木塑材料添加剂详解

木塑复合材料添加剂概论

1概述

木塑复合材料经常要有一些助剂加入，如偶联剂、光稳定剂、色素、润滑剂、杀真菌剂和发泡剂。下表列举了常用助剂及其在复合材料中所起的作用。

由于木粉具有较强的吸水性，且极性很强，而热塑性塑料多数为非极性的，具有疏水性，所以两者之

间的相容性较差，界面的粘结力很小，常需使用适当的添加剂来改性聚合物和木粉的表面，以提高木粉与

树脂之间的界面亲和能力。而且，高填充量木粉在熔融的热塑性塑料中分散效果差，常以某种聚集状态的

形式存在，使得熔体流动性差，挤出成型加工困难，需加入表面处理剂来改善流动性以利于挤出成型。同时，塑料基体也需要加入各种助剂来改善其加工性能及其成品的使用性能，提高木粉和聚合物之间的结合

力和复合材料的机械性能。常用的添加剂包括如下几类：

a)偶联剂能使塑料与木粉表面之间产生强的界面结合；同时能降低木粉的吸水性，提高木粉与

塑料的相容性及分散性，所以复合材料的力学性能明显提高。常用的偶联剂主要有：异氰酸盐、过氧化异

丙苯、铝酸酯、酞酸酯类、硅烷偶联剂、马来酸酐改性聚丙剂(MAN-g-PP)、乙烯-丙烯酸酯(EAA)。一般偶

联剂的添加量为木粉添加量的1wt%～8wt%，如硅烷偶联剂可以提高塑料与木粉的粘结力，改善木粉的分散性，减少吸水性，而用碱性处理木粉只能改善木粉的分散性，不能改善木粉的吸水性及其与塑料的粘结性。需注意的是马来酸盐偶联剂与硬脂酸盐润滑剂会发生相斥的反应，一起使用时导致产品质量和产量降低。

b)增塑剂对于一些玻璃化温度和熔融流动粘度较高的树脂如硬度PVC，与木粉进行复合时加工

困难，常常需要添加增塑剂来改善其加工性能。增塑剂分子结构中含有极性和非极性两种基因，在高温剪切作用下，它能进入聚合物分子链中，通过极性基因互相吸引形成均匀稳定体系，而它较长的非极性分子的插入减弱了聚合物分子的相互吸引，从而使加工容易进行。在木塑复合材料中常要加入的增塑剂有邻苯二甲酸二丁酯(DOS)等。如在PVC木粉复合材料中，加入增塑剂DOP可以降低加工温度，减少木粉分解和发烟，改善随着增剂DOP含量的增加，复合材料的拉伸强度下降而断裂伸长率增加。

c)润滑剂木塑复合材料常常需要加入润滑剂来改善熔体的流动性和挤出制品的表面质量，所使用的润滑剂分为内润滑剂和外润滑剂。内润滑剂的选择与所用的基体树脂有关，它必须与树脂在高温下具有很好的相容性，并产生一定的增塑作用，降低树脂内分子间的内聚能，削弱分子间的相互摩擦，以达到降低树脂熔融粘度、改善熔融流动性的目的。外润滑剂在塑料成型加工中实际上起了树脂与木粉之间界面润滑的作用，其主要功能是促进树脂粒子的滑动。通常一种润滑剂往往兼备内、外两种润滑性能。润滑剂对模具、料筒、螺杆的使用寿命，挤出机的生产能力，生产过程中的能耗，制品表面的光洁度及型材的低温冲击性能都有一定的影响。常用的润滑剂有：硬胆酸锌、乙撑双脂肪酸酰胺、聚酯蜡、硬脂酸、硬脂酸铅、聚乙烯蜡、石蜡、氧化聚乙烯蜡等。

d)着色剂在木塑复合材料使用过程中，木粉中的可溶剂物质易迁移到产品表面，使产品脱色，并最终变成灰色，不同产品在一定使用环境下，还会产生黑斑或锈斑。所以，着色剂在木塑复合材料生产中也有着较为广泛的应用。它能使制品有均匀稳定的颜色，且脱色慢。

e)发泡剂木塑复合材料具有很多优点，但由于树脂与木粉的复合，使其延展性和耐冲击性降低，材料脆，密度也比传统木制品大近2倍，限制了它的广泛使用。而经发泡后的木塑复合材料由于存在良好的泡孔结构，可钝化裂纹尖端并有效阻止裂纹的扩张，从而显著提高了材料的抗冲击性能和延展性，且大大降低了制品的密度。发泡剂种类很多，常用的主要有两种：吸热型发泡剂(如碳酸氢钠NaHCO3)和放热型发泡剂(偶氮二甲酰胺AC)，其热分解行为不同，对聚合物熔体的粘弹性和发泡形态有着不同的影响，因而要根据制品的使用要求选择适当的发泡剂。

f)紫外线稳定剂及其它紫外线稳定剂的应用也随着人们对木塑复合材料质量和耐用性要求的提高得到迅速发展。它能使复合材料中聚合物不发生降解或力学性能下降。常用的有受阻胺类光稳定剂和紫外线吸收剂。另外，为了使复合材料能保持良好的外观和完美的性能，常常需要加入防菌剂，防菌剂的选择要考虑木粉的种类、添加量、复合材料使用环境中的菌类、产品的含水量等多种因素。如硼酸锌可以防腐但不能防藻类。

2木塑复合材料相容性

目前世界各国对各种废旧塑料污染进行了全方位治理，并已取得了一定的成效，其中用木粉或植物纤维填充，经专用设备挤出、压制或注塑成型，可用来在某些场合替代木材制品的塑木制品尤为实用。该成果是近年来国外发展较快且经济效益显著的实用型新技术，可广泛用于包装、建筑等行业，产品可制成板材、型材、片材、管材等，并具有木材的加工优点。

木粉与废旧塑料复合材料的开发与研究不但可以提供充分利用自然资源的机会，而且也可以减轻由于废旧塑料而引起的环境污染，因此，这种塑木复合材料是一种节约能源、保护环境的绿色环保材料。其应用范围也很广，主要应用在建材、汽车工业、货物的包装运输、装饰材料及日常生活用具等方面，有广阔的发展前景。木粉作为塑料的一种有机填料，具有许多其他的无机填料所无法比拟的优良性能：来源广泛、价格低廉、密度低、绝缘性好、对加工设备磨损小。但它并没有像无机填料那样得到广泛应用，原因主要有与基体树脂的相容性差、在熔融的热塑性塑料中分散效果差、流动性差、挤出成型加工困难等。

随着塑木技术的不断发展和环保需求的日益提高，塑木技术已由单一组分的废旧塑料和木粉共混合生产塑木制品，向多组分废旧塑料和木粉共混合生产塑木制品过渡，这样多组分的废旧塑料间的相容性就变得十分重要。

由于木粉中主要成分是纤维素，纤维素中含大量的羟基，这些羟基形成分子间氢键或分子内氢键，使木粉具有吸水性，吸湿率可达8％～12％，且极性很强；而热塑性塑料多数为非极性的，具有疏水性，所以两者之间的相容性较差，界面的粘结力很小。使用适当的添加剂来改性聚合物—木粉表面，可以提高木粉与树脂之间的界面亲和能力，且改性的木粉填料具有增强的性质，能够很好地传递填料与树脂之间的应力，从而达到增强复合材料强度的作用。因此，要得到性能优良、符合条件的塑木复合材料，首先要解决的是材料相容性的问题。

相容性问题主要靠加入各种添加剂来解决。

(1)偶联剂法

偶联剂可以提高无机填料、无机纤维与基体树脂之间的相容性，同时也可改善木粉与聚合物之间的界面状况。硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂是应用最广泛的两类偶联剂。实验表明，这两种偶联剂都能改善填料与树脂的相容性。美国专利US 518802介绍了相关处理方法。US 5480602还介绍了聚亚胺酯类偶联剂的应用。

(2)相容剂法

加入相容剂是最简单而且很有效的方法。据报道，合适的相容剂有马来酸酐等接枝的植物纤维或马来酸酐改性的聚烯烃树脂、丙烯酸酯共聚物、乙烯丙烯酸共聚物。这些相容剂中大部分含有羧基或酐基，能够与木粉中的羟基发生酯化反应，从而降低木粉的极性和吸湿性，使其与树脂有很好的相容性。美国专利

US 5120776、US 5886078、US 5773138、US 5516472讨论了相关的相容剂。

不同的添加剂的用量对复合材料的拉伸强度、相容性都有不同程度的影响，故筛选合适的添加剂至关重要。

偶联剂的用量与填料的活化效果并非成正比关系，而是与偶联剂在木粉颗粒表面的状况有关。木粉颗粒在基体中并不是理想的单独分散状态，而以某种聚集状态的形式存在。呈聚集态的木粉对填充体系流动性能的影响是不利的，可加人适量的硬脂酸来降低木粉颗粒的集聚数量，改善成团现象，使其向基体树脂中充分分散。此外，塑木复合材料在熔融状态时属于假塑性流体。，随着剪切速率的增加，表观粘度下降。所以为了使填充体系具有良好的加工流动性能，应当尽可能采用较高的剪切应力，以降低填充体系的剪切粘度，使之适合于挤出成型加工。

针对塑木加工工艺而开发专用相容剂是塑木生产技术的一个重要方面。

较为实用的塑木用相容剂

现介绍四种用于塑木加工的复配相容剂：

A一氯化聚乙烯体系；