木塑复合材料界面改性工艺及性能研究
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作者: 陈泽宇 张琦
【摘要】木塑复合材料是一种用途广泛的新型材料，由聚合物基体和木纤维（木粉、竹粉、稻壳、秸秆等）按一定比例加工而成。作为一种高性能、高附加值、绿色环保的新型材料，木塑复合材料成为近年来的研究热点。本文就木塑符合材料的界面改性工艺及性能进行了综述，并对木塑复合材料界面改性的发展前景发表了自己的看法。
【关键词】木塑复合材料；界面改性；工艺；性能
1.前言
木塑复合材料又被称作生物质一塑料复合材料，顾名思义，是生物质和塑料通过复合的方式形成的具有新性能的材料。木塑复合材料综合性能非常好，力学强度和抗冲击强度更高。与塑料相比，热伸缩性较低，与木材相比，耐水和耐潮湿性能更加优秀，并且在许多性能上具备了木材和塑料的双重加工性能。木塑复合材料的界面改性一般有两种渠道，改性木纤维或添加界面改性剂。本文就木塑符合材料的界面改性工艺及性能进行了综述，并对木塑符合材料界面改性的发展进行了合理展望。
2.木塑复合材料界面改性研究进展
2.1添加相容剂界面改性
相容剂分子是一类双亲分子，无论是非极性的聚烯烃高聚物，还是极性木质原料分子，都能够很好的相容。通常，相容剂分子与极性分子能够形成偶极-偶极作用力或者氢键等，从而提高二者之间的结合力。添加相容剂界面改性有利于对于提高木质纤维在聚烯烃树脂中的分散性有很大的帮助，能够有效的改善两相界面状态，降低界面能，提高界面强度，从而对木塑复合材料的力学性能有很好的改善。一般常用的相容剂有丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、乙烯-丙烯酸酯树脂和马来酸酐接枝聚烯烃等。王宝云等人利用马来酸酐接枝聚乙烯、氯化聚乙烯以及聚丙烯酸酯作为改性剂，对PVC/PE共混体系以及其木塑符合材料的基本性能进行了讨论，结果表明材料的综合性能得到大幅度的提高，其中聚丙烯酸酯能够使复合材料储能模量增大。
2.2添加偶联剂界面改性
偶联剂是一种能够改善材料界面性能的一种塑料添加剂。通常偶联剂由两部分构成，一部分具有与植物纤维反应形成化学键，降低纤维表面的羟基数量和极性的性能，另一部分具有与基体产生化学反应形成氢键，令植物纤维和基体树脂牢固的偶联的性能。偶联剂在改善植物纤维和聚合物间的界面作用上效果显著。常见的偶联剂有硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、异氰酸酯偶联剂等。宋永明等人利用六种不同的硅烷偶联剂对木粉进行的处理，深入研究生其对WPC的微观形貌及力学性能的影响，取得了一定的研究成果。结果表明，六种偶联剂都能够有效的提高WPC的性能，其中硅烷A-171效果更好，非常值得进一步研究和推广。
2.3表面活性剂界面改性
表面活性剂具有改变物质表面性能的作用。通过降低植物纤维和聚合物基体的表面活性，能够很好的促进二者的结合。常见的表面活性剂有硬脂酸、油酸、十一烯碳酸等。表面活性剂分子具有特殊的两性结构，其疏水烷基链能与聚烯烃分子相容，而另一端的亲水羧基，能够与植物纤维表面的羟基反应生成酯键进行结合，这样就对植物纤维表面进行了全面覆盖，从而提高了其在聚合物基体中的分散性能。除此之外，表面活性剂还能够起到一定的润滑作用，从而降低了熔体的黏度，提高了复合材料的加工性能，使得加工过程更加平稳。
2.4碱处理法界面改性
碱处理法是一种传统的纤维处理方法，在天然纤维的表面处理方面有很广泛的应用。一般碱处理法中常选用低浓度的氢氧化钠作为碱处理剂。通过将木质填料进行碱化处理，能够有效的去除木质填充物表面的杂志，从而形成较为粗糙的形貌。另外，碱处理之后还能够有效的去除植物纤维中部分果胶、木质素、半纤维素等强度较低的组分，从而使得植物纤维形成许多空腔，有利于树脂基体形成互锁结构，有效的提高了纤维素的拉伸强度。除此之外，氢氧化钠与纤维中部分羟基反应后，能够有效的改善纤维的极性和吸水性。
2.5酯化处理界面改性
酯化处理对木塑复合材料进行界面改性也比较常见。常用的酯化处理剂有乙酸、邻苯二甲酸酐、马来酸酐等等。经过酯化之后的纤维素、半纤维素等的表面会形成具有弱极性的酯键，从而在很大程度上降低了植物纤维的极性，改善了其余塑料基体的相容性能。酯化处理后的材料具有很好的冲击韧性，同时酯化处理还能够提高材料的拉伸和弯曲强度。周箭等人通过利用聚葵二酸干和聚壬二酸酐对聚乙烯/木粉复合材料进行了界面改性，并且对其界面性质进行了研究，结果表明聚壬二酸酐效果比聚葵二酸干更为明显，改性后拉伸和冲击强度都有了非常显著的提高。
3.展望
木塑复合材料是我国“十二五”规划中提出要大力支持的新兴环保材料，不仅生产成本不高，还能够回收利用，因此必将代替那些对环境有很大危害的材料。在今后的研究中，将有以下研究方向：1）开发新型相容剂或偶联剂等添加剂，为改善木塑符合材料界面性能提供更多更好的选择。2）制备纳米级木质材料，之后再与高聚物进行复合，从而制备纳米性木塑复合材料，研发更多的性能。3）采用非极性的易与塑料高聚物相容的增强基制备复合材料；4）采用纤维或织物等连接性较完整的物质增强树脂制备复合材料。
相信随着科学技术的进一步发展，新型的高性能木塑复合材料将会不断的进入市场当中，创造更高的经济价值和社会价值。
参考文献
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