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木塑材料專用相容劑

日期:2016-11-12 14:34:43 作者:同盛木塑

前世界各國對各種廢舊塑料污染進行了全方位治理,并已取得了一定的成效,其中用木粉或植物纖維填充,經專用設備擠出、壓制或注塑成型,可用來在某些場合替代木材制品的塑木制品尤為實用。該成果是近年來國外發展較快且經濟效益顯著的實用型新技術,可廣泛用于包裝、建筑等行業,產品可制成板材、型材、片材、管材等,并具有木材的加工優點。
    木粉與廢舊塑料復合材料的開發與研究不但可以提供充分利用自然資源的機會,而且也可以減輕由于廢舊塑料而引起的環境污染,因此,這種塑木復合材料是一種節約能源、保護環境的綠色環保材料。其應用范圍也很廣,主要應用在建材、汽車工業、貨物的包裝運輸、裝飾材料及日常生活用具等方面,有廣闊的發展前景。木粉作為塑料的一種有機填料,具有許多其他的無機填料所無法比擬的優良性能:來源廣泛、價格低廉、密度低、絕緣性好、對加工設備磨損小。但它并沒有像無機填料那樣得到廣泛應用,原因主要有與基體樹脂的相容性差、在熔融的熱塑性塑料中分散效果差、流動性差、擠出成型加工困難等。
    隨著塑木技術的不斷發展和環保需求的日益提高,塑木技術已由單一組分的廢舊塑料和木粉共混合生產塑木制品,向多組分廢舊塑料和木粉共混合生產塑木制品過渡,這樣多組分的廢舊塑料間的相容性就變得十分重要。
    由于木粉中主要成分是纖維素,纖維素中含大量的羥基,這些羥基形成分子間氫鍵或分子內氫鍵,使木粉具有吸水性,吸濕率可達8%~12%,且極性很強;而熱塑性塑料多數為非極性的,具有疏水性,所以兩者之間的相容性較差,界面的粘結力很小。使用適當的添加劑來改性聚合物—木粉表面,可以提高木粉與樹脂之間的界面親和能力,且改性的木粉填料具有增強的性質,能夠很好地傳遞填料與樹脂之間的應力,從而達到增強復合材料強度的作用。因此,要得到性能優良、符合條件的塑木復合材料,首先要解決的是材料相容性的問題。
    相容性問題主要靠加入各種添加劑來解決。
    (1) 偶聯劑法
    偶聯劑可以提高無機填料、無機纖維與基體樹脂之間的相容性,同時也可改善木粉與聚合物之間的界面狀況。硅烷偶聯劑和鈦酸酯偶聯劑是應用最廣泛的兩類偶聯劑。實驗表明,這兩種偶聯劑都能改善填料與樹脂的相容性。美國專利US 518802介紹了相關處理方法。US 5480602還介紹了聚亞胺酯類偶聯劑的應用。
    (2) 相容劑法
    加入相容劑是最簡單而且很有效的方法。據報道,合適的相容劑有馬來酸酐等接枝的植物纖維或馬來酸酐改性的聚烯烴樹脂、丙烯酸酯共聚物、乙烯丙烯酸共聚物。這些相容劑中大部分含有羧基或酐基,能夠與木粉中的羥基發生酯化反應,從而降低木粉的極性和吸濕性,使其與樹脂有很好的相容性。美國專利US 5120776、US 5886078、US 5773138、US 5516472討論了相關的相容劑。
    不同的添加劑的用量對復合材料的拉伸強度、相容性都有不同程度的影響,故篩選合適的添加劑至關重要。
    偶聯劑的用量與填料的活化效果并非成正比關系,而是與偶聯劑在木粉顆粒表面的狀況有關。木粉顆粒在基體中并不是理想的單獨分散狀態,而以某種聚集狀態的形式存在。呈聚集態的木粉對填充體系流動性能的影響是不利的,可加人適量的硬脂酸來降低木粉顆粒的集聚數量,改善成團現象,使其向基體樹脂中充分分散。此外,塑木復合材料在熔融狀態時屬于假塑性流體。,隨著剪切速率的增加,表觀粘度下降。所以為了使填充體系具有良好的加工流動性能,應當盡可能采用較高的剪切應力,以降低填充體系的剪切粘度,使之適合于擠出成型加工。
    針對塑木加工工藝而開發專用相容劑是塑木生產技術的一個重要方面。
    較為實用的塑木用相容劑
    現介紹四種用于塑木加工的復配相容劑:
    A一氯化聚乙烯體系;
    B——丙烯酸酯類體系;
  在實際生產和試驗中使用不同種類相容劑體系,加入份數不同,對塑木材料的沖擊強度、彎曲強度和彎曲模量及熱變形溫度等指標都有一定影響。
    氯化聚乙烯體系綜合性能較好,在使用最低份數相容劑的條件下,基本達到生產和試驗要求的各項技術要求。在只添加較少的相容劑條件下就能達到實際的使用要求,這是較為理想的結果,且經濟成本低,更有利于工業化生產。
    丙烯酸酯體系改性塑木材料體系的性能也較好,各項指標可滿足使用要求,但在相同份數基礎上,與A相容劑價格相差較大,這樣經濟效益就無優勢可言,因此,這類相容劑可作為備用替代晶;C和D相容劑的其他技術指標尚可,但熱變形溫度一項較差,不能達到塑木產品在某些場合的使用要求,而這又是很重要的一項指標,所以這兩種相容劑還不很適用。另外,這兩種相容劑加人后材料的彈性模量和彎曲強度都表現為高加入量才好,這不利于成本核算。
    可見,以上四種相容劑中前兩者較為理想,應優先考慮在塑木制品中使用。
    應用情況:
    目前世界上普遍利用消費者廢塑料或稱‘用后廢棄物’(postcon,sumerwastes,PCW),即混合廢料來生產仿木料?;旌蠌U料由多種材料組成,包含多種塑料、紙、軟金屬(如A1)等。這種廢料通過擠出模壓可直接加工成塑料木頭(plasticlumber)。大多數塑料木頭在顏色上是不均一的,故常常加工成深顏色如綠、棕、灰色。 塑料木頭有許多優點:①耐酸堿、耐化學晶、耐鹽水性好;②對 低溫有優勢;③耐紫外光;④不腐爛、不開裂或翹曲;⑤耐振動 等。塑料木頭可獲得廣泛應用,停車點、馬廄、野外餐桌、防腐柱子等都可用塑料木頭制造;用塑料木頭制豬圈和羊房的地板,可保溫、耐動物尿、不繁殖細菌。但塑料木頭比較貴。Klobie系統就是 以制塑料木頭為目的而發展起來的。這里介紹兩個應用實例。
    例1 先進循環技術公司(Advanced Recycling Technology,ART)
    ART系統(分ET/1型和ET/2型)主要用于生產塑料木頭和類似產品,其原料主要是90%的用后廢棄物和工業廢料。一般來說廢料要進行適當的前處理,如泥土、耐磨材料等要除去。造粒后的混合塑料進入擠出機,熔化并在低壓下進入一定形狀(如管狀) 的模具。擠出機是絕熱的,具有短、可變高速、水力驅動的螺桿,螺桿設計成低長徑比、高轉速。聚合物在高剪切下熔化,停留時間短,以保證聚合物不至于降解;熔體溫度大約177~190C,PS、PVC、PA等易熔化,而PET、PC等不易熔化,與固體污物、熱 固性材料、金屬一起被低熔點組分所包覆??招哪0惭b在升降機室 或旋轉臺中,當物料進入后就進行工作。模具在水浴中旋轉冷卻。注意避免帶人濕氣,否則會給制品帶來氣孔。
    例2 超級木料公司(Superwood)Superwood公司采用的絕熱過程亦稱為超級流動(Superflow) 過程,用于制造塑料木頭。該過程類似ART技術,由電驅動螺桿 引起物料摩擦,以熔化塑料;塑化的材料通過較大的注口進人鋼 模,不同橫截面的模具(具有相同長度)安裝在轉盤上,并在水浴中旋轉冷卻;模制品用空氣脫開。采用的原材料主要是PE和PP,PET和PS等在一定控制條件下也可用于制造木料,PVC僅在有特殊添加劑存在下少量使用。用后廢棄物雖然也 可用來加工,但大多使用工業廢料。

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