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改善木塑复合材料界面相容性的途径 ??2009-12-10??我爱木门网??[收藏该文章] ??? 木质材料是由纤维素、半纤维素、木素以及各种抽提物组成的天然高分子复合材料，由于它是一种不均匀地各向异性材料，因此界面特性十分复杂。由于组成木质材料的纤维素、半纤维素和木素等主要成分中含有大量的极性羟基和酚羟基官能团，其表面表现出很强的化学极性。因此，在进行木质纤维—塑料体系木塑复合材料的研制过程中，需要解决的最大问题是如何使亲水的极性木质表面与疏水的非极性塑料基材界面之间具有良好的相容性，从而使木质材料的表面层与塑料的表面层之间达到分子间的融合，把这两种不同性质的材料适当地复合在一起，产生比原来单一材料性能更加优良的新材料。为达到这一目的，国内外在这方面已经进行了许多研究工作。 ??? 改进两种不同性质的界面融合性能通常采用两种方法来实现。一种是通过加入一组共聚融合剂以改善两种互不相容聚合物之间的粘和性能。这一方法是根据共聚融合剂中的一个组份与其中的一种聚合物相容，其它的组份与另一种聚合物相容，最终达到两聚合物之间的容合这一原理进行的。这种方法同样可以用在聚合物填充系统中，以改善木材填充物与聚合物基材之间的粘合性能。虽然用这种方法不能使两种材料达到完全的容合，但它被认为可以降低界面的能量，从而使木材与塑料聚合物之间的界面间达到较好粘合。 ??? 在早期的研究中，通常采用苯乙烯丁二烯苯乙烯(SBS)共聚物作为融合剂，使木粉与低密聚乙烯(LDPE)之间的相互作用得到了改善。这一点可以从在使用了SBS后，复合材料的抗张强度和断裂强度比不使用SBS得到提高，以及扫描电镜的观察结果得到证实。这说明SBS改善了聚合物基材与填充物木粉之间的相互作用。在复合过程中，共聚融合物中的聚苯乙烯(PS)与纤维素的链相结合，而共聚物中的乙烯丁烯部分则与线性低密聚乙烯(LLDPE)相结合，从而实现在两个界面间的紧密结合。但这种改善并不十分明显。这是因为纤维素的溶解参数与苯乙烯的溶解参数不一样，在苯乙烯与纤维素之间的融合过程会受到排斥效应的影响，或由于高温处理产生了接枝(生成化学键)，使两种材料之间不能彻底的均匀融合，因而不能很好地改善界面间的结合效果。在用顺丁烯二酸酐改性的聚丙烯(MAPP)作为木塑复合材料耦联剂的研究中，所有的研究者都报道，这种耦联剂能改善复合材料的力学性质。他们发现在顺丁烯二酸酐基团与木材纤维素的羟基基团之间有化学键联接，MAPP共聚物以酯化和氢键结合的方式与木材纤维素的纤维键合在一起。在木材纤维与热塑性高分子聚合物制成的复合材料中，在使用了含离子键的热塑性聚合物作为弹塑性耦联添加剂后，复合材料的抗冲击强度得到改善，但作为填充物的木纤维的分散性较差。对于这种情况的融合机理尚未进行研究，但一般认为，这是在热塑性高分子聚合物中的负离子和纤维素的羟基之间产生了极性力或化学键。 ??? 目前进行的研究是寻找一种比SBS更好的融合剂，以改善木材与聚乙烯之间的粘合性能。因为木材与热塑性聚合物表面的良好粘合可以提高复合材料的力学性质和抗冲击强度。适合的耦联剂可以降低木材颗粒和塑料基材之间的界面能量，并改善木材的分散性。现在选用的耦联剂主要为苯乙烯—乙烯/丁烯—苯乙烯(SEBS1)三元共聚物、苯乙烯组分由顺丁烯二酸酐改性的苯乙烯—乙烯/丁烯—苯乙烯(SEBE2)三元共聚物、顺丁烯二酸酐聚乙烯共聚物(MAPE)和离子型聚合物等。 ??? 复合材料的力学性质可以间接地提供复合界面行为的信息，如果在木材填充物与塑料基材之间没有充分粘合，它们之间的界面层就容易受到水分的破坏，从而使强度降低。复合材料的强度性质应在干燥和浸湿两种条件下进行测定，以了解在使用不同的融合剂时木材颗粒与LLDPE基材之间的粘合性能是否得到了改善。研究结果表明：在WF/LLDPE为30/70时，LLDPE/WF/SEBS2体系的复合材料能表现出良好的界面相容性潜力，抗冲击强度和抗张强度得到了提高，最大抗压比LLDPE/WF体系要高得多，这表明在两相之间发生了界面间的相互作用，但从扫描电镜观察这种作用并不均匀；使用SEBS1和MAPE作为耦联剂的木塑复合材料，在木材和LLDPE基材之间的相互作用没有得到改善。扫描电镜研究表明：MAPE没有与木材的结构相容合，这可能是这种复合材料力学性质较差的原因所在；使用离子型高分子聚合物作为耦联剂研制的木塑复合材料，可以提高抗张强度，但对提高抗冲击强度没有影响。虽然所有木塑复合材料的断裂度比纯LLDPE有所下降，但用木粉作为增强填料对提高复合材料的杨氏弹性模量非常有效，它的杨氏弹性模量比纯LLDPE增加了4.5～5.3倍。此外，在用水浸泡65小时后进行的断裂强度测定表明，无论使用何种耦联剂，水浸对断裂强度基本没有影响。这说明用不同的耦联剂制成的木塑复合