. 5g乙酰氯，在N2保護(hù)下加熱到80°C，磁力攪拌至預(yù)定時間后用甲醇沉淀出 白色產(chǎn)物，抽濾并用去離子水洗滌后烘干備用，得到均相改性蘆葦。溶液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)干燥后回 收利用。
[0028] 均相改性蘆葦/PE復(fù)合材料制備方法：將均相改性蘆葦打碎干燥后與PE按質(zhì)量比 30:70稱量，采用雙輥開煉機(jī)在160°C下熔融混煉3min，混煉均勻后在壓力為15MPa、溫度為 170°C的平板硫化機(jī)中熱壓5min制板，得到均相改性蘆葦/PE復(fù)合材料。
[0029] 實(shí)施例2
[0030] 離子液體合成方法：將N-乙烯基咪唑（0. 60mol)加入到250ml四口燒瓶中，90°C 恒溫油浴，磁力攪拌，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下將2-氯乙醇（0.550mol)緩慢滴加到燒瓶中，隨著反應(yīng) 的進(jìn)行，溶液逐漸由無色變?yōu)榻瘘S