官能化聚烯烃改性塑木复合材料的研究

第41卷第4期化工新型材料Vol. 41 No. 42013年4月NEW CHEN ICAL MATERIALS●159●官能化聚烯烃改性塑木复合材料的研究赵秀渗向乾坤(武汉生物工程学院化学与环境工程系,武汉430415)摘要采用官能化的聚烯烃树脂代替传统的未改生的聚烯烃树脂,提高了基体树脂的流动性和树脂与木粉之间的界面粘结。从而增强了塑木复合材料的性能。结果表明该材料的性能指标可以通过调整官能化聚烯烃的种类(如PE.PP等)和含量而方便调节。关键词官能化聚烯烃,塑木复合材料,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塑木复合材料(WPC)是由天然纤维与合成树脂构成的复1.3.1木粉/PP 系列塑木材料实验配方合材料,是环保材料”。传统的提高植物纤维在树脂中分散实验样品编号及配方(2]见表1(为质量比)。性的方法是在共混前对植物纤维进行丝光处理或者使用耦联表1木粉/PP 系列实验配方表剂进行耦合。虽然这些方法可以一定程度上促进其与树脂的样品木粉/9PP/%FPP/%相容性,增加其分散度,从而提高塑木产品的力学性能,但是WPC-1-150455WPC-1-255存在操作复杂、生产成本提高等问题。针对这些问题,本研究WPC-1-315采用了提高树脂极性和加工流动性的方法,解决了植物纤维WPC-2-101与基体树脂之间的界面粘合问题，同时解决了植物纤维在加WPC-2-225工过程中的分散问题,而这一技术的关键就在于基体树脂的官能化。WPC-3-1WPC-3-21实验部分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)均为实验室自制;木粉(锯末):粒径0. 25 ~0.35mm,武汉市木材加工厂;WPC-0-1WPC-0-2PP. PE及其它加工助剂:市售。WPC-0-3.20_c1.2 主要设备与仪器高速混合机: SHR-50A,江苏贝尔机械有限公司;同向平1.3.2秸秆粉/PP 系列塑木材料实验配方行双螺杆造粒机组:SHJ-35型,广州华新科机械有限公司;冲实验样品编号及配方见表2(为质量比)。击试验机: HIT 50,德国Zwick/Roell集团;维卡热变形测试表2秸秆粉/PP 系列实验配方表仪:ZWK1000,MTS工业系统(中国)有限公司;扫描电子显微秸秆粉(SP)/%P/%镜(SEM)(XL-30 FEG型):荷兰Philips公司。1.3实验配方及过程SPP-1-26530实验过程:高速混料- +熔融挤出造粒→压板-性能测试。SPP-1-3基金项目:武汉市科研项目(2010093)作者简介;赵秀琴(1979- ),女,硕士,讲师.主要从事复合材料研究。.●160●化工新型材料第41卷其他组实验配方数据变化趋势如表1,其中各种助剂(包从图可看出,当有增容剂官能化聚烯烃存在时,材料的冲括抗氧剂、稳定剂润滑剂等)占树脂总量的3wt%,材料的加击强度随填料的含量增加而增加,同时,在填料含量相同的情工温度为185~ 190C。况下,材料的冲击强度随增容剂含量的增加而增加。这一结1.3.3PE系列塑木材料实验配方果说明官能化聚烯烃在塑木材料中的重要作用。比较聚乙烯在上述PP系列塑木材料的制备过程中,由于PP的熔体基和聚丙烯基塑木材料的整体冲击强度值可以发现，前者的强度较低,产品难以发泡,尽管材料的力学性能表现较好,但平均冲击强度要优于后者,这种现象的形成有两个原因,其一材料的密度与实际木材有较大差距，而且随木粉含量的增加，是聚乙烯较聚丙烯有更好的冲击韧性,其二是聚乙烯基材料这种差距会逐步增大(见后文)。为此,我们在制备PE系列塑内部的泡孔结构使得材料的冲击韧性大幅度提高。冲击韧性木材料时,主要注重其发泡性能的研究。为了简便起见,表3的提高可以极大地拓宽塑木材料的使用范围。只列出秸秆粉/PE塑木材料的具体配方。2.3 板材吸水厚度膨胀率测定3秸秆粉/PE系列实验配方表塑木板材吸水厚度膨胀率的测定参照国标GB/T 17657-样品秸秆粉(SP)/%_ PE/% FPE/%_ 发泡剂/wt%_1999。测量工作在30min内完成。SPE-1-14552(表5不同塑木板材的吸水厚 度膨胀率(厚度4mm)SPE-1-23020吸水厚度膨胀率%SPE-1-315WPC-2-1SPE-2-1401WPC-2-2SPE-2-2251C2CSPP-2-1SPF-2-310SPP-2-2●按树脂含量计算wt%WPC-0-1WPC-0-22其中,官能化聚乙烯(FPE)为自制,除发泡剂外，其他助剂SPE2-14. ;(如成核剂、交联剂、润滑剂和分散剂等)为树脂含量的15wt%。挤出温度为140~145C ,发泡温度为185C。从表可看出,当塑木材料中没有增容剂存在时,由于树2结果与讨论脂与填料之间的界面相互作用弱,水很容易浸人填料中而使得材料吸水膨胀,此时其吸水厚度膨胀很大,与普通的密度板2.1 密度材料的密度参照国标GB/T 17657-1999测得,结果如表4差别不大。但是,在加人增容剂的体系中，板材的吸水厚度膨胀迅速减小,这是由于基体树脂与填料界面强度的增加所致。所示。从吸水膨胀的结果看,发泡材料的吸水膨胀率要略低于未发表4不同塑木材料的密 度泡材料,这是由于部分水分进人泡孔结构所致,但是这种趋势密度/(g/cm2)并不明显。因为此时材料的总吸水率也会相应增加。0.8图3为加入增容剂前后的材料断面扫描电镜图。从图可看到,对于加入增容剂[53的体系,其基体树脂与填料的界面结0. 93合紧密,而且填料分散较均匀;而对于未加增容剂的体系,材0.5料的界面不好,存在间隙。0. 562.4塑木板材的握螺钉力塑木板材的握钉力的测定参照国标GB/T 17657-1999.从表4可看出,当聚乙烯塑木材料经过发泡过程以后,其表6不同塑木板材的握钉力密度较聚丙烯塑木材料有明显下降,基本接近木材的密度。握钉力N2.2缺口 冲击韧性[3]垂直板面1320材料的缺口冲击性能参照国标GB/T 17657-1999测定。平行板面1100材料的缺口冲击强度比较见图1和图2。153511209851241精杆畅未含就900图1木粉/PP 系列塑木图2 秸秆粉/PE 塑木系列1165样品缺口冲击强度比较第4期赵秀琴等:官能化聚烯经改性塑木复合材料的研究●161●709 150 12.588 sern ND25WPC-2-1WPC-0-1图3增容剂的加入对基体与填料界面的影响图4发泡样品的泡孔结构图从表6可发现,对于发泡的塑木板材而言,其握钉力要小参考文献于未发泡的塑木板材。这是由于板材中的泡孔结构(如图4)[1] Hai Hongiang, Pascal Kamdem D. Development of poly( viny可以使得材料整体变得酥松所致。但是对于发泡材料(60]而chloride)/ wood composites. A literature review[J]. Journal of言,虽然其对于螺纹钉的握钉力稍小,其对射钉的吃钉效果要Vinyl &Additive Technology , 2004,10(2):59-69.大大好于未发泡材料，因为其中的泡孔结构可以吸收入钉以[2]危学兵,孟正华,许丽，等.内外饰用聚丙烯材料配方对性能的影响规律研究[J].塑料工业,2011,39(9):20-23.后的体积膨胀。[3]李思远 .杨伟，史炜,等.木粉/聚丙烯复合材料力学性能及结晶行为研究[J].塑料工业2005.33(5):146- 147.3结论[4]吴清鹤,李永鸿,孔萍 ，等.增容剂对再生聚丙烯/木粉复合材料性能的影响[].工程塑料应用，2006.35(1):26-29.增容剂官能化聚烯烃存在时,材料的冲击强度随填料的[5]揣成智,李树，蔺艳，等.聚丙烯/接枝木纤维复合材料相容性及含量增加而增加,板材的吸水厚度膨胀迅速减小,若进-步进性能的研究[].中国塑料200145):23-28.行发泡处理后材料性能更加改善。制备的各种塑木复合材[6] 王鑫,齐暑华,吴波，等. PVC/WF复合发泡材料的研究[J].现料,主要机械性能完全达到或超过同类密度板或刨花板的国代塑料加工应用,2011,23(I);12-15.家标准,完全可以起到替代以上产品的作用。收稿日期:2012-04-09(上接第158页)快速上升,当脱脂剂浓度达到1.5%时,其对炮弹表面保护脂的脱脂率达到100%。这主要是因为，脱脂剂脱脂时,其内部通过实验确定炮弹表面脱脂高效水基脱脂剂的最佳配方表面活性剂的浓度必须大于临界胶東浓度,脱脂剂才具有较为:SDBS 2g/L,OP-10 1g/L, TX-10 2g/L, 6501 3g/L, 偏硅酸强的去污能力,且在一定范围内，脱脂效果会随脱脂剂的浓度钠3g/L,碳酸钠2g/L.该脱脂剂最佳脱脂工艺条件为:采用提高不断提高8。通过本实验可以确定,在本实验条件下,脱喷淋脱脂,喷淋压力0. 1MPa,喷淋温度40C ,喷淋时间3min。为进一步确定该脱脂剂实际使用性能,在弹药维修脱脂脂剂浓度在1. 5%以上使用，可以有很好的脱脂效果。线进行了放大试验。结果表明:该水基脱脂剂对炮弹保护脂具有优良的脱脂效果,是- -种清洗性、防锈性好,对金属无腐蚀的高效水基脱脂剂，完全可以满足炮弹维修涂装前炮弹表面保护脂的清洗要求。005↑1322334[1]李金桂.清洗剂、除锈剂与防锈剂[M].北京:化学工业出版社，图2脱脂剂浓度对图3脱脂时间对2011:94-95.脱脂效果的影响[2] 樊新民,李景.金属清洗剂的应用[J].材料保护2003,7(9>.56-57.[3]陈洁.高效水基金属清洗剂的研制[J].腐蚀与防护，2001,2.5脱脂时间对 脱脂效果的影响(12):546-547.脱脂时间也是影响脱脂剂脱脂效果的重要因素。本实验[4]李学刚.阴、阳离子混合表面活性剂的表面活性[J].日用化学工业,1997,(3):12-15.研究了在20C和40C实验温度下,脱脂时间与脱脂率的关[5]魏铭,朱焱.无磷水基金属清洗剂的研制[J].材料保护.2007，系。实验条件:喷淋时间3min,喷淋压力0.1MPa,脱脂剂浓(4):30-32.度1.5%。实验结果如图3所示。[6]张天胜.表面活性剂应用技术[M].北京:化学工业出版社，从图3可以看出,脱脂温度不同,脱脂率达到100%的脱2001,45-50.脂时间也不同,温度越高,所需的脱脂时间就越短。延长脱脂[7] 沈继洲,李新立.环保无磷水基锌件脱脂剂研究[J].材料保护，2004,5(3):27-30. ，时间，脱脂率会不断提高,最终可以使炮弹表面完全脱脂。[8]傅乐峰,寿建平,等.高效水基金属脱脂剂的研究[J].表面技通过本实验可以确定,在本实验条件下,喷淋温度40°C术,2001,(7):12-15.时,最佳脱脂时间为3min。收稿日期:2012-04-08