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PPC/木粉复合材料是PPC与木粉经熔融共混、热压而制备的一种可完全降解木塑复合材料(WPC)。WPC的推广应用为缓解人类日益增长的木材需求与全球森林资源匮乏之间的矛盾提供了一条阳光之路,以二氧化碳为单体合成的可降解PPC的推广利用可以从根本上解决全球气候变暖及白色污染问题,PPC/木粉复合材料是一种多重环保材料。本论文对PPC/木粉复合材料的复合工艺、界面相容性和可降解特性进行了研究,结果如下:
(1)用正交试验设计法分析得出木粉含量是影响该PPC/木粉复合材料力学性能的主要影响因素,木粉粒径对PPC/木粉复合材料性能影响不大。分别用10%、20%、30%、40%、50%、60%的木粉加入量制备PPC/木粉复合材料,结果表明:随木粉含量的增加,PPC/木粉复合材料的力学性能指标先增大后减小,40%木粉加入量时,复合材料力学性能指标达极大值,此时复合材料拉伸强度为24.03MPa,较纯PPC基质的12.03MPa提高了1倍左右,复合材料弹性模量为3221.0MPa,较纯PPC基质的630.5MPa提高了4倍,但与此同时PPC/木粉复合材料的断裂伸长率却下降了61%。
(2)极性木粉和非极性塑料的界面相容性始终是制约WPC性能的瓶颈。本论文试图用聚酯型异氰酸酯、硅烷KH—560、钛酸酯201三种偶联剂来改善PPC与木粉之间的界面相容性。研究结果表明:聚酯型异氰酸酯、硅烷KH—560偶联剂可以明显改善复合材料的界面相容性,尤以聚酯型异氰酸酯为好,钛酸酯201偶联剂对PPC/木粉复合材料无好的改性效果。异氰酸酯加入量为木粉含量的2%左右时,PPC/木粉复合材料的拉伸强度32.68MPa,弯曲强度67.80MPa,弹性模量3782.90MPa,分别比未偶联剂处理的该复合材料的拉伸强度、静曲强度、弹性模量提高了32%、12%和1.4倍。
(3)用环境扫描电镜观察了不同方法制备PPC/木粉复合材料的断面图,可以观察到未处理木粉与PPC制备的WPC界面相容性差,木粉、塑料两相之间有大量空隙存在。5%NaOH处理可以在一定程度上改善木粉与塑料两相的界面结合性;5%NaOH/异氰酸酯双重处理木粉与PPC共混制备的WPC界面相容性在很大程度上得到了改善,扫面电镜观察可见:木粉、塑料两相紧密结合,木粉被周围塑料相紧密包裹,两相间不存在空隙。从拉伸断面图可以看出:5%NaOH/异氰酸酯双重处理木粉与PPC共混制备的WPC拉伸断裂大部分是木粉相的破坏,不同于未处理木粉与PPC制备WPC的界面处的拉伸破坏。
(4)采用红外谱图法分析PPC/木粉复合材料的界面相容性,5%NaOH/异氰酸酯双重处理木粉与PPC共混制备的WPC谱图中3432cm—1处吸收峰,较木粉3437cm—1处及纯PPC3442 cm—1处吸收峰,无论谱带吸收频率及峰形均发生了较大偏离,1743cm—1处、1634cm—1处吸收峰亦然。证明了双重处理木粉制备的WPC中PPC基体、木粉两相的相容性是较好的,两种聚合物分子间有较强的相互作用。
(5)用PPC的丙酮溶液浸润偶联剂处理过的木粉,木粉相表面能由41.14 mN·m—1下降到了13.14 mN·m—1,与纯PPC塑料表面能12.97 mN·m—1极为相近。根据相似相容原理,木粉和塑料相的界面相容性得到了改善。对PPC/木粉复合材料断面图进行扫描电镜观察验证了这一结论。
(6)用PPC溶液浸润法制备60%木粉含量WPC,其拉伸强度达28.83MPa,静曲强度达60.5MPa,弹性模量达4166.53MPa,断裂伸长率为1.54%,较5%NaOH溶液和异氰酸酯偶联剂双重处理制备60%木粉WPC拉伸强度20.94MPa、静曲强度46.0MPa、弹性模量3236.12MPa、断裂伸长率1.27%,分别提高了38%、32%、29%和21%。
(7)用土埋试验对PPC/木粉复合材料的可降解性进行了分析研究,PPC/木粉复合材料土埋试验30d,失重率0.08%,基本没有重量损失,土埋试验进行到第30d以后,失重率快速增加。土埋试验150d,复合材料有7.2%的失重存在。对降解后的PPC/木粉复合材料断面进行扫描电镜观察,发现降解后的PPC/木粉复合材料断面木粉相较完好裸露,而粘附在木粉相表面的塑料相却支离破碎,PPC/木粉复合材料土埋试验过程中重量的损失主要由PPC塑料的微生物降解引起的。对降解前后的PPC/木粉复合材料红外谱图分析得到:降解90 d后PPC/木粉复合材料1743cm—1处吸收峰,移到1747cm—1处,与此相同,PPC/木粉复合材料未降解时3432 cm—1处的峰经降解试验后移至3442 cm—1。降解后木粉、塑料两相界面结合性下降。