钛酸酯偶联剂在木塑界面改性中的应用研究开题报告

1. 研究目的与意义

木塑复合材料(Wood Plastic Composites,简称WPC)是用木纤维木粉等木质材料经过预处理与热塑性树脂或其他塑性材料复合制成的一种新型材料,该材料能够有效地发挥材料中各组成材料的优势,弥补每一种材料的自身缺陷,但树脂与木粉的复合,由于极性易吸水的木粉和非极性疏水的树脂基体相容性比较差,木塑复合材料的韧性冲击强度等力学性能有所降低,限制了其在部分领域的使用解决这一类问题的关键在于对木塑复合材料界面相容性的改进研究偶联剂是目前改性效果最好应用最多的一种方法 偶联剂是指能改善填料与高分子材料之间界面特性的一类物质,一端含有功能基团(羟基羧基羰基氨基等),可与纤维中的亲水基团起化学反应,另一端可溶解或扩散于塑料基体中这样偶联剂就在纤维和塑料基体间起桥梁作用,从而改善界面性能,提高界面黏结而钛酸酯偶联剂可以将无机填料与有机聚合物基质两种不同性质的物质,通过化学偶联作用结合起来,对有机-无机复合材料界面有显著的改性作用,通常被用于改善无机填料与有机聚合物之间的粘接性,以及增强复合材料的性能

2. 国内外研究现状分析

从历史上说,人造板的出现,标志着木塑复合材料的诞生,诸如胶合板刨花板以及纤维板等,随后出现了木材层积塑料塑化胶合板和胶合木等不过,由于木材资源的逐渐短缺,加上人类环保意识的苏醒,对于资源回收,特别是材料资源的回收利用引起了重视20世纪70年代末80年代初国外就有将木材与废旧塑料进行复合而生产复合材料的历史诸如:日本阿特隆公司于1980年就有了专利并在世界推广;美国teddy. v. smith利用废旧的热塑性树脂与木粉混合制成墙镶板等我国在这方面的研究工作较晚,基本上是近十几年才开始东北林业大学李坚教授于1993年对塑合木的特点和此前国内外塑合木的研究状况做了全面介绍,同时也对塑合木的性能及其用途做了系统的概括;中国林科院王恺研究员对木粉-塑料复合模压用材也进行了深入介绍 偶联剂是多官能团的有机化合物,一端可溶解或扩散到界面区的树脂中;另一端可与亲水基团形成键结合,提高填料与基体间的界面粘合性,从而提高复合材料的性能偶联剂在木塑复合材料改性的分类有三种:无机有机无机-有机杂化其中,有机偶联剂绝大多数使用异氰酸盐(r-nco),丙烯酸盐,有机酸盐有机-无机杂化的偶联剂有钛酸酯类,铝酸酯类及硅烷类[y(ch2)nsi(or)3]无机偶联剂中只有少数用于木塑复合材料的制备如硅酸盐锆酸盐

钛酸酯偶联剂按其结构大致可分为四类:单烷氧基型单烷氧基焦磷酸酯型整合型和配位体型亚磷酰氧基可提供抗氧耐燃性能等,其中ox-可以使钛酸酯兼具偶联和其他特殊性能;r-是长碳键烷烃基,较柔软,能与有机聚合物进行缠结弯曲,使有机物和无机物的相容性得到改善,提高材料的抗冲击强度;y是羟基氨基环氧基或含双键的基团等,这些基团连接在钛酸酯分子的末端,可以与有机物进行化学反应而结合在一起应用在塑料行业,可使填料得到活化处理,从而提高填充量,减少树脂用量,降低制品成本,同时改善加工性能,增加了制品光泽,提高了质量liqingxiu等研究了偶联剂种类及基础树脂种类对hdpe/木粉复合材料的拉伸性能弯曲性能的影响实验结果表明:随着偶联剂的加入hdpe/木粉复合材料的弯曲强度拉伸强度有显著提高,功能性单体种类和基础树脂种类对复合材料的力学性能都有影响;马来酸酐要比丙稀酸增容效果好,马来酸酐接枝聚乙烯(ma-pe)要比马来酸酐接枝聚丙烯(ma-pp)增容效果更加明显

王博文等研究了各类偶联剂对聚氯乙烯/秸秆粉木塑复合材料的性能影响发现经硅烷偶联剂改性的秸秆粉含量为50%复合材料的洛氏硬度弯曲强度均最大;且在复合材料内部,秸秆纤维更均匀地融入pvc基体中,硅烷偶联剂改性效果较好硅烷偶联剂对pvc/秸秆粉木塑复合材料的改性效果比钛酸酯偶联剂的好刘俊等对稻壳纤维/聚氯乙烯木塑复合材料偶联剂改性研究发现用合适的偶联剂处理能提升木塑复合材料的硬度拉伸强度弯曲强度弯曲弹性模量和耐磨性其中kh550的增强效果比较好,而钛酸酯不能提高材料的力学性能和耐磨性takahashi等在研究中发现,钛酸酯偶联剂处理氧化锆粉体后其孔隙率降低及断裂强度增加要优于硅烷偶联剂后的氧化锆粉体hunt等利用钛酸酯偶联剂作为流动改性剂可以降低氧化锆的聚丙烯悬浮液的粘度,其作用较邻苯二甲酸二丁酯(dbp)更加行之有效

3. 研究的基本内容与计划

利用高速混合机对木粉、热塑性树脂、填料以及钛酸酯偶联剂进行初混合。利用双螺杆挤出机、双辊炼塑机等设备对木粉、热塑性树脂、填料以及钛酸酯偶联剂进行共混造粒，得到木塑材料的半成品。利用注塑机或挤出机对木塑复合材料进行成型加工，得到标准测试样条。利用万能试验机、磨耗试验机、冲击强度试验机等设备，对木塑复合材料进行性能测试。研究材料性能与配方及制备工艺之间的关系。从木粉与树脂界面的角度出发，研究钛酸酯偶联剂的型号、添加量、复配等对木塑复合材料力学性能的影响。

（1）第1周：查阅资料，完成文献综述和开题报告。

（2）第2-3周：准备实验原料和仪器。

4. 研究创新点

界面相容性是影响木塑性能的重要因素，而偶联剂是影响界面相容性的关键之一。界面相容性一直以来都是研究重点，国内研究已经开始火热，但相对较晚，基本上是近十年开始的，与国外相比，如欧美日本发达国家，依然存在较大差距，研究因素相对单一，导致产品种类相对单一，难以市场化。

研究钛酸酯偶联剂改性木塑复合材料时，对采用不同型号、计量改性后来进行力学性能对比的研究是较为合理的方法，特别是在深入研究偶联剂对复合材料界面层的形成性质、微观形貌以及对木塑复合材料性能的影响。对木塑复合材料的增强机理、性能提高、界面优化等方面具有重要的现实意义。