马来酸酐(MAH)熔融接枝改性可以提高聚烯烃基体与生物质材料之间的界面相容性,是一种制备高性能木塑复合材料(简称木塑)的简捷有效方法。但是,在自由基引发剂作用下聚丙烯(PP)的严重降解,会大幅降低PP基体的韧性,进而损害PP木塑的性能。为解决这一难题,本文以60 wt.%木粉填充的PP木塑为研究对象,首先,通过MAH接枝改性的方法提高PP基体的极性和流动性,在此基础上,进一步添加多官能团单体二乙烯基苯(DVB)在PP主链上引入支链结构,以及共混嵌段共聚物弹性体(OBC),提高MAH接枝PP的韧性。然后,将改性后的PP作为基体与木粉复合制备高韧性的PP木塑。系统研究了木粉分散性、基体性能和界面层性质的改变对PP木塑静态力学性能、动态力学性能、蠕变性能和尺寸稳定性的影响。最后,将OBC共混以及MAH/DVB共接枝的方法用于改性废旧PP木塑,以评估本论文提出的PP改性方法在废旧塑料木塑中应用的可行性。主要研究内容和结果如下:(1)研究了 MAH接枝改性PP过程中,添加DVB对PP基体结构和性能的影响。首先,在转矩流变仪中进行熔融接枝反应。扭矩曲线表明,单独添加DVB可有效抑制PP降解,并引发PP的交联反应,产物中生成的凝胶证明了交联结构的存在。在MAH/DVB共接枝体系中未检测到凝胶,DVB在PP分子链上引入了支链结构,并提高了 MAH接枝率。然后,通过双螺杆挤出机制备不同MAH接枝率和流动性的PP基体。在MAH/DVB共接枝体系,DVB添加量的增加可提高MAH接枝率,同时改性PP的流动性降低,但产物中未检测到凝胶。与MAH接枝PP相比,共接枝PP在低频区的弹性响应明显增强,Cole-Cole曲线在高黏度区的半径减小,这些差异证明了支链结构的存在。结晶分析表明,MAH接枝率的提升对PP结晶成核速率影响不大,但支链结构可明显提高PP结晶的成核速率,并细化晶体。在DVB添加量为0.8 wt.%时,共接枝PP的冲击强度较MAH接枝PP提高了 118%。(2)研究了 PP木塑中基体极性、流动性和分子链结构改变对其性能的影响。与传统相容剂马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP)增容的PP木塑相比,MAH接枝改性PP基体后,木塑的拉伸和弯曲性能得到改善,冲击强度基本不变。添加0.4 wt.%的DVB与MAH共接枝改性PP后,共接枝PP木塑的冲击强度较MAH接枝PP木塑提高了 32%,拉伸和弯曲性能也有所提高;进一步提高DVB添加量,共接枝PP木塑的力学性能明显降低;进一步提高MAH添加量可提高共接枝PP木塑的拉伸和弯曲强度,但冲击强度和模量基本不变。动态力学分析表明,MAH接枝改性的方法可提高木粉在基体中的分散,有效界面层和适量支链结构的存在,可减少界面处分子链运动产生的能量损耗。与MAH接枝PP木塑相比,共接枝改性提高了 PP木塑的抗蠕变性能和尺寸稳定性。断面形貌分析表明,适宜的接枝改性后,各组分之间的界面相容性提高,木粉的破坏增多。(3)研究了 MAH/DVB共接枝改性对PP/OBC共混物结构和性能的影响。结晶分析和形貌分析表明,MAH接枝改性可提高PP和OBC之间的界面相容性,共混物中PP的结晶速率减小。在MAH接枝体系,OBC添加量大于10 wt.%时,PP/OBC共混物的Cole-Cole曲线末端“翘曲”,表明熔体分子存在两种松弛机制。在MAH/DVB共接枝体系,DVB添加量的增加会提高MAH接枝率以及支链大分子的数量,改性后共混物熔体的弹性增加,共混物的分子量分布变宽。力学性能分析表明,在相同的MAH接枝改性条件下,OBC对MAH接枝PP冲击强度提高的幅度较弹性体(POE)进一步提高了41%,同时拉伸性能的下降幅度更小。添加10 wt.%OBC可明显提高MAH接枝PP的冲击强度,较未改性PP提高了 65%,加入DVB与MAH共接枝改性后,PP/OBC共混物的冲击强度进一步提高。(4)研究了 MAH和DVB接枝改性PP/OBC共混物基体对其木塑韧性和力学强度的影响。在未增容的PP木塑中加入OBC会导致木塑的韧性和力学强度降低。经MAH接枝改性PP/OBC共混物基体后,接枝的PP和OBC可分别与木粉形成刚性和韧性界面层,木塑的冲击强度较MAH接枝PP木塑提高了 38%,同时拉伸、弯曲性能没有降低。在相同用量MAH的改性条件下,OBC对PP木塑冲击强度的增幅较POE进一步提高了 12%。OBC添加量从10 wt.%增加到20 wt.%时,MAH接枝共混物木塑的冲击强度和拉伸模量分别提高21%和11%,弯曲模量基本不变。在MAH/DVB共接枝改性体系,适量MAH和DVB的添加可进一步提高木塑的力学性能。形貌分析表明,接枝改性提高了木粉、PP、OBC三相之间的界面相容性。动态力学性能分析表明,有效界面层的存在可促进OBC引发共混物基体剪切屈服的过程,木塑的损耗模量降低,损耗因子增大。适宜的接枝改性后,PP/OBC共混物木塑的抗蠕变性能和尺寸稳定性提高。(5)探究了 OBC共混和MAH/DVB共接枝的改性方法在废旧聚丙烯(rPP)木塑中应用的可行性。MAH/DVB共接枝改性后,rPP/OBC共混物分子链上成功接枝了 MAH并引入了支链结构。与MAH接枝rPP木塑相比,MAH/DVB共接枝rPP木塑的拉伸、弯曲和冲击强度明显提高,模量提高到与未改性rPP木塑一致;进一步添加OBC后,共接枝rPP/OBC共混物木塑的拉伸模量和冲击强度较共接枝rPP木塑进一步提高了 60%和11%。动态力学性能分析表明,有效界面层和支链结构之间的协同作用增强了rPP/OBC共混物基体的剪切屈服过程,木塑的损耗模量减小,损耗因子明显增大。综上所述,添加DVB可明显抑制PP降解,并提高MAH接枝PP的冲击强度和MAH接枝率,MAH/DVB共接枝PP/木粉复合材料的韧性、力学强度明显高于常用相容剂MAPP增容的木塑。通过OBC共混以及MAH/DVB共接枝的方法改性PP基体后,木塑的冲击强度进一步提高,力学强度没有降低,有助于抑制单纯使用弹性体增韧对复合材料力学强度的不利影响。将OBC共混和MAH/DVB共接枝相结合的方法应用于rPP改性处理,制备得到了高韧性和高拉伸模量的木塑,这种方法适用于废旧PP。