相容剂PE-g-MAH在木塑界面改性中的应用研究文献综述

 2022-07-17 14:53:38

文献综述

1.研究目的及意义

木塑复合材料(Wood-Plastic Composites,缩写为WPC)在美国材料试验协会标准(ASTM)中给出的定义 是:“一种主要由木材或纤维素为基础材料与塑料(也可以是多种塑料)制成的复合材料”[1]。木塑复合材料既能充分发挥材料中各组分的优点,又能克服因木材强度低、变异性大以及有机材料的低弹性模量等使用缺陷造成的使用局限性,并能改进材料的力学性能和加工性能,降低成本并扩大其应用范围,提高材料的附加值。由于其兼具木材和塑料的优点,使得木塑复合材料及其制品具有一系列独特的优良性质,既有木材美观的质感和可以二次加工,又有塑料的耐久性和可重复加工性能。木塑复合材料广泛利用农林废弃物(如废弃木材、农作物秸秆等)有利于保护森林资源,还可以将产生环境污染的废旧塑料充分利用起来,很好地解决了使用塑料产品废弃后所带来的一系列社会和生态问题[2]

提高植物纤维与聚合物基体间的相容性是木塑复合材料 ( WPC) 获得较好力学性能的关键因素。最常见通过添加辅助剂来改善木塑复合材料的相容性,而相容剂又称为增容剂、高分子偶联剂,它可以增大界面层厚度,帮助木纤维在塑料基体中分散,并增加植物纤维与塑料基体间的化学黏结性,提高两种物质的相容性,进而提高木塑复合材料的力学性能。而最常用的相容剂是PE-g-MAH马来酸酐接枝聚烯烃。马来酸酐接枝弹性体因其具有极性基团马来酸酐,能够与木粉的羟基反应生成酯而使木粉与聚合物基体相容性增强,同时弹性体能够增韧聚合物基体,既可以作为增韧剂又起到了增容剂的作用。通过不同的界面改性方法,对于增强木纤维与聚合物基体的相互作用, 开发高性能木塑复合材料具有一定的实际意义。

2.木塑复合材料的发展及研究现状

随着木塑行业在我国的发展,人们逐渐意识到木塑行业用废旧塑料作原料是解决废塑料再回收利用的一个有效途径.木塑复合材料是:“一种主要由木材或纤维素为基础材料与塑料(也可以是多种塑料)制成的复合材料”,木塑复合材料具有优于木材和塑料的多种力学性能。木塑制品的尺寸稳定性较好,吸水性低,不会像木材那样产生翘曲、开裂等现象。由于木塑制品中所加的基体是热塑性塑料,所以在耐腐蚀和耐酸碱性等方面有着不可比拟的优势,它的使用年限也比较长。使用过的废旧木塑复合制品又可以做为新的填料加入新的木塑制品当中,其性能不会发生太大的改变。木塑制品中所用的木粉往往是木材制备过程中产生的下脚料木屑、锯末以及一些植物纤维类物质如花生壳、椰子壳、甘蔗、亚麻、黄麻、大麻等,在原材料问题上木塑复合材料所需要的纤维的价格要、远远低于木材原材料的价格。对于塑料而言,由于木粉的加入,其力学性能有了很大的提高,如耐磨方面相对于塑料而言平均提高35%左右[3],同时木塑复合制品还具有塑料易加工等特点。

2.1国内外研究现状

为了拓宽木塑复合材料的应用领域,S. Migneault等、D. Alvarez-Valencia等、N. Ayrilmis等研究了木材种类、木粉添加量、木粉粒径对木塑复合材料性能的影响。S.Migneault 等和D.Alvarez-Valencia等的研究表明,就木材种类而言,不同种类的木材其中含有的成分各不相同。木材的各个成分在木塑复合材料中发挥的作用是不同的。纤维素 可以提高木塑复合材料的力学性能,但不利于木塑制品的耐候性和热稳定性;半纤维素对整个木塑制品的性能呈副作用;木质素可以提高木塑制品的热稳定性和耐候性,但是会降低耐紫外光老化性能;抽提物不利于木粉在塑料基体中的分散。热带地区木材中的纤维素含量比较高,而亚热带地区的树种含木质素稍微多一些[4]

由于木塑复合材料原料广泛、价格低廉、环境友好,因而在国外常用于家居制品、公共型材、车辆船舶、公共运输等领域,目前形成了一定的市场规模。北美是目前木塑复合材料应用广泛的地区,早在2010年始,北美木塑复合材料的年使用增长率就高达10%[5]。北美年产量万吨以上的大型木塑企业约为100多家,其木塑复合材料制品多为深色 实心地板,广泛应用的领用有铺板、车内装饰等[6]。日本由于其地理位置的特殊性,隶属于地震多发地带,故而更倾向于质轻、防水的木塑复合材料。M.Kiguchi 等对木塑材料的衔接方式、制品结构、防水性能进行了深入探讨,目前可以通过结构、衔接等方面以满足日本等特殊地理位置对木塑材料的应用问题。其在建筑、施工以及汽车等领域的市场潜力不断增加,受到越来越多的关注[7]。木塑复合材料由于其耐水性、力学性能、使用寿命普遍高于木制品,因而目前在日本的使用程度非常可观。其制品多用于房屋建设、水产养殖设施等。

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