木塑復(fù)合材料界面改性工藝及性能研究

【摘要】木塑復(fù)合材料是一種用途廣泛的新型材料，由聚合物基體和木纖維（木粉、竹粉、稻殼、秸稈等）按一定比例加工而成。作為一種高性能、高附加值、綠色環(huán)保的新型材料，木塑復(fù)合材料成為近年來的研究熱點(diǎn)。本文就木塑符合材料的界面改性工藝及性能進(jìn)行了綜述，并對(duì)木塑復(fù)合材料界面改性的發(fā)展前景發(fā)表了自己的看法。

【關(guān)鍵詞】木塑復(fù)合材料；界面改性；工藝；性能

1.前言

木塑復(fù)合材料又被稱作生物質(zhì)一塑料復(fù)合材料，顧名思義，是生物質(zhì)和塑料通過復(fù)合的方式形成的具有新性能的材料。木塑復(fù)合材料綜合性能非常好，力學(xué)強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度更高。與塑料相比，熱伸縮性較低，與木材相比，耐水和耐潮濕性能更加優(yōu)秀，并且在許多性能上具備了木材和塑料的雙重加工性能。木塑復(fù)合材料的界面改性一般有兩種渠道，改性木纖維或添加界面改性劑。本文就木塑符合材料的界面改性工藝及性能進(jìn)行了綜述，并對(duì)木塑符合材料界面改性的發(fā)展進(jìn)行了合理展望。

2.木塑復(fù)合材料界面改性研究進(jìn)展

2.1添加相容劑界面改性

相容劑分子是一類雙親分子，無論是非極性的聚烯烴高聚物，還是極性木質(zhì)原料分子，都能夠很好的相容。通常，相容劑分子與極性分子能夠形成偶極-偶極作用力或者氫鍵等，從而提高二者之間的結(jié)合力。添加相容劑界面改性有利于對(duì)于提高木質(zhì)纖維在聚烯烴樹脂中的分散性有很大的幫助，能夠有效的改善兩相界面狀態(tài)，降低界面能，提高界面強(qiáng)度，從而對(duì)木塑復(fù)合材料的力學(xué)性能有很好的改善。一般常用的相容劑有丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂、乙烯-丙烯酸酯樹脂和馬來酸酐接枝聚烯烴等。王寶云等人利用馬來酸酐接枝聚乙烯、氯化聚乙烯以及聚丙烯酸酯作為改性劑，對(duì)PVC/PE共混體系以及其木塑符合材料的基本性能進(jìn)行了討論，結(jié)果表明材料的綜合性能得到大幅度的提高，其中聚丙烯酸酯能夠使復(fù)合材料儲(chǔ)能模量增大。

2.2添加偶聯(lián)劑界面改性

偶聯(lián)劑是一種能夠改善材料界面性能的一種塑料添加劑。通常偶聯(lián)劑由兩部分構(gòu)成，一部分具有與植物纖維反應(yīng)形成化學(xué)鍵，降低纖維表面的羥基數(shù)量和極性的性能，另一部分具有與基體產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)形成氫鍵，令植物纖維和基體樹脂牢固的偶聯(lián)的性能。偶聯(lián)劑在改善植物纖維和聚合物間的界面作用上效果顯著。常見的偶聯(lián)劑有硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、異氰酸酯偶聯(lián)劑等。宋永明等人利用六種不同的硅烷偶聯(lián)劑對(duì)木粉進(jìn)行的處理，深入研究生其對(duì)WPC的微觀形貌及力學(xué)性能的影響，取得了一定的研究成果。結(jié)果表明，六種偶聯(lián)劑都能夠有效的提高WPC的性能，其中硅烷A-171效果更好，非常值得進(jìn)一步研究和推廣。

2.3表面活性劑界面改性

表面活性劑具有改變物質(zhì)表面性能的作用。通過降低植物纖維和聚合物基體的表面活性，能夠很好的促進(jìn)二者的結(jié)合。常見的表面活性劑有硬脂酸、油酸、十一烯碳酸等。表面活性劑分子具有特殊的兩性結(jié)構(gòu)，其疏水烷基鏈能與聚烯烴分子相容，而另一端的親水羧基，能夠與植物纖維表面的羥基反應(yīng)生成酯鍵進(jìn)行結(jié)合，這樣就對(duì)植物纖維表面進(jìn)行了全面覆蓋，從而提高了其在聚合物基體中的分散性能。除此之外，表面活性劑還能夠起到一定的潤(rùn)滑作用，從而降低了熔體的黏度，提高了復(fù)合材料的加工性能，使得加工過程更加平穩(wěn)。

2.4堿處理法界面改性

堿處理法是一種傳統(tǒng)的纖維處理方法，在天然纖維的表面處理方面有很廣泛的應(yīng)用。一般堿處理法中常選用低濃度的氫氧化鈉作為堿處理劑。通過將木質(zhì)填料進(jìn)行堿化處理，能夠有效的去除木質(zhì)填充物表面的雜志，從而形成較為粗糙的形貌。另外，堿處理之后還能夠有效的去除植物纖維中部分果膠、木質(zhì)素、半纖維素等強(qiáng)度較低的組分，從而使得植物纖維形成許多空腔，有利于樹脂基體形成互鎖結(jié)構(gòu)，有效的提高了纖維素的拉伸強(qiáng)度。除此之外，氫氧化鈉與纖維中部分羥基反應(yīng)后，能夠有效的改善纖維的極性和吸水性。

2.5酯化處理界面改性

酯化處理對(duì)木塑復(fù)合材料進(jìn)行界面改性也比較常見。常用的酯化處理劑有乙酸、鄰苯二甲酸酐、馬來酸酐等等。經(jīng)過酯化之后的纖維素、半纖維素等的表面會(huì)形成具有弱極性的酯鍵，從而在很大程度上降低了植物纖維的極性，改善了其余塑料基體的相容性能。酯化處理后的材料具有很好的沖擊韌性，同時(shí)酯化處理還能夠提高材料的拉伸和彎曲強(qiáng)度。周箭等人通過利用聚葵二酸干和聚壬二酸酐對(duì)聚乙烯/木粉復(fù)合材料進(jìn)行了界面改性，并且對(duì)其界面性質(zhì)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明聚壬二酸酐效果比聚葵二酸干更為明顯，改性后拉伸和沖擊強(qiáng)度都有了非常顯著的提高。

3.展望

木塑復(fù)合材料是我國(guó)“十二五”規(guī)劃中提出要大力支持的新興環(huán)保材料，不僅生產(chǎn)成本不高，還能夠回收利用，因此必將代替那些對(duì)環(huán)境有很大危害的材料。在今后的研究中，將有以下研究方向：1）開發(fā)新型相容劑或偶聯(lián)劑等添加劑，為改善木塑符合材料界面性能提供更多更好的選擇。2）制備納米級(jí)木質(zhì)材料，之后再與高聚物進(jìn)行復(fù)合，從而制備納米性木塑復(fù)合材料，研發(fā)更多的性能。3）采用非極性的易與塑料高聚物相容的增強(qiáng)基制備復(fù)合材料；4）采用纖維或織物等連接性較完整的物質(zhì)增強(qiáng)樹脂制備復(fù)合材料。

相信隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，新型的高性能木塑復(fù)合材料將會(huì)不斷的進(jìn)入市場(chǎng)當(dāng)中，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]才智.異氰酸酯偶聯(lián)劑對(duì)木塑復(fù)合材料的影響[J].泰山醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，29（8）：564～567

[2]岑蘭，陳福林，陳廣漢.偶聯(lián)劑對(duì)木/塑復(fù)合材料性能的影響[J].木材工業(yè)，2008，22（3）：16～19

[3]李凱夫，戴東花，謝雪甜等.偶聯(lián)劑對(duì)木塑復(fù)合材料界面相容性的影響[J].林產(chǎn)工業(yè)，2005，32（3）：24～26