偶联剂的性能

偶联剂的定义

偶联剂亦称相溶剂,可以改善树脂和木粉相间结构,增强界面相容性,降低界面张力,提高两者之间黏合力。

偶联剂（赛诺）

2 偶联剂的性能

　通常加入偶联剂提高树脂和木粉的界面结合力,同时起到部分防老化降解的作用。偶联剂和植物纤维能形成共价键来改变与树脂界面黏合性,使两者表面间产生较强的界面结合,提高植物纤维与树脂的相容性及分散性,且降低植物纤维的吸水性,明显提高复合材料的力学性能、尺寸稳定性和产品使用寿命。若偶联剂用量不当对材料力学性能影响也很大。用量少时对植物纤维表面包覆不完全,发挥不了改善界面相容性效果,而且对植物纤维表面易反映的羟基官能团消耗不够,材料易吸湿变形; 为了获得厚度均匀的板材,将模唇间隙调节成中间较小、两边较大。 若植物纤维覆盖过多相溶剂,形成多分子层,会造成植物纤维和树脂之间界面结构不均匀性,且相溶剂的力学性能一般都弱于塑料基体,又会导致材料力学性能下降。

3 塑木复合材料改性技术

　塑木复合材料改性技术包含:木粉偶联处理、木粉品种、粒度选择和配比、PVC/塑木复合低发泡等项内容;

3.1木粉偶联处理

　木粉偶联处理好坏对木塑复合材料发泡性能有重要影响,目前国内木粉纤维偶联处理大致有物理和化学两种方法;

(1)物理处理法

　物理处理不改变纤维的化学成分,但改变纤维的结构和表面性能,从而改善纤维与基体聚合物的物理粘合。

　热处理能够去除植物纤维吸附的水分和低沸点物质,但不能去除大部分的果胶,木质素及半纤维素。由于植物纤维各成分热膨胀系数的差别和水分等物资的挥发,使纤维产生空洞和缺陷,导致木纤维拉伸强度,弹性模量和韧性随热处理温度升高而下降;碱处理不改变纤维素的化学结构,但植物纤维素中的果胶,木质素及半纤维等低分子杂质能被碱溶解,表面变粗糙,在不使用相溶剂情况下,塑料基质和木粉的相容性差,较高的表面粗糙度会使复合材料截面处理更易形成空洞缺陷,从而使复合材料力学性能下降。使用相溶剂可以改善塑料和木粉的相容性,提高复合材料的拉伸强度和冲击强度。先将木粉在不同温度干燥,然后用丙酮萃取大部分挥发物,发现去除挥发物后有更好的泡孔状态。

(2)化学方法

　　化学改性通过改变木粉或PVC表面的化学结构,改善其极性,提高纤维素在基体中的分散性,增强纤维与基体树脂的界面结合强度。目前国内木粉处理大多采用化学处理方法。常用的主要有以下几种方法:

　　① 铝酸酯偶联剂处理,以提高树脂和木粉之间的界面结合力,提高PVC塑木发泡板材拉伸强度和冲击强度,用丙烯酸丁酯预聚物处理以改善熔体流动性。

　　② 用表面接枝甲基丙烯酸甲酯方法处理木纤维,用硝酸柿胺作引发剂在木纤维表面羟基处形成自由基。与甲级丙酸甲酯发生反应,形成接枝物,可增强与PVC树脂的界面粘合性。

　　③ 用氨基硅烷处理过的木纤维具有很强的碱性和供电子能力,而PVC经与氨基硅烷处理后具有更强的酸性,使PVC与木粉界面发生化学反应,有效提高了PVC树脂和木粉的界面粘合性。

　　④ 用钛酸酯偶联剂,油酸烯胺,聚氨酯预聚物三种表面改性剂对木粉处理,PVC/木粉的力学性能均有不同程度提高;聚氨酯预聚物对木粉表面处理,还能明显提高复合体系的流变性能。 我国塑木行业早期使用硅烷偶联剂较多,但是由于硅烷偶联剂大多数为液态,在木粉中较难分散和预处理,同时在加工过程中也容易受到木粉中所含水分的影响而发生分解,所以目前行业中主要使用马来酸酐接枝的PE、PP相溶剂作为塑木复合材料的偶联剂。马来酸酐接枝聚烯烃在提高塑木复合材料性能的同时,还会降低其吸水性能,改善塑木复合材料的户外使用性能。

(4）偶联剂的添加剂量

　　有学者分别采用铝酸酯和钛酸酯对PVC/木粉复合材料进行改性试验发现后者比前者效果要好得多。钛酸酯一般添加量为树脂的1.5%,复合材料综合性能较佳。

　　其他常用的化学处理方法有多异氰酸甲基多苯脂,甲基丙酸甲酯,马来酸纤等。

　　多种木粉表面处理方法相结合,利用组分之间的协同作用,往往可以获得更好的界面性能。用适当质量分数的NAOH溶液浸泡木粉,再用硅烷偶联剂处理木粉。碱溶液清除了木粉表面油脂和灰分,降低了木粉的亲水性,提高了木粉的疏松程度,使硅烷偶联剂更容易与木粉中的羟基发生反应,界面性能比只用硅烷偶联剂处理木粉更好。

　　其他常用的化学处理方法有多异氰酸甲基多苯脂,甲基丙酸甲酯,马来酸纤等。

　　偶联剂的最佳用量和塑料基体品种、木粉和相溶剂品种有关。由于PVC的极性比PP、PE大,少量的相容剂也能够提高基体与木质材料的界面粘合。

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