文献综述
2019 年 2 月 28 日
- 研究的目的及意义
木塑复合材料(Wood Plastic Composites,简称WPC)是用木纤维､木粉等木质材料经过预处理与热塑性树脂或其他塑性材料复合制成的一种新型材料,该材料能够有效地发挥材料中各组成材料的优势,弥补每一种材料的自身缺陷[1-2],但树脂与木粉的复合,由于极性､易吸水的木粉和非极性､疏水的树脂基体相容性比较差,木塑复合材料的韧性､冲击强度等力学性能有所降低,限制了其在部分领域的使用｡解决这一类问题的关键在于对木塑复合材料界面相容性的改进研究｡偶联剂是目前改性效果最好､应用最多的一种方法｡
偶联剂是指能改善填料与高分子材料之间界面特性的一类物质,一端含有功能基团(羟基､羧基､羰基､氨基等),可与纤维中的亲水基团起化学反应,另一端可溶解或扩散于塑料基体中｡这样偶联剂就在纤维和塑料基体间起桥梁作用,从而改善界面性能,提高界面黏结[3]｡而钛酸酯偶联剂可以将无机填料与有机聚合物基质两种不同性质的物质,通过化学偶联作用结合起来,对有机-无机复合材料界面有显著的改性作用,通常被用于改善无机填料与有机聚合物之间的粘接性,以及增强复合材料的性能[4]｡
2.国内外同类研究概况
从历史上说,人造板的出现,标志着木塑复合材料的诞生,诸如胶合板､刨花板以及纤维板等,随后出现了木材层积塑料､塑化胶合板和胶合木等｡不过,由于木材资源的逐渐短缺,加上人类环保意识的苏醒,对于资源回收,特别是材料资源的回收利用引起了重视｡20世纪70年代末､80年代初国外就有将木材与废旧塑料进行复合而生产复合材料的历史｡诸如:日本阿特隆公司于1980年就有了专利并在世界推广;美国Teddy. V. Smith利用废旧的热塑性树脂与木粉混合制成墙镶板等｡我国在这方面的研究工作较晚,基本上是近十几年才开始｡东北林业大学李坚教授于1993年对塑合木的特点和此前国内外塑合木的研究状况做了全面介绍,同时也对塑合木的性能及其用途做了系统的概括;中国林科院王恺研究员对木粉-塑料复合模压用材也进行了深入介绍[5]｡
偶联剂是多官能团的有机化合物,一端可溶解或扩散到界面区的树脂中;另一端可与亲水基团形成键结合,提高填料与基体间的界面粘合性,从而提高复合材料的性能[6]｡偶联剂在木塑复合材料改性的分类有三种:无机､有机､无机-有机杂化｡其中,有机偶联剂绝大多数使用异氰酸盐(R-NCO),丙烯酸盐,有机酸盐[7]｡有机-无机杂化的偶联剂有钛酸酯类,铝酸酯类及硅烷类[Y(CH2)nSi(OR)3][8-10]｡无机偶联剂中只有少数用于木塑复合材料的制备｡如硅酸盐[11]､锆酸盐｡
钛酸酯偶联剂按其结构大致可分为四类:单烷氧基型､单烷氧基焦磷酸酯型､整合型和配位体型｡亚磷酰氧基可提供抗氧､耐燃性能等,其中OX-可以使钛酸酯兼具偶联和其他特殊性能;Rrsquo;-是长碳键烷烃基,较柔软,能与有机聚合物进行缠结弯曲,使有机物和无机物的相容性得到改善,提高材料的抗冲击强度;Y是羟基､氨基､环氧基或含双键的基团等,这些基团连接在钛酸酯分子的末端,可以与有机物进行化学反应而结合在一起｡应用在塑料行业,可使填料得到活化处理,从而提高填充量,减少树脂用量,降低制品成本,同时改善加工性能,增加了制品光泽,提高了质量｡
LiQingxiu[12]等研究了偶联剂种类及基础树脂种类对HDPE/木粉复合材料的拉伸性能､弯曲性能的影响｡实验结果表明:随着偶联剂的加入HDPE/木粉复合材料的弯曲强度､拉伸强度有显著提高,功能性单体种类和基础树脂种类对复合材料的力学性能都有影响;马来酸酐要比丙稀酸增容效果好,马来酸酐接枝聚乙烯(MA-PE)要比马来酸酐接枝聚丙烯(MA-PP)增容效果更加明显｡
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