官能化聚烯烴改性塑木復合材料的研究

第41卷第4期化工新型材料Vol. 41 No. 42013年4月NEW CHEN ICAL MATERIALS●159●官能化聚烯烴改性塑木復合材料的研究趙秀滲向乾坤(武漢生物工程學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程系,武漢430415)摘要采用官能化的聚烯烴樹(shù)脂代替傳統的未改生的聚烯烴樹(shù)脂,提高了基體樹(shù)脂的流動(dòng)性和樹(shù)脂與木粉之間的界面粘結。從而增強了塑木復合材料的性能。結果表明該材料的性能指標可以通過(guò)調整官能化聚烯烴的種類(lèi)(如PE.PP等)和含量而方便調節。關(guān)鍵詞官能化聚烯烴,塑木復合材料,改性Research of function:alized polyolefin modifiedplastic wood composite materialsZhao Xiuqir Xiang Qiankun(Department of Chemistry and Environmeng Engineering, Wuhan Bioengineering Institute , Wuhan 430415 )Abstract Using functionalized polyolefin resin ins ead of the conventional unmodified polyolefin resin, while impro-ving the fluidity of matrix resin and the adhesion at the in erface between resin and wood flour ，thereby enhancing the per-formance of wood piastic composites. The results showed that the properties of the material can be conveniently adjusted byregulation of functionalized polyolefin species ( such as PI, PP etc. )and content.Key words functionalized polyolefin, wood plastic composite,modification塑木復合材料(WPC)是由天然纖維與合成樹(shù)脂構成的復1.3.1木粉/PP 系列塑木材料實(shí)驗配方合材料,是環(huán)保材料”。傳統的提高植物纖維在樹(shù)脂中分散實(shí)驗樣品編號及配方(2]見(jiàn)表1(為質(zhì)量比)。性的方法是在共混前對植物纖維進(jìn)行絲光處理或者使用耦聯(lián)表1木粉/PP 系列實(shí)驗配方表劑進(jìn)行耦合。雖然這些方法可以一定程度上促進(jìn)其與樹(shù)脂的樣品木粉/9PP/%FPP/%相容性,增加其分散度,從而提高塑木產(chǎn)品的力學(xué)性能,但是WPC-1-150455WPC-1-255存在操作復雜、生產(chǎn)成本提高等問(wèn)題。針對這些問(wèn)題,本研究WPC-1-315采用了提高樹(shù)脂極性和加工流動(dòng)性的方法,解決了植物纖維WPC-2-101與基體樹(shù)脂之間的界面粘合問(wèn)題，同時(shí)解決了植物纖維在加WPC-2-225工過(guò)程中的分散問(wèn)題,而這一技術(shù)的關(guān)鍵就在于基體樹(shù)脂的官能化。WPC-3-1WPC-3-21實(shí)驗部分2.WPC-4-1101.1 主要原材料WPC-4-2官能化聚丙烯(FPP)、官能化聚乙烯(FPE)均為實(shí)驗室自制;木粉(鋸末):粒徑0. 25 ~0.35mm,武漢市木材加工廠(chǎng);WPC-0-1WPC-0-2PP. PE及其它加工助劑:市售。WPC-0-3.20_c1.2 主要設備與儀器高速混合機: SHR-50A,江蘇貝爾機械有限公司;同向平1.3.2秸稈粉/PP 系列塑木材料實(shí)驗配方行雙螺桿造粒機組:SHJ-35型,廣州華新科機械有限公司;沖實(shí)驗樣品編號及配方見(jiàn)表2(為質(zhì)量比)。擊試驗機: HIT 50,德國Zwick/Roell集團;維卡熱變形測試表2秸稈粉/PP 系列實(shí)驗配方表儀:ZWK1000,MTS工業(yè)系統(中國)有限公司;掃描電子顯微秸稈粉(SP)/%P/%鏡(SEM)(XL-30 FEG型):荷蘭Philips公司。1.3實(shí)驗配方及過(guò)程SPP-1-26530實(shí)驗過(guò)程:高速混料- +熔融擠出造?！鷫喊?性能測試。SPP-1-3基金項目:武漢市科研項目(2010093)作者簡(jiǎn)介;趙秀琴(1979- ),女,碩士,講師.主要從事復合材料研究。.●160●化工新型材料第41卷其他組實(shí)驗配方數據變化趨勢如表1,其中各種助劑(包從圖可看出,當有增容劑官能化聚烯烴存在時(shí),材料的沖括抗氧劑、穩定劑潤滑劑等)占樹(shù)脂總量的3wt%,材料的加擊強度隨填料的含量增加而增加,同時(shí),在填料含量相同的情工溫度為185~ 190C。況下,材料的沖擊強度隨增容劑含量的增加而增加。這一結1.3.3PE系列塑木材料實(shí)驗配方果說(shuō)明官能化聚烯烴在塑木材料中的重要作用。比較聚乙烯在上述PP系列塑木材料的制備過(guò)程中,由于PP的熔體基和聚丙烯基塑木材料的整體沖擊強度值可以發(fā)現，前者的強度較低,產(chǎn)品難以發(fā)泡,盡管材料的力學(xué)性能表現較好,但平均沖擊強度要優(yōu)于后者,這種現象的形成有兩個(gè)原因,其一材料的密度與實(shí)際木材有較大差距，而且隨木粉含量的增加，是聚乙烯較聚丙烯有更好的沖擊韌性,其二是聚乙烯基材料這種差距會(huì )逐步增大(見(jiàn)后文)。為此,我們在制備PE系列塑內部的泡孔結構使得材料的沖擊韌性大幅度提高。沖擊韌性木材料時(shí),主要注重其發(fā)泡性能的研究。為了簡(jiǎn)便起見(jiàn),表3的提高可以極大地拓寬塑木材料的使用范圍。只列出秸稈粉/PE塑木材料的具體配方。2.3 板材吸水厚度膨脹率測定3秸稈粉/PE系列實(shí)驗配方表塑木板材吸水厚度膨脹率的測定參照國標GB/T 17657-樣品秸稈粉(SP)/%_ PE/% FPE/%_ 發(fā)泡劑/wt%_1999。測量工作在30min內完成。SPE-1-14552(表5不同塑木板材的吸水厚 度膨脹率(厚度4mm)SPE-1-23020吸水厚度膨脹率%SPE-1-315WPC-2-1SPE-2-1401WPC-2-2SPE-2-2251C2CSPP-2-1SPF-2-310SPP-2-2●按樹(shù)脂含量計算wt%WPC-0-1WPC-0-22其中,官能化聚乙烯(FPE)為自制,除發(fā)泡劑外，其他助劑SPE2-14. ;(如成核劑、交聯(lián)劑、潤滑劑和分散劑等)為樹(shù)脂含量的15wt%。擠出溫度為140~145C ,發(fā)泡溫度為185C。從表可看出,當塑木材料中沒(méi)有增容劑存在時(shí),由于樹(shù)2結果與討論脂與填料之間的界面相互作用弱,水很容易浸人填料中而使得材料吸水膨脹,此時(shí)其吸水厚度膨脹很大,與普通的密度板2.1 密度材料的密度參照國標GB/T 17657-1999測得,結果如表4差別不大。但是,在加人增容劑的體系中，板材的吸水厚度膨脹迅速減小,這是由于基體樹(shù)脂與填料界面強度的增加所致。所示。從吸水膨脹的結果看,發(fā)泡材料的吸水膨脹率要略低于未發(fā)表4不同塑木材料的密 度泡材料,這是由于部分水分進(jìn)人泡孔結構所致,但是這種趨勢密度/(g/cm2)并不明顯。因為此時(shí)材料的總吸水率也會(huì )相應增加。0.8圖3為加入增容劑前后的材料斷面掃描電鏡圖。從圖可看到,對于加入增容劑[53的體系,其基體樹(shù)脂與填料的界面結0. 93合緊密,而且填料分散較均勻;而對于未加增容劑的體系,材0.5料的界面不好,存在間隙。0. 562.4塑木板材的握螺釘力塑木板材的握釘力的測定參照國標GB/T 17657-1999.從表4可看出,當聚乙烯塑木材料經(jīng)過(guò)發(fā)泡過(guò)程以后,其表6不同塑木板材的握釘力密度較聚丙烯塑木材料有明顯下降,基本接近木材的密度。握釘力N2.2缺口 沖擊韌性[3]垂直板面1320材料的缺口沖擊性能參照國標GB/T 17657-1999測定。平行板面1100材料的缺口沖擊強度比較見(jiàn)圖1和圖2。153511209851241精桿暢未含就900圖1木粉/PP 系列塑木圖2 秸稈粉/PE 塑木系列1165樣品缺口沖擊強度比較第4期趙秀琴等:官能化聚烯經(jīng)改性塑木復合材料的研究●161●709 150 12.588 sern ND25WPC-2-1WPC-0-1圖3增容劑的加入對基體與填料界面的影響圖4發(fā)泡樣品的泡孔結構圖從表6可發(fā)現,對于發(fā)泡的塑木板材而言,其握釘力要小參考文獻于未發(fā)泡的塑木板材。這是由于板材中的泡孔結構(如圖4)[1] Hai Hongiang, Pascal Kamdem D. Development of poly( viny可以使得材料整體變得酥松所致。但是對于發(fā)泡材料(60]而chloride)/ wood composites. A literature review[J]. Journal of言,雖然其對于螺紋釘的握釘力稍小,其對射釘的吃釘效果要Vinyl &Additive Technology , 2004,10(2):59-69.大大好于未發(fā)泡材料，因為其中的泡孔結構可以吸收入釘以[2]危學(xué)兵,孟正華,許麗，等.內外飾用聚丙烯材料配方對性能的影響規律研究[J].塑料工業(yè),2011,39(9):20-23.后的體積膨脹。[3]李思遠 .楊偉，史煒,等.木粉/聚丙烯復合材料力學(xué)性能及結晶行為研究[J].塑料工業(yè)2005.33(5):146- 147.3結論[4]吳清鶴,李永鴻,孔萍 ，等.增容劑對再生聚丙烯/木粉復合材料性能的影響[].工程塑料應用，2006.35(1):26-29.增容劑官能化聚烯烴存在時(shí),材料的沖擊強度隨填料的[5]揣成智,李樹(shù)，藺艷，等.聚丙烯/接枝木纖維復合材料相容性及含量增加而增加,板材的吸水厚度膨脹迅速減小,若進(jìn)-步進(jìn)性能的研究[].中國塑料200145):23-28.行發(fā)泡處理后材料性能更加改善。制備的各種塑木復合材[6] 王鑫,齊暑華,吳波，等. PVC/WF復合發(fā)泡材料的研究[J].現料,主要機械性能完全達到或超過(guò)同類(lèi)密度板或刨花板的國代塑料加工應用,2011,23(I);12-15.家標準,完全可以起到替代以上產(chǎn)品的作用。收稿日期:2012-04-09(上接第158頁(yè))快速上升,當脫脂劑濃度達到1.5%時(shí),其對炮彈表面保護脂的脫脂率達到100%。這主要是因為，脫脂劑脫脂時(shí),其內部通過(guò)實(shí)驗確定炮彈表面脫脂高效水基脫脂劑的最佳配方表面活性劑的濃度必須大于臨界膠東濃度,脫脂劑才具有較為:SDBS 2g/L,OP-10 1g/L, TX-10 2g/L, 6501 3g/L, 偏硅酸強的去污能力,且在一定范圍內，脫脂效果會(huì )隨脫脂劑的濃度鈉3g/L,碳酸鈉2g/L.該脫脂劑最佳脫脂工藝條件為:采用提高不斷提高8。通過(guò)本實(shí)驗可以確定,在本實(shí)驗條件下,脫噴淋脫脂,噴淋壓力0. 1MPa,噴淋溫度40C ,噴淋時(shí)間3min。為進(jìn)一步確定該脫脂劑實(shí)際使用性能,在彈藥維修脫脂脂劑濃度在1. 5%以上使用，可以有很好的脫脂效果。線(xiàn)進(jìn)行了放大試驗。結果表明:該水基脫脂劑對炮彈保護脂具有優(yōu)良的脫脂效果,是- -種清洗性、防銹性好,對金屬無(wú)腐蝕的高效水基脫脂劑，完全可以滿(mǎn)足炮彈維修涂裝前炮彈表面保護脂的清洗要求。005↑1322334[1]李金桂.清洗劑、除銹劑與防銹劑[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，圖2脫脂劑濃度對圖3脫脂時(shí)間對2011:94-95.脫脂效果的影響[2] 樊新民,李景.金屬清洗劑的應用[J].材料保護2003,7(9>.56-57.[3]陳潔.高效水基金屬清洗劑的研制[J].腐蝕與防護，2001,2.5脫脂時(shí)間對 脫脂效果的影響(12):546-547.脫脂時(shí)間也是影響脫脂劑脫脂效果的重要因素。本實(shí)驗[4]李學(xué)剛.陰、陽(yáng)離子混合表面活性劑的表面活性[J].日用化學(xué)工業(yè),1997,(3):12-15.研究了在20C和40C實(shí)驗溫度下,脫脂時(shí)間與脫脂率的關(guān)[5]魏銘,朱焱.無(wú)磷水基金屬清洗劑的研制[J].材料保護.2007，系。實(shí)驗條件:噴淋時(shí)間3min,噴淋壓力0.1MPa,脫脂劑濃(4):30-32.度1.5%。實(shí)驗結果如圖3所示。[6]張天勝.表面活性劑應用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，從圖3可以看出,脫脂溫度不同,脫脂率達到100%的脫2001,45-50.脂時(shí)間也不同,溫度越高,所需的脫脂時(shí)間就越短。延長(cháng)脫脂[7] 沈繼洲,李新立.環(huán)保無(wú)磷水基鋅件脫脂劑研究[J].材料保護，2004,5(3):27-30. ，時(shí)間，脫脂率會(huì )不斷提高,最終可以使炮彈表面完全脫脂。[8]傅樂(lè )峰,壽建平,等.高效水基金屬脫脂劑的研究[J].表面技通過(guò)本實(shí)驗可以確定,在本實(shí)驗條件下,噴淋溫度40°C術(shù),2001,(7):12-15.時(shí),最佳脫脂時(shí)間為3min。收稿日期:2012-04-08