丙烯酸酯類共聚物對(duì)PVC基木塑復(fù)合材料的性能影響.pdf

1、由價(jià)格低廉、來源廣泛的木粉或木纖維與熱塑性塑料復(fù)合而成的木塑復(fù)合材料是一種極具市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Φ男滦屯ㄓ脧?fù)合材料。由于親水性的木粉與疏水性的PVC基體樹脂之間親和性差，致使木粉難以在PVC基體中均勻分散，同時(shí)兩者間的界面粘合差，導(dǎo)致復(fù)合材料的力學(xué)性能和加工性能不佳，這是PVC基木塑復(fù)合材料生產(chǎn)中面臨的最大問題之一。目前增加木粉與PVC基體樹脂相容性的常用方法是添加硅烷類、聚異氰酸酯類、馬來酸酐接枝聚合物等相容劑。這些相容劑通過與木粉表面的羥

2、基形成化學(xué)鍵合，改變木粉表面極性，來提高木粉在基體中的分散狀態(tài)和與基體的界面粘結(jié)力，可在一定程度上提升復(fù)合材料的力學(xué)性能。但添加相容劑對(duì)提高復(fù)合體系的加工流動(dòng)性能幫助較小，因此配方中往往需要再添加一些潤(rùn)滑劑如硬脂酸鹽、脂肪酸、聚乙烯蠟等來改善其加工流動(dòng)性能。近來一些丙烯酸脂類聚合物在改善PVC基木塑復(fù)合材料的加工性能方面引起人們的注意。如Sombatsompop等發(fā)現(xiàn)，甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸丁酯共聚物(P(MMA-co-BA))和甲基丙

3、烯酸甲酯與丙烯酸乙酯共聚物(P(7MMA-co-EA))雖對(duì)PVC/木粉復(fù)合材料的力學(xué)性能影響不大，但使復(fù)合材料的熱性能、尺寸穩(wěn)定性以及加工流動(dòng)性得到很大的提高。 借鑒于此，本研究合成了丙烯酸與丙烯酸酯的二元、三元共聚物，用于PVC/木粉復(fù)合材料的制備。該相容劑由于同時(shí)具有與PVC樹脂有良好親和性的脂基，和能與木粉表面羥基形成化學(xué)鍵合的羧基，預(yù)計(jì)它在提高復(fù)合材料加工性能及熱性能的同時(shí)還可提高其力學(xué)性能。 本論文第一章利用

4、P(MAA-co-BA)對(duì)木粉進(jìn)行改性，F(xiàn)TIR結(jié)果證實(shí)P(MAA-co-BA)可與木粉或堿處理木粉發(fā)生化學(xué)鍵合，接觸角分析表明木粉經(jīng)P(MAA-co-BA)處理后表面極性降低，與PVC基體的界面張力顯著下降，所以P(MAA-co-BA)可以在PVC/木粉復(fù)合材料起到相容劑的作用，改善復(fù)合材料的力學(xué)性能。隨著P(MAA-co-BA)用量的增加，復(fù)合材料的力學(xué)性能出現(xiàn)先提高后降低的變化規(guī)律。當(dāng)P(MAA-co-BA)用量為木粉用量10％時(shí)

5、，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度均達(dá)到最大值，分別提高了70.9、57.1和64.7％。采用NaOH預(yù)處理木粉后再用P(MAA-co-BA)處理，復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)一步提高。DSC結(jié)果進(jìn)一步證明，木粉經(jīng)P(MAA-co-BA)處理，與PVC基體相容性提高。SEM觀察結(jié)果顯示木粉在PVC基體中的分散性和相容性提高。 為了尋找效果更佳的相容劑，本論文第二章在二元相容劑P(MAA-co-BA)的基礎(chǔ)上，合成了三元相容劑P(

6、MAA-BA-MMA)，利用P(MAA-BA-MMA)對(duì)木粉進(jìn)行改性，F(xiàn)TIR譜圖證實(shí)甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯三元共聚物P(MAA-BA-MMA)中的羧基可以與木粉表面的羥基發(fā)生鍵合，牢固地結(jié)合在木粉表面，使三元共聚物可以經(jīng)受索氏提取而不被洗脫。接觸角與表面張力分析亦表面木粉經(jīng)過改性后，表面極性下降，與PVC的界面張力降低，相容性提高。三元共聚物P(MAA-BA-MMA)對(duì)木粉的處理效果與其分子量和羧值有較大的關(guān)系，在研究

7、的三種特性粘度和羧值的三元共聚物P(MAA-BA-MMA)中，以特性粘度為33.87 mL/g、羧值為3.93 mmol/g三元共聚物P(MAA-BA-MMA)最有利于復(fù)合材料力學(xué)性能的提高，拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度提高最大幅度分別達(dá)62.7、37.3、30.3和35.9％。除力學(xué)性能外，三元共聚物對(duì)復(fù)合材料的加工性能也產(chǎn)生有利的影響，復(fù)合體系的平衡轉(zhuǎn)矩、熔融溫度和塑化時(shí)間均發(fā)生下降，這對(duì)于加工困難的PVC/木塑復(fù)合材料

8、無疑具有很好的意義。另外，發(fā)現(xiàn)三元共聚物的添加還使復(fù)合體系密度的提高、吸水率的降低，其對(duì)密度和吸水率的影響趨勢(shì)與對(duì)力學(xué)性能的影響趨勢(shì)存在一定的關(guān)系。在P(MAA-BA-MMA)最佳用量時(shí)，拉伸強(qiáng)度最好、密度最大、吸水率最小。這一關(guān)系可以用于PVC/木塑復(fù)合材料配方的研究。所有這些有利的結(jié)果顯然與三元共聚物P(MAA-BA-MMA)改善了木粉與PVC基體之間的相容性有關(guān)，這得到SEM結(jié)果的支持，用P(MAA-BA-MMA)處理的復(fù)合體系，

9、木粉與PVC基體的界面模糊，結(jié)合良好。 第三章通過不同抗沖改性劑對(duì)PVC/木粉復(fù)合材料增韌改性的研究發(fā)現(xiàn)：ACR、CPE和nano-CaCO3對(duì)PVC基木塑復(fù)合材料均具有較好的增韌效果。從復(fù)合材料的綜合性能來看，ACR的增韌效果最好。在木粉經(jīng)相容劑P(MAA-BA-MMA)預(yù)處理情況下，P(MAA-BA-MMA)與CPE沒有協(xié)同作用，卻與ACR和nano-CaCO3具有明顯的協(xié)同作用。這是因?yàn)閷?duì)于ACR體系，由于P(MAA-BA

10、-MMA)都屬于丙烯酸脂類聚合物，兩者具有完全的相容性；而對(duì)于nano-CaCO3體系，P(MAA-BA-MMA)也能提高nano-CaCO3與PVC基體的相容性，使得nano-CaCO3起到更好的增韌效果，且P(MAA-BA-MMA)又改善了木粉與PVC的相容性，因此P(MAA-BA-MMA)的存在能夠進(jìn)一步提高復(fù)合材料的機(jī)械性能，特別在使用ACR增韌時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別提高了7.97、5.26、