不同木塑复合材料的耐腐蚀性能研究开题报告

全文总字数：3397字

1. 研究目的与意义

木塑复合材料（Wood-Plastic Composites，简称WPC）是利用废弃木材、农作物秸秆等经粉碎而制成粉体后， 与塑料一并作为原料，然后加入各种助剂， 经热压复合或熔融挤出等加工工艺而制作的一种高性能、高附加值的新型复合材料。在白色污染严重，森林资源匮乏，木材需求量大的形势下，开发出将材料的生产、节约资源及环境保护与应用紧密结合在一起，同时可以利用自然资源替代有害物质、减少废弃物的新型木塑复合材料对于解决上述问题具有非常重要的意义。

木塑复合材料是近年来广泛应用的新型环保材料，兼有木材和高分子材料二者的优点，高分子材料抗菌性强，因此木塑复合材料比木材耐腐蚀。但实际应用中发现在一定的温度、湿度环境下，木塑复合材料仍会受到霉菌腐蚀，腐蚀后表面会形成菌斑或材料力学性能下降，大大缩短了木塑复合材料使用寿命。另一方面，木塑复合材料也会受到化学物质的腐蚀，使WPCs的推广和应用受到很大限制,妨碍了木塑复合材料行业的快速发展。因此，研究不同木塑复合材料的耐腐蚀性能对推动木塑复合材料的发展有着十分重要的意义。

2. 国内外研究现状分析

木塑复合材料(Wood-Plastics Composites,简称 WPC) 是各种植物纤维材料与塑料复合形成的一类高性能， 高附加值的新型复合材料，同时也是一种极具发展前途的绿色环保材料。在国外，其大规模工业化应用始于 20 世纪 80 年代， 随着汽车内部装饰工业的发展而发展。国内对于木塑复合材料的研究较晚，20 世纪 80 年代福建林学院的杨庆贤等才最早在国内开展木塑复合材料的研究。 20 世纪 90 年代，中国林科院木材工业研究所秦特夫等人开始对 PP 基木塑复合材料的研究。近年来，国内对其研究日益重视，产品的生产和应用在世界范围内迅速增长,远超过了同时期塑料行业的增长速率。 在国家循环经济政策的鼓励和建筑装饰行业的发展推动下，全国性木塑热正在兴起。随着对木塑复合材料的研发，生产木塑复合材料的塑料原料，除了有高密度聚乙烯或聚丙烯以外，还有聚氯乙烯和PS等。工艺也由最早的单螺杆挤出机发展成第二代锥形双螺杆挤出机，再到由平行双螺杆挤出机初步造粒，再由锥形螺杆挤出成型。

国外Morris等率先发现 WPC 的真菌繁殖和腐朽现象，之后越来越多的研究者发现并对材料的腐蚀危害进行了研究。Clemons 等研究了 Gloeophyllum tra-beum 和 Trametes versicolor 对木粉 / HDPE 的腐朽情况，发现G. trabeum 最高可使木/HDPE 的质量损失 6% 。Yildiz 等则分别用 Coniophora puteana 及 Coriolusversicolor 处理松木 / ST、白杨 / ST、松木 / MMA、白杨/ MMA、松木 / ST / MMA 及白杨 / ST / MMA 复合材料。同样，几种 WPC 材料的质量均有下降，幅度为 8. 05% ～ 37. 93% ，可以看出，质量损失比例随聚合物单体类型及木粉含量的不同而变化。

国内，冯静等研究了洁丽香菇对不同含量的竹粉或木粉纤维对HDPE 基复合材料的腐朽情况，观察了腐朽前后对材料质量及吸水性能的变化。结果发现，腐朽显著增加了材料的吸水性能，使其吸水率增加; 木塑材料的吸水率受纤维含量及吸水温度的影响。同时，在洁丽香菇处理 12 周后，HDPE/木粉及HDPE / 竹粉复合材料均出现了质量损失，且损失随材料中纤维含量的增加而增加，但抗菌防腐剂的加入，可明显提高木塑复合材料对腐朽真菌的抗性，减少其质量损失; 一定浓度的抗菌防腐剂的加入，可显著降低HDPE 基木塑复合材料因洁丽香菇腐朽而引致的质量损失，提高材料自身的耐腐性能。冯静等还研究了冻融循环对木粉 /高密度聚乙烯 ( HDPE) ( 质量比 60 /40) 、竹粉/HDPE ( 质量比 60 /40) 复合材料防霉性能的影响。对冻融循环后木塑材料防霉性能的测试结果表明冻融循环 ( 包括循环温度及循环次数) 对木塑材料的防霉性能并无明显影响。

余旺旺采用热压成型的方法，并以高密度聚乙烯和木粉为主要原料，制备了 4 种不同木粉含量的木塑复合材料。通过测量复合材料腐蚀前后的质量变化、弯曲强度、表面形貌，研究了木粉含量对木塑复合材料抗菌性能的影响。结果表明:木粉含量越高，木塑复合材料越容易被腐蚀; 腐蚀的主要是木纤维，而塑料不易被腐蚀。

薛娇等研究了加入百菌清为抗菌剂制备5种百菌清含量的麦秸秆/PP 复合材料，并对复合材料进行腐蚀实验，并测试腐蚀后麦秸秆/PP 复合材料的力学性能、吸水性能、色差以及表面微观结构。结果表明: 百菌清添加量为 1.25% 时，腐蚀后麦秸秆/PP 复合材料的综合性能较好，与不添加抗菌剂的复合材料相比，弯曲强度、弯曲弹性模量、拉伸强度、冲击强度分别有不同程度的提高，吸水 192h 的吸水率得到降低。

何春霞等探讨了防霉剂硼酸锌对麦秸秆／聚丙烯（ＰＰ）复合材料耐霉菌腐蚀性能的影响。测试其腐蚀后的力学性能、颜色变化和吸水性。结果表明：硼酸锌对麦秸秆／ＰＰ复合材料耐腐蚀性能有较好的改善作用，硼酸锌最佳添加量为２ｗｔ％，麦秸秆／ＰＰ复合材料腐蚀后表面霉菌生长较少，其弯曲强度、弯曲弹性模量、拉伸强度和冲击强度比不添加硼酸锌分别提高６．５％、５０．２％、６．８％和１１．１％，吸水率和色差值降低２３．９％和３０．７％。含量为２ｗｔ％的硼酸锌能够有效阻止霉菌菌丝腐蚀麦秸秆／ＰＰ复合材料的麦秸秆纤维素和半纤维素，而硼酸锌含量较高时会影响复合材料的界面，导致界面处麦秸秆纤维更易受霉菌腐蚀作用。

李永峰等选用甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)作为偶联剂探索杨木/塑料复合材料的力学性能和耐久性的改善，并利用SEM和FTIR分析了GMA加入苯乙烯单体(St)前后,高聚物与木材的界面复合效果与反应机制。SEM和FTIR的分析结果表明: GMA借助其自身的环氧基团,实现了与木材细胞壁上羟基的化学键合,且通过自身的双键实现了与单体St的共聚合,最终使高聚物与木材细胞壁较充分地实现了化学键联;高聚物以立体交联的形式填充于细胞腔中,与细胞壁紧密接触,无明显缝隙,复合效果良好。性能测试结果表明: GMA的加入使耐腐性较未改性前提高8. 56倍。

朱远等研究了 5 种不同木塑比的PVC基木塑复合材料的天然耐腐性能。结果表明：①木塑复合材料的天然耐腐性能为强耐腐等级，腐蚀后质量损失率随着木粉含量的提高而增大，但均小于 3.5%。②通过 SEM 和 DSC 分析，木塑材料受菌侵染后，主要是木质材料受到了破坏。因此，木粉含量越高，受腐蚀程度越大。

李大纲等研究发现木塑复合材料的耐白腐性远远高于杨木，重量损失率都小于 10%，属于耐腐性材料，四种木塑复合材料之间，以 PE 木塑复合材料的耐白腐性最好，其次是 PP 木塑复合材料，而夹竹条的木塑复合材料的耐白腐性最差，但四种材料之间都相差不大。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

1. 制备不同木塑复合材料试样条：分别选用不同目数的木粉，与不同种类(hdpe、pp、abs)的树脂进行复合制备木塑复合材料试样条及一定数量的纯塑料试样条。

2. 木塑复合材料的腐蚀试验：将试样条在腐蚀条件（盐酸、氢氧化钠、氯化钠溶液）下浸泡一定时间，进行腐蚀过程。

4. 研究创新点

(1) 木塑复合材料相较于普通木材具有更优异的使用性能。通过制备不同配方的木塑复合材料，进行性能对比，得出综合性能优良的复合配方。

(2) 对木塑复合材料进行腐蚀实验，通过对比研究得出不同木塑复合材料的耐腐蚀性能，目前尚未见文献报道，该研究对木塑复合材料的实际应用具有指导意义。