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基于HDPE和离子液体添加剂的木塑复合材料

2018-03-15 17:18:33    来源:
木塑复合材料是以木材为主要原料,经过适当的处理使其与各种塑料通过不同的复合方法生成的高性能、高附加值的新型复合材料。木塑复合材料的基础为高密度聚乙烯和木质纤维,决定了其自身具有塑料和木材的某些特性。包括良好的加工性能;良好的强度性能;具有耐水、耐腐性能;使用寿命长,优良的可调整性能;具有紫外线光稳定性、着色性良好;可以根据需要,制成任意形状和尺寸大小,而且原料来源广泛。其最大优点就是变废为宝,并可100%回收再生产。可以分解,不会造成"白色污染",是真正的绿色环保产品。
 
由于天然植物来源的填料和增强剂具有良好的机械性能和较高的生产成本附加价值,因此在过去的十年里,聚合物复合材料得到了越来越多的研究兴趣。这一类别中最受欢迎的材料之一,即木塑复合材料(WPC),已在建筑和汽车行业广泛使用,并成功在市场上与普通木材竞争。调整塑料/木材组件以获得令人满意的机械性能和改进的户外使用耐受性通常需要添加各种增容剂(由于木材和热塑性聚合物的极性不同),UV稳定剂阻燃剂,杀真菌剂等。大多数这些添加剂引起重要的环境和健康相关问题,其中一些试剂被广泛认为具有潜在的毒性和致癌性,因此添加剂和增容剂对木塑复合材料性能的改善是生产增值材料的关键问题。
 
室温离子液体(ILs)以其低挥发性,高化学稳定性和热稳定性而闻名,已被成功用作各种聚合物基体的构建块或加工助剂。就木材而言,它们已被用作传统塑化剂,紫外线稳定剂,阻燃剂,抗静电剂或杀真菌剂的“绿色”替代品。IL已经被用作不同生物聚合物或合成聚合物共混物的增容剂,并且由于其可调极性和对木材的高亲和力,它们可用于改善WPC中塑料和木相之间的界面粘合.
 
而到目前为止,还没有关于在木塑复合材料中使用离子液体作为界面粘合改进剂的研究。
 
相关研究发现一种高密度聚乙烯-木材复合材料通过在140℃下使用添加剂,在室温下通过离子液体进行压缩成型而获得。离子液体改善了木材和聚合物相之间的界面粘合性,与参照物相比,有助于提高材料对水的作用的稳定性并改善耐冲击性和拉伸强度。此外,该研究的FTIR光谱测试证明含离子液体的复合材料对加速光氧化的耐受性较高。并且通过使用特定的离子液体可以增强材料的抗真菌(褐腐病)特性。该研究开创了聚合物复合材料领域的新见解,这是传统官能化/衍生化路线难以实现的难题。
 
该研究证明两种基于烷基磷和烷基铵阳离子的室温离子液体添加剂在提高橡木木屑和高密度聚乙烯(HDPE)之间界面粘合力方面的潜在效率,这些压缩模塑复合材料具有不同的木质填充量。除了直接影响WPC的机械性能的增容作用之外,离子液体的有益作用已经扩展到WPC湿度的尺寸稳定性并且提高了复合材料对UV暴露的抵抗力。
 
需要指出的是离子液体添加剂不改变木材填料的天然颜色,并赋予所得材料良好的抗冲击性,如几种商业木聚合物复合材料的耐冲击性。复合材料的扫描电子显微照片显示冲击断裂表面的粗糙度较高,这证明离子液体可以提高木材和HDPE之间的界面粘合力。木材和HDPE之间改进的离子液体辅助界面粘合力以及纤维素增塑作用,是拉伸强度值的良好保持和复合材料极限应变值显着增加的原因。此外,抗真菌筛选试验证明了两种离子液体抑制褐腐菌真菌菌株生长的能力。
 
随着科技的迅猛发展,利用资源丰富的天然植物纤维增强塑料是聚合物基复合材料持续增长的一个重要研究方向。WPC作为一种具有低碳、绿色、环保、可持续发展等友好特性的新型复合材料倍受关注,其在绿色建筑领域的应用迎来了“春天”。未来WPC技术应与纳米技术、生物技术等现代高科技相结合,借助互联网时代的发展,朝着多功能化(即阻燃、抗菌、吸音等功能)、轻质化、环保智能及可订制的方向发展,WPC必将成为一种极有应用前景的材料,极大地带动绿色建筑领域的行业升级。
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责任编辑: 金晓蕾

关键词: 复合材料 添加剂 HDPE

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