木塑复合材料偶联剂研究进展

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1、木塑复合材料偶联剂研究进展来源:中国化工信息网2008年8月7日木塑复合材料(WPC)是以聚烯烃及其共聚物为热塑性塑料，以木粉、植物纤维、植物种壳、纸浆等作为增强材料，将两者混合，经挤压法、注射法、压制法等成型方法所制成的复合材料。WPC具有密度低、成本低、吸水性小、耐腐蚀、使用寿命长、尺寸稳定性好、可生物降解等特点。WPC的生产原料可以是各种可回收利用的废旧塑料、废木料及农作物的剩余物，它有助于减少塑料废弃物和农业废弃物焚烧带来的环境污染。因此，WPC是一种生态洁净的复合材料和新型绿色环保产品，受到了人们强烈的关注，应用的领域也越来越广

2、。要制备出性能优良的WPC，主要需要解决三个问题：1)木纤维与树脂基体间的相容性，因为木纤维中含有大量的羟基，具有很强的亲水性，而树脂大多具有疏水性，二者相容性差；2)木纤维在树脂基体中的分散性，由于羟基间易形成氢键，木纤维之间的作用力很强，导致木纤维在树脂基体中的分散性不好；3)填料和高分子材料的降解性，加工成型时填料易降解变色，同时高分子材料也会热降解。解决这些问题的关键是找到使木塑两相相容的方法。应用在WPC上的方法分为物理和化学方法。物理方法包括加热烘干、蒸汽喷发、碱或酸处理法、有机溶剂法、表面放电处理法等，这些方法使用起来容易，

3、但效果不好。化学方法包括相容剂法、表面接枝法、偶联剂法、乙酰化公理法等，化学方法实质上就是对木质进行酯化、醚化或接枝共聚。这些方法所用的剂量小，效果好。其中偶联剂法是一种比较行之有效的方法，它具有用量少，实用且高效等优点。WPC偶联剂分为有机、无机和有机/无机杂合偶联剂。有机偶联剂包括有机硅烷、异氰酸酯、钛酸酯、铝酸酯、马来酸酐、酰胺、环氧化物、亚油酸、丙烯酸酯等，无机偶联剂相对较少，如硅酸盐。最常用的是有机硅烷、钛酸酯、异氰酸酯、马来酸酐及经马来酸酐改性的聚合物。偶联剂的应用就目前而言，每种偶联剂的应用范围都有一定的局限。偶联剂性能的好

4、坏是由多个因素决定的，如偶联剂自身、树脂基体、填料、加工工艺等，选择何种偶联剂，应视具体的条件而定。1.1偶联剂的影响偶联剂是影响复合材料性能的最重要的因素。加入的偶联剂的类型、浓度及偶联剂分子中的官能团、链结构等都会影响WPC的性能。Lu等研究了七种不同的偶联剂及其浓度对木纤维/高密度聚乙烯(HDPE)复合材料的影响，这七种偶联剂分为两大类，一类为氧化高密度聚乙烯、氧化低密度聚乙烯和纯聚乙烯；另一类为用马来酸酐改性的LDPE、HDPE、LLDPE、PP，其官能团、相对分子质量、链结构、酸值都不一样。结果表明，复合材料的弹性模量随加入偶联

5、剂的浓度的增加先增大而后减小，在3%处达到最大值；酸值、相对分子质量、浓度是三个最主要的影响因素；偶联剂的分子骨架结构也能影响木塑界面结合力。在相同或相近的酸值和相对分子质量的条件下，将偶联剂马来酸酐改性的聚乙烯(MAPE)分别加入到LLDPE、LDPE、HDPE中，LLDPE的性能更优异一些，而LDPE和HDPE之间的性能没有明显的差异。Li等以丙烯酸和马来酸酐为单聚体，PE和PP为基体树脂形成偶联剂，然后考察了这四种偶联剂对复合材料性能的影响。结果表明，改进型的偶联剂与单聚物和基体树脂都有重要的关系。马来酸酐改性的聚烯烃要优于丙烯酸改

6、性的聚烯烃，且MAPE的性能要比MAPP更优异。Teemu等以马来酸酐改性的聚丙烯(MAPP)为偶联剂研究了胶纤维/聚丙烯复合材料的力学性能，结果发现偶联剂的浓度是最重要的影响因素。偶联剂用量太少，不能完全包覆木纤维，难以形成偶联剂分子层，起不到偶联的作用；用量过大，则偶联剂剩余，在木纤维表面覆盖过多的偶联剂分子，形成多分子层，易造成填料与基体之间的界面结构不均匀，且偶联剂中未反应的其它基团也会产生不良作用。Lu等利用FFIR和ESCA分析手段证实了在木塑界面处形成了类似丁二酸酯的共价键，因此，木纤维/HDPE的偶联剂机理就是在界面处形成

7、了MAPP，此外，通过SEM观察到木塑界面的形态类似于纸风车模型。1.2基体的影响用于WPC的基体塑料包括非极性的聚烯烃(如PE、PP)等和含有极性基团的聚烯烃(如PVC、PS、ABS)等，同一种偶联剂对这两类聚烯烃作用的结果差异很大。许民等选择四种热塑性聚合物PP、PS、PE、ABS，马来酸酐/过氧化二异丙苯的混合物(MA/DCP)或异氰酸酯作为偶联剂，考察了各种复合材料的性能。结果表明，在加人MA/DCP条件下，PP复合材料的内结合强度明显高于其他塑料的内结合强度。而对于异氰酸酯，ABS的内结合强度最高，并且在加入异氰酸酷条件下的内结

8、合强度明显高于加入MA/DCP条件下的内结合强度。这是因为PP中含有的氢键最多，在引发剂作用下，PP与马来酸酐发生更多的接枝反应，然后再以酯化和氢键的方式与木纤维结合，而异氰酸酯不仅与木纤维上