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木塑复合材料需要解决的最大问题是如何使亲水强极性的木纤维表面与疏水非极性的塑料基体界面之间形成良好的相容性,从而使木纤维的表面层与塑料基体的表面层之间达到分子级的融合,把这两种不同性质的材料有机地复合在一起,形成比原来单一材料性能更加优良的新型复合材料。为使复合材料具有最佳的综合性能,研究者对木质纤维材料进行预处理或表面改性,降低其表面极性或加入合适的界面相容剂,或对塑料基体进行改性,提高其表面极性,使异质材料在复合过程中容易分散和融合,形成稳定、牢固、均匀的界面层。目前,提高木塑复合材料界面相容性的改性途径主要有以下三种:对塑料基体进行表面改性;对纤维材料进行预处理及表面改性;添加合适的偶联剂。
由于塑料基体表面能低、化学惰性、表面易被污染以及存在弱边界层等原因,塑料表面常常呈现出惰性和憎水性难以润湿和粘合。为此可以对塑料表面进行处理,以改变其表面化学组成;增加表面能,改善结晶状态和表面形貌,以提高聚合物表面的润湿性。目前,主要的改性方法包括化学改性、光化学改性、力化学改性以及辐射改性等。
木质纤维由纤维素、半纤维素、木质素及抽提物等组成,是一种不均匀的各向异性天然高分子材料,其表面含有大量的羟基和酚羟基等极性官能团,具有很强的亲水性和化学极性。通过各种化学和物理方法对木质纤维进行预处理或表面改性,可增加木质纤维材料表面的粗糙度或使其部分生成疏水的非极性化学官能团并增加流动性,降低与疏水性聚合物间的排斥作用,从而达到提高界面相容性的目的。主要处理方法有热处理法、蒸汽爆破处理法、碱处理法、酯化或醚化处理法、接枝改性法以及表面物理加工。
在基体树脂、增强材料、制造方法均相同的条件下,添加界面改性剂是改善木塑复合材料界面相容性最简单和有效的方法之一。复合材料使用的界面改性剂一般由功能基团和溶剂化链组成。功能基团一般为羟基、羧基、羰基和氨基等极性基团,它们靠共价键、氢键及范德华力等相互作用紧紧地吸附在植物纤维表面;溶剂化链分子结构和极性与聚合物基体相近,并与聚合物有较好的相容性,而且本身含有长的软链段,有利于形成弹性界面层。在加工前将界面改性剂添加到原料中,经过成型加工,改性剂分子迁移到材料的相界面,可降低材料间的界面张力,提高润湿性能,增强界面结合力,从而提高和改善复合材料的性能。制备木塑复合材料使用的有机界面改性剂主要有化学偶联剂、界面相容剂、长链脂肪酸及其衍生物等表面活性剂。