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随着人们对资源、环境意识的提高,已经认识到资源节约、环境保护是人类能够进行可持续发展必须遵循的原则,是科学发展观的必然要求。用植物纤维填充改性塑料受到世界各国的重视,该技术符合资源节约、环境保护的理念。植物纤维来源丰富、价格低廉,其密度比所有无机纤维小,而模量和拉伸强度与无机纤维相近,植物纤维填充改性塑料加工时能耗少,对加工设备的损耗小,有利于加工过程中能源的节约。将植物纤维填充到塑料中可在一定程度上实现塑料的可降解性,能够减少塑料的大量使用给环境带来的压力,同时为改善人们的生产、生活提供一种全新的材料。

木粉与废旧塑料复合材料的开发与研究不但可以提供充分利用自然资源的机会,而且也可以减轻由于废旧塑料而引起的环境污染,因此,这种塑木复合材料是一种节约能源、保护环境的绿色环保材料。其应用范围也很广,主要应用在建材、汽车工业、货物的包装运输、装饰材料及日常生活用具等方面,有广阔的发展前景。木粉作为塑料的一种有机填料,具有许多其他的无机填料所无法比拟的优良性能:来源广泛、价格低廉、密度低、绝缘性好、对加工设备磨损小。但它并没有像无机填料那样得到广泛应用,原因主要有与基体树脂的相容性差、在熔融的热塑性塑料中分散效果差、流动性差、挤出成型加工困难等。

植物纤维填充改性塑料发展趋势

随着塑木技术的不断发展和环保需求的日益提高,塑木技术已由单一组分的废旧塑料和木粉共混合生产塑木制品,向多组分废旧塑料和木粉共混合生产塑木制品过渡,这样多组分的废旧塑料间的相容性就变得十分重要。

改善植物纤维填料分子与基体树脂分子的相容性

由于木粉中主要成分是纤维素,纤维素中含大量的羟基,这些羟基形成分子间氢键或分子内氢键,使木粉具有吸水性,吸湿率可达8%~12%,且极性很强;而热塑性塑料多数为非极性的,具有疏水性,所以两者之间的相容性较差,界面的粘结力很小。使用适当的添加剂来改性聚合物—木粉表面,可以提高木粉与树脂之间的界面亲和能力,且改性的木粉填料具有增强的性质,能够很好地传递填料与树脂之间的应力,从而达到增强复合材料强度的作用。因此,要得到性能优良、符合条件的塑木复合材料,首先要解决的是材料相容性的问题。

植物纤维大分子其结构中含有大量的羟基,给整个大分子带来极性,除如聚氨酯、聚酞胺少数几类基体树脂是极性大分子组成外,大多数基体树脂为非极性大分子,这给植物纤维与基体树脂的相容性带来不利影响,使得填料与基体树脂界面作用力小,植物纤维填充塑料后所得材料的物理机械性能下降,如何提高植物纤维分子与塑料大分子的相容性是植物纤维填充改性塑料的方向之一。

相容性问题主要靠加入各种添加剂来解决。

必赢棋牌游戏平台网址,目前改善植物纤维与塑料相容性的主要方法有三种:第一是使用相容剂,该方法简单而且效果很好。据报道合适的相容剂有马来酸配接技聚丙烯,异睛酸酯,亚甲基丁二酸酐等。这些相容剂大部分有梭基或酐基,能够与纤维素中的羟基发生酯化反应,降低纤维的极性和吸湿性,使用后可以提高植物纤维与基体树脂的相容性,其中MA-g一PP的应用较为普遍.

偶联剂法

第二是植物纤维进行化学接枝处理,对纤维进行接技处理比较复杂,但接技纤维与基体树脂的相容性明显改善,Shulda等用光引发剂将苯乙烯接技到棉纤维上。结果表明,随苯乙烯接技率的提高,纤维吸水率下降,有利于改善植物纤维与基体树脂的界面性能。Premanoy.G.Host等研究用乙烯睛接技黄麻纤维,得到的复合材料挠曲强度和挠曲模量提高10%一30%。接技的方法常见的有游离基引发,光引发,辐射引发。引发剂如四价柿离子、五价钒、三价锰以及高锰酸钾、过硫酸盐等。植物纤维接技单体后可以改善界面状况,但也可能导致植物纤维强度的下降。

偶联剂可以提高无机填料、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。实验表明,这两种偶联剂都能改善填料与树脂的相容性。

第三种方法是使用偶联剂,偶联剂可以提高无机填料及无机纤维与基体树脂之间的相容性是众所周知的,实际上偶联剂同样也可以改善天然植物纤维与基体树脂之间的界面作用力,其中硅烷偶联剂和钦酸酯偶联剂是应用最广泛的两类偶联剂。本文来自环球塑化网
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相容剂法

提高植物纤维在基体树脂中的分散性

加入相容剂是最简单而且很有效的方法。据报道,合适的相容剂有马来酸酐等接枝的植物纤维或马来酸酐改性的聚烯烃树脂、丙烯酸酯共聚物、乙烯丙烯酸共聚物。这些相容剂中大部分含有羧基或酐基,能够与木粉中的羟基发生酯化反应,从而降低木粉的极性和吸湿性,使其与树脂有很好的相容性。

植物纤维由于其分子中极性羟基的存在,容易在纤维分子间形成氢健,在加工过程中表现为植物纤维絮集现象,即植物纤维在与基体树脂进行混合时它们会聚集在一起而不易被分散,使植物纤维不能在塑料基体中分散均匀,两者界面之间不能很好地混合,这使得应力在界面不能有效地传递,所制材料的冲击强度和拉伸强度会显著降低,从而影响复合材料的综合性能。通过对植物纤维进行处理,减少植物纤维分子之间氢健形成的机率,可以有效的提高植物纤维在基体树脂中的分散性,实际上前述改善纤维与树脂相容性的方法均能有效提高纤维在树脂中的分散性,除此以外,还可通过物理处理的方法提高植物纤维在树脂中的分散性,物理处理方法常用的有三种,

第一种是热处理法,该法能降低植物纤维含水率,在热的作用下,纤维素会热降解,木质素会热重排。大部分的半纤维素可被去除,为了避免植物纤维被氧化,加热过程一般在无氧条件下进行。同时,对于不同种类的纤维加热处理温度也不尽相同,但一般在低于240℃、氮气保护下处理,植物纤维具有较好的稳定性可以得到很好的处理效果。

第二种为碱处理法,碱处理法是纤维改性的一种传统方法,目前已广泛用于天然植物纤维的表面处理。碱水解的机理是基于木聚糖半纤维素和其它组分内部分子之间酯键的皂化作用,随着酯键的减少纤维素的空隙率增加。一方面碱处理法使植物纤维中的部分果胶、木素和半纤维等低分子杂质被溶解并使微纤旋转角减小,分子取向提高。这样纤维表面的杂质被除去,纤维表面变得粗糙,使纤维与树脂界面之间的粘合能力增强。另一方面,碱处理导致纤维原纤化,即复合材料中的纤维束分裂成更小的纤维,纤维的直径减小,长径比增加,与基体的有效接触表面增加。碱处理法取决于碱的溶解形式、碱的浓度、体系的温度、处理的时间材料的张力及所用的添加剂等。

第三种是放电技术,放电技术包括电晕处理、低温等离子体处理、辐射等方法。电晕处理是表面氧化的最有效方法之一,这种处理方法可以大最激活纤维素表面的醛基,进而改变纤维素的表面能。例如,木纤维的表面活性随着醛基的增加而增强。低温等离子体处理技术依据所用气体的不同可以进行系列化的纤维表面交联,使纤维表面产生自由基和官能团。电子辐射法对PE、PP、聚苯乙烯等不活泼树脂有很好的效果,它成功用于降低植物纤维素填充改性聚乙烯塑料的熔体度,并提高它的物理机械性能。

提高改性塑料的环境友好性

目前大部分基体树脂采用属不可再生资源的石油为原料,其废弃物难以自然降解,已给环境带来相当大的压力。植物纤维是能够自然降解的材料,用天然纤维替代人造纤维在高分子复合材料中的应用研究较早。例如,以植物纤维作为玻璃纤维的替代品增强环氧树脂、不饱和聚脂、聚丙烯等高分子复合材料。然而,由于基体树脂本身并不能降解,因而植物纤维填充改性塑料还不能实现完全降解。天然纤维填充改性可降解塑料的全降解性材料成为了研究方向。

植物纤维填充改性可降解塑料的研究目前处于研究阶段,较早开展相关研究的是澳大利亚的Wollerdorfer和德国的Bader,很早就开始采用亚麻和黄麻分别与PBS(Bionoll3020)、PHB(BioPol-D300G)、纤维素乙酸酯(Bjoeell63)及淀粉塑料共混物等制备可降解塑料,通过对不同纤维与不同可生物降解塑料的复合,比较与评价材料的性能认为多糖类的纤维素乙酸酯塑料与麻纤维复合时,材料的性能相对较好。目前,美国、日本、韩国、德国等开展的相关研究主要集中于基本复合工艺参数及复合机理、复合材料生物降解特性及界面改性等方面。我国相关的研究起步较晚,中国林科院郭文静从木质纤维素与可生物降解塑料复合的影响因子角度,进行木纤维与聚乳酸等可生物降解塑料的复合机理、产品特性及其制备等技术的研究。

来源:环球塑化

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