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新型改性塑木复合材料

星期一, 11月 21, 2022

塑木复合材料是当今木材科学与技术领域的重要研究和发展方向之一,其是通过木质纤维素和热塑性树脂以及其他助剂加工成型的复合材料。塑木复合材料具有生产工艺简单、维护成本低、使用寿命长等特点,并且比纯木质材料产品和塑料产品性能更优,因此广泛应用于建材、家具、物流包装等行业。

木质素中大量的羟基、脂肪族和芳香族基团通过氢键产生强烈了分子内相互作用,其广泛的交联不可避免地限制了木质素的应用。聚合物共混具有较好的成本效益,其广泛用于制造具有理想性能的新型聚合物材料。木质素之间的强相互作用力可通过共混或部分混合降低,同时由于木质素具有成本低、生物降解性的特点,其可充分利用于生产新型高分子材料。然而由于混合熵低,木质素与大多数聚合物均不混溶。像聚丙烯和聚乙烯这种非极性聚烯烃的极性与木质素的极性差异很大,这种热塑性塑料与木质素的界面结合力不好。因此,需要通过一些化学修饰或加入增容剂以降低它们的界面张力。

近十年来,木质素/树脂共混改性技术已取得了显著的进步,特别是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)几种树脂中的研究成果较为突出。丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯(ABS)/PVC基复合材料是将ABS树脂和通用塑料PVC共混以获得的一种新型的复合材料。ABS/PVC结合了ABS和PVC各自优异的性能,如ABS优良的加工性能和耐热性能以及PVC的抗阻燃性能和耐化学性能,并且PVC的价格低于ABS,PVC的加入能够有效降低成本。目前,鲜有对ABS/PVC复合材料的研究。因此,需要开发一种有效的技术手段,使得木质素能够有效应用于ABS/PVC复合材料中,整体提高塑木复合材料的性能。

将木质素直接应用到塑木复合材料中会明显降低复合材料的韧性,本研究将氮接枝木质素应用到PVC塑木复合材料中,虽然有所提高,但其拉伸强度和拉伸断裂伸长率仍较低。考虑到ABS(苯乙烯和丁二烯橡胶改性丙烯腈的共聚物)聚合物链在聚(苯乙烯)链段中具有芳族结构,聚(丙烯腈)链段中具有强极性‑CN基团,因此ABS树脂与木质素应具有良好的界面相容性。因此,本研究选择ABS/PVC为基底材料,其中,ABS具有良好的性能,如优良的机械性能,耐化学性,易加工性和可回收性,其广泛用作重要的工程热塑性塑料。旨在开发一种改性木质素,以使得改性木质素与ABS/PVC制备成三元复合的塑木复合材料,使其性能能够与ABS/PVC本身相当。
与现有技术相比,本发明具有如下优势:
1、本发明采用氮接枝的木质素的能够有效提高ABS/PVC复合材料的力学性能,尤其是弯曲性能还超过ABS/PVC本身。
2、改性后的木质素能够有效应用于ABS/PVC塑木复合材料中,其能有效提高生物质利用率,同时木质素的加入可降低成本。
3、本发明制备的氮接枝木质素能够有效提高ABS/PVC复合材料的抗紫外老化性能。

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