对木粉不同的处理方法对木塑产品性能的影响.doc

不同的处理剂处理木粉对木塑产品性能的影响林建国、唐龙祥、何晓军（安徽国风木塑科技有限公司）摘要：本文研究了木塑复合材料中木粉的表面处理剂的机理，以及选择不同的表面处理剂对木塑复合材料的流变性能和力学性能的影响。关键词：木塑复合材料、表面处理剂、流动性The Effect of Different Treatment of Wood Power on The Properties of Wood/Plastics CompositesLin Jianguo 、Tang Longxiang、He Xiaojun(Anhui Guofeng Wood/Plastics composites Co. Ltd.)Abstract:In this article, the treatment mechanism of surfacants and the effect of different surfacants on the rheological and mechanical properties of wood/plastics composites were stuided. Keywords:Wood/Plastics Composites, Surfacant, Rheological Properties， Mechanical Properties 一、 前言木塑复合材料(WPC)是一种新型的绿色环保复合材料，是将聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物(ABS)、聚氯乙烯(PVC)等的回收料与加工处理过的废旧木材、锯末、木材枝杈、稻壳、农作物秸秆、花生壳等以一定比例，添加特制助剂，经高温高压处理后制成结构型材。它可以直接挤出或热压成制品，也可先制成型材再装配成产品，如托盘或包装箱等。木塑新型复合材料既具有木纤维或植物纤维的高强度和高弹性，又具有聚合物基体的高韧性和耐疲劳等优点，是一种既似木材又优于木材的新型复合材料。木塑复合材料可制成各种截面形状和尺寸的制品，而且使用维修简单，可锯、可刨、可钉，既保留了木材在加工性能方面的优势，又克服了木材不耐用、怕虫蛀腐蚀的缺点1；而且木塑复合材料98的原料为废旧材料，原料充足、价格低廉，是一种性能优良、经济环保的新材料，具有广阔的应用领域和发展前景。木纤维表面有大量的极性官能团，在木塑复合材料制备过程中，亲水性的木纤维与憎水性的聚合物基体之间，有着比较大的界面能差，两者界面很难充分融合；而且木材表面存在许多的羟基，易于形成氢键聚集，导致木纤维在聚合物不能分散均匀，这些木纤维团聚体在外力作用下容易导致应力集中，使得复合材料的机械物理性能下降。因此木纤维与聚合物基体的粘接状况是影响复合材料性能的关键因素，界面粘接强度决定了复合材料的强度。我们一般对木纤维进行表面改性处理来提高界面粘接强度。二、表面处理剂的选择 表面处理剂主要是通过化学反应减少木纤维表面的羟基数目，在木粉/聚合物之间建立物理和化学交联。通过在木粉表面形成一层憎水性薄膜从而提高其与聚合物的相容性和促进木粉的分散。目前常用的方法有润滑剂法、偶联剂法、超分散剂法、相容剂法2等方法。润滑剂法常用的润滑剂有硬脂酸(HSt)、白油等，主要通过与木粉混合，均匀地覆盖在木粉表面，从而提高其与聚合物基体的粘接。偶联剂法采用偶联剂提高无机填料、无机纤维与基体树脂之间的相容性，同时也可改善木粉与聚合物之间的界面状况。硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂是应用最广泛的两类偶联剂。超分散剂由多种偶联剂复合而成，是多组份、多结构形态的产品，可以满足多方面的综合要求；且具有优异的偶联性能和分散性能，可以应用于各类无机填料的包覆、改性、活化，防止粒子团聚，可以提高制品的抗冲击强度，增加填充量，改善加工流动性能。通过比较选择，我们分别采用以上三种方法对木粉进行表面处理，选用的表面处理剂为硬脂酸(HSt，上海延安油脂厂)、白油（工业用15#）、钛酸酯偶联剂（南京曙光化工厂）、超分散剂（常州亚邦亚宇助剂有限公司）。三、试验部分1、试验原料木粉：细度60目，普通的硬木（槐树、杨树等）PE料：白色娃哈哈饮料瓶破碎挤出的粒子，融体指数为0.603g/min（190，2.16kg条件下数据）表面处理剂：硬脂酸(HSt，上海延安油脂厂)、白油（工业用15#）、钛酸酯偶联剂（南京曙光化工厂）、超分散剂（常州亚邦材料厂）聚乙烯蜡、硬脂酸锌：上海延安油脂厂相溶剂：马来酸酐接枝聚丙烯，上海日之升新材料有限公司其它材料（如滑石粉等）：市售2、试验设备混料设备：高速混合、冷却机组（张家港白熊机械厂）造粒、挤出设备：锥形双螺杆挤出机（上海金纬挤出机公司）检测设备：Brabender流变仪、融体流动速率仪（吉林大学科教仪器厂）、电子万能试验机（深圳市新三思计量技术有限公司）、简支梁冲击实验机（承德市金建检测仪器有限公司）3、性能测试拉伸性能：按GB/T1040-92在室温下进行测试，拉伸速度为5mm/min；冲击性能：试样为无缺口冲击，制得的样条经过24小时的时效处理后，按GB/T1043-93进行测试；加工流变性能：在Brabender扭矩流变仪上进行测试（取造好的粒子做流变试验），温度170，转子转速30r/min，加料量56g,流变承压力10kg。4、工艺流程 木 粉 高速混合 PE粒料 高速混合 冷却造粒 挤出 表面处理剂 各种助剂 切割 定型四、结果与分析 试验中为了保证木粉的干燥度，首先将木粉在高速混合机中高速混合约15分钟，经过检测此时木粉的水分在2.8%以下。由于试验中木粉的含量都在50%以上，为了防止物料熔体强度的降低和木粉在料筒中因停留时间较长而烧焦，在配方中加入了一定量的润滑剂和相容剂。同时为了使木粉在混合料中均匀分散和易于塑化，先用双螺杆挤出机将混合料挤出成型切成粒料，再通过双螺杆挤出机二次熔融塑化，连续挤出成型材。1、木粉不同的处理方法对木塑复合材料流变性能的影响物料的成型一般都在熔融流动状态下进行，因此加工的物料要求有一定的流动性。流动性过小，挤出成型困难；流动性过大，则产生的挤出压力过小，制品强度不足且成型不完整。整个物料体系的流变性对挤出加工过程和制品的力学性能有着较大的影响。由于木粉的加入，会使物料的流动性变差，对木粉进行表面处理的主要作用就是在提高木粉与聚乙烯基体粘接强度的同时提高物料的流动性。表1列出了试验物料的流变特征参数。表1：木粉不同的处理方法对木塑复合材料流变性能的影响 试验号平衡时间平衡扭矩1#（HSt，白油处理）160（S）18.1（N.m）2#（钛酸酯偶联剂处理）156（S）16.5（N.m）3#（超分散剂处理）128（S）12.5（N.m） 平衡时间反映了物料熔化的快慢，即塑化时间的长短，平衡时间小，表明塑化时间短，容易塑化；平衡扭矩反映了熔融物料表观粘度的大小，即物料的流动性能，平衡扭矩小，表明流动性好3。由表1可以看出，使用超分散剂处理木粉后,其物料容易塑化且流动性好,容易成型加工；使用HSt和白油处理木粉后,其物料塑化时间延长且流动性差,成型加工困难；使用钛酸酯偶联剂处理木粉后,其物料成型加工性能处于1#试验料和3#试验料之间。 2、木粉不同的处理方法对木塑复合材料力学性能的影响通过对试验挤出的木塑制品进行性能测试，以下四张图说明使用不同的处理剂处理木粉后，挤出的木塑复合材料的物理力学性能。五、结论1、HSt和白油、钛酸酯偶联剂、超分散剂这三种处理剂都能改善木粉与PE树脂的相容性，提高木塑材料的加工性能。2、钛酸酯偶联剂、超分散剂这两种处理剂处理木粉后，挤出的木塑材料的物理力学性能比HSt和白油处理木粉后的木塑材料的物理力学性能略有增加（其中冲击强度略有降低）。3、用超分散剂处理后的木塑材料的加工性能最好，钛酸酯偶联剂次之，HSt和白油最差。这表明偶联剂处理木粉能够获得良好的加工性能；同时，超分散剂由多种偶联剂复合而成，是多组份、多结构形态的产品，表明对木粉进行处理时需要综合使用多种偶联剂才能达到最佳的加工性能。参考文