硬脂酸异氰酸酯摩尔比对聚丙烯木粉复合材料性能的影响.pdf

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1、第3O卷第l0期应用化学Vo1．30Iss．102013年10月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRY0ct．2013硬脂酸／异氰酸酯摩尔比对聚丙烯／木粉复合材料性能的影响朱德钦生瑜苏晓芬邹寅将(福建省高分子材料重点实验室，福建师范大学材料科学与工程学院福州350007)摘要用甲苯-2，4-二异氰酸酯(TDI)和硬脂酸(SA)复合改性木粉，在双螺杆挤出机中制备了聚丙烯(PP)基的木塑复合材料(WPC)，研究了SA／TDI摩尔比对木粉表面性能、复合材料力学性能和加工性能的影响。结果表明，随着SA／

2、TDI摩尔比的增大，改性木粉的表面张力逐渐减小，与PP的界面张力先减小后增大；与未改性的WPC相比，SA／TDI复合改性剂对WPC的拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度影响不明显，但对无缺口冲击强度提升较大；当SA／TDI摩尔比为1．07时，复合材料的无缺口冲击强度和熔体质量流动速率分别达到9．74kJ／m和13．12g／10min，分别比未改性WPC提高了77％和22％。关键词木塑复合材料，甲苯二异氰酸酯，硬脂酸，表面性能，力学性能中图分类号：0632文献标识码：A文章编号：1000-0518(2013)10-1107-0

3、7D0I：10．3724／SP．J．1095．2013．30038木塑复合材料(WPC)是指以植物纤维(木粉、竹粉、秸秆、稻壳等)和塑料为基本原料，添加相应的助剂，经过一定的成型方法制得的一类复合材料。木塑复合材料具有美观、成本低、防虫、防腐、易于加工(如可锯、刨、铆)以及可回收利用等特点1-2]，已广泛应用于门窗、地板、栅栏材料、舰船材料、汽车内饰件、包装和物流用组合托盘等领域引。其中以聚丙烯(PP)树脂和木粉共混生产的木塑板材发展尤为迅速引。由于木粉表面含有大量的醇羟基和酚羟基，易形成分子间或分子内氢键，使木纤维具有

4、较强极性和吸水性；而作为基体的热塑性聚合物大多数是非极性或者弱极性，具有疏水性，二者之间的极性相差很大，复合时木粉在聚合物基体中的分散性不佳，易发生团聚，界面咬合力较弱。当材料受到外力作用时，应力在界面处不能得到有效传递，容易发生界面脱粘而使材料遭到破坏。因此，提高植物纤维与聚合物间的界面相容性一直是木塑复合材料研究的热点课题。甲苯．2，4一二异氰酸酯(TDI)含有高活性的异氰酸酯基，极易与木粉表面羟基反应而化学键合到木粉表面，可用于改善木粉与基体树脂的相容性和界面粘结力。Deng_1用TDI改性大豆渣，研究了其填充聚己

5、内酯复合材料的力学性能和生物降解性能。Joseph12]将TDI与腰果酚的反应产物用作LDPE／~0麻复合材料的相容剂，研究其对材料拉伸强度的影响。前文¨曾报道单独用质量分数为0．4％的TDI改性木粉，可以提高PP基木塑复合材料的力学性能。但TDI具有的平面刚性分子结构，使TDI上的2个异氰酸酯基很难全部与木粉表面上的羟基发生反应。因对位的异氰酸酯基较邻位的活性大¨，在多数情况下对位的异氰酸酯基先与木粉表面羟基反应，剩下的邻位异氰酸酯基则难以与木粉上的羟基进一步发生反应，而易与空气中或木粉中吸附的水分反应，生成具有极性的

6、氨基，虽然其极性较羟基弱，但仍可形成氢键致使木粉团聚。因此，单独加入TDI改性效果较为有限。为此，本文在前文基础上，加入适量的硬脂酸(sA)，期望sA中所含羧基能与暴露在木粉外层的邻位异氰酸酯基反应，以进一步降低改性木粉的极性，从而减少改性木粉的团聚；并且期望sA的引入能有利于增强改性后木粉与基体树脂之间的分子缠绕作用。这种复合改性方法目前尚未见报道。2013~1．15收稿，2013~3-28修回福建省科技厅重大资助项目(2012Y4002)；福建省科技厅重点资助项目(2008Y0036)；福建省自然科学基金资助项目(2

7、010J01276)通讯联系人：朱德钦，教授；Tel：0591~3448956；Fax：0591—83464353；E—mail：zhudeqin@163．com；研究方向：聚合物基复合材料应用化学第30卷1实验部分1．1试剂和仪器木粉(woodflour，WF，福建省闽侯华峰材料有限公司)，粒径0．037mm。Z30S型聚丙烯(PP，中国石化海南炼油化工有限公司)，工业级，熔融指数为25．0g／10rain，等规指数94％，密度0．90g／cm。甲苯-2，4二异氰酸酯(TDI，上海试剂一厂)，分析纯。硬脂酸(sA，黄岩

8、六通塑胶有限公司)，化学纯。液体石蜡(广东光华化学有限公司)，化学纯。乙二醇(防化学院实验化工厂)，分析纯。苯胺和丙酮(均自中国上海试剂总厂)，分析纯。SHR-25A型高速混合机(张家港市轻工机械厂)；TE一34型双螺杆挤出机(南京科亚挤出机设备有限公司)；GJ型切粒机(上海高桥塑料机械厂)；JN55．E型注塑成型机