木质素/聚烯烃复合材料界面增容的研究进展
发布时间：2021-10-24 22:58
木质素作为植物界第二大可再生生物质资源,其有效利用技术一直是人们关注的热点。利用共混技术制备木质素/聚烯烃复合材料不仅可以提高木质素的有效利用率,还可以减少化石能源的消耗,提高聚烯烃的环境适应性,是近年来研究的热门课题。然而聚烯烃和木质素之间的界面黏附能力差,直接影响复合材料的性能,因此改善两者的界面相容性对于提升木质素/聚烯烃复合材料的性能至关重要。本文介绍了木质素的结构与性能,分析了木质素与聚烯烃相容性差的原因,同时从增容方法和共混工艺两方面回顾了国内外在木质素/聚烯烃复合材料界面增容方面的研究现状和最新进展,着重阐述了增容剂种类、木质素改性方法、共混工艺参数的改变对复合材料界面相容性的影响。此外,在木质素/聚烯烃复合材料生产生活应用的基础上展望了木质素/聚烯烃复合材料界面增容的发展趋势,指出进一步寻找成本低廉、性能优异的增容剂,探索更有效的复合增容工艺以及引入能量牺牲键将是未来研究的主要方向。
【文章来源】：化工进展. 2020,39(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
环氧基反应增容剂增强木质素/聚烯烃复合材料界面相容性的作用机理[8]
Hu等[11]通过对氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物（SEBS）进行硝化和胺化改性，得到了硝化（SEBS-NO2）和胺化（SEBS-NH2）的SEBS，将其作为一种非活性增容剂与乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）和马来酸酐接枝聚乙烯（MAH-g-PE）的相容性进行了比较。通过对源自软木的硫酸盐木质素与HDPE共混制备的复合材料表征发现，在添加量相同的情况下，SEBS-NH2比SEBS-NO2更能改善复合材料的力学性能，是一种比EVA更有效的增容剂，其增容效率与活性增容剂MAH-g-PE相当，质量分数为2.5%的SEBS-NH2添加量就足以使复合材料的拉伸强度增加一倍。这是因为SEBS-NH2中的胺基同时具有氢键受体和供体位点，使木质素与SEBS-NH2之间的堆积力增大，增强了木质素和SEBS-NH2分子间的相互作用，从而降低了界面能，达到与HDPE更好的相容性。Abdelwahab等[8]以购自印度ALM Private Limited的工业木质素为原料，通过熔融挤出和注射成型工艺制备了木质素/PP复合材料，来比较马来酸酐接枝聚丙烯（MAPP）、甲基丙烯酸丁酯（EBGMA）及其组合为增容剂的增容效果，发现当木质素含量为30%时，加入5%（质量分数）的MAPP，复合材料的拉伸强度从23.1MPa增加到26.5MPa，弯曲强度提高了23%；加入5%（质量分数）的EBGMA，复合材料的冲击强度提高了89%，断裂伸长率提高了310%；而同时加入两种增容剂则是共同促进了复合材料的分散性，使得复合材料的整体力学性能得到了提高。邱学青等[12]将由松木碱法制浆黑液酸析提纯得到的碱木质素与高密度聚乙烯（HDPE）共混制备复合材料，分别添加相同量、不同种类的塑料助剂（KH570、邻苯二甲酸二辛酯、硬脂酸和硬酯酸铝），发现复合材料的断裂拉伸应变都得到了不同程度的提高，其中添加硬脂酸铝复合材料的断裂拉伸应变最高（102.43%），比未添加增容剂的断裂拉伸应变提高了一倍。
这两种反应都消耗了木质素中的羟基，其中TBDMSCl还能与木质素的部分羧基发生反应。由于TBDMSCl具有高疏水性，因此得到的硅烷木质素也具有疏水行为，与水的接触角大于100°；与乙酰化木质素相比，硅化木质素还具有更高的热稳定性。微观测试发现，乙酰化木质素和硅化木质素的颗粒较小，在基体中能够更好地分散，对LDPE基质的黏附力较高，有着较高的相容性，如图4所示。相容性的改善使得复合材料的力学性能和结晶度都得到了提高。(4）木质素的解聚与其他木质素改性相比，木质素的适量解聚不但可以降低木质素的分子量，减小木质素颗粒的尺寸，同时还能降低脂肪族羟基的含量，从而降低木质素的极性，使木质素与非极性基质的相容性得到提高。Kabir等[21-22]采用一种新型低温/低压工艺，制备了解聚工业硫酸盐木质素（DKL）和解聚工业水解木质素（DHL），利用熔融工艺分别将DHL、DKL和IRG ANOX1010(3,5-二叔丁基-4-羟基氢化可卡因酸盐）与聚烯烃（LDPE）共混制备了复合材料。结果表明，与一般方法制备的DHL相比，低温/低压工艺制备的DHL尺寸更小；且随着DHL含量的增加，共混物的氧化诱导时间和活化能都呈线性增长。此外，添加质量分数2.5%的DKL还可以提高聚乙烯的热稳定性；同时DKL/LDPE共混物的拉伸强度要优于纯LDPE或IRG/LDPE的共混物，在相同的热氧老化或紫外老化时间下，DKL/LDPE共混物的拉伸强度也优于纯PE，与IRG/LDPE共混物相当，可见木质素的添加也可以起到类似IRG防氧化、抗老化的作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]含磷木质素基成炭剂的合成及在阻燃聚丙烯中的应用[J]. 王楠,宋艳,李锦春,单雪影,杨荣,吴建明. 高分子材料科学与工程. 2018(04)
[2]木质素/高密度聚乙烯复合材料的遮色及力学性能[J]. 邱学青,陈建浩,蔡振和,周明松. 华南理工大学学报(自然科学版). 2016(06)
[3]LDPE-g-GMA增容LDPE/木质素复合泡沫材料研究[J]. 李季,冯钠,杨亮,王晓鹏,王达. 现代塑料加工应用. 2015(02)
[4]增塑剂对碱木质素/HDPE复合材料性能影响研究[J]. 周明松,孙章建,杨东杰,黄锦浩,邱学青. 高分子学报. 2014(02)
[5]木质素磺酸盐/LLDPE复合材料性能研究[J]. 郭建国,张玉苍,孙岩峰. 塑料工业. 2011(02)
[6]EVA/木质素薄膜的制备与性能研究[J]. 黎先发,罗学刚. 中国塑料. 2006(08)
硕士论文
[1]木质素对聚烯烃塑料的防老化性能研究[D]. 陈建浩.华南理工大学 2016
本文编号：3456152
【文章来源】：化工进展. 2020,39(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
环氧基反应增容剂增强木质素/聚烯烃复合材料界面相容性的作用机理[8]
Hu等[11]通过对氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物（SEBS）进行硝化和胺化改性，得到了硝化（SEBS-NO2）和胺化（SEBS-NH2）的SEBS，将其作为一种非活性增容剂与乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）和马来酸酐接枝聚乙烯（MAH-g-PE）的相容性进行了比较。通过对源自软木的硫酸盐木质素与HDPE共混制备的复合材料表征发现，在添加量相同的情况下，SEBS-NH2比SEBS-NO2更能改善复合材料的力学性能，是一种比EVA更有效的增容剂，其增容效率与活性增容剂MAH-g-PE相当，质量分数为2.5%的SEBS-NH2添加量就足以使复合材料的拉伸强度增加一倍。这是因为SEBS-NH2中的胺基同时具有氢键受体和供体位点，使木质素与SEBS-NH2之间的堆积力增大，增强了木质素和SEBS-NH2分子间的相互作用，从而降低了界面能，达到与HDPE更好的相容性。Abdelwahab等[8]以购自印度ALM Private Limited的工业木质素为原料，通过熔融挤出和注射成型工艺制备了木质素/PP复合材料，来比较马来酸酐接枝聚丙烯（MAPP）、甲基丙烯酸丁酯（EBGMA）及其组合为增容剂的增容效果，发现当木质素含量为30%时，加入5%（质量分数）的MAPP，复合材料的拉伸强度从23.1MPa增加到26.5MPa，弯曲强度提高了23%；加入5%（质量分数）的EBGMA，复合材料的冲击强度提高了89%，断裂伸长率提高了310%；而同时加入两种增容剂则是共同促进了复合材料的分散性，使得复合材料的整体力学性能得到了提高。邱学青等[12]将由松木碱法制浆黑液酸析提纯得到的碱木质素与高密度聚乙烯（HDPE）共混制备复合材料，分别添加相同量、不同种类的塑料助剂（KH570、邻苯二甲酸二辛酯、硬脂酸和硬酯酸铝），发现复合材料的断裂拉伸应变都得到了不同程度的提高，其中添加硬脂酸铝复合材料的断裂拉伸应变最高（102.43%），比未添加增容剂的断裂拉伸应变提高了一倍。
这两种反应都消耗了木质素中的羟基，其中TBDMSCl还能与木质素的部分羧基发生反应。由于TBDMSCl具有高疏水性，因此得到的硅烷木质素也具有疏水行为，与水的接触角大于100°；与乙酰化木质素相比，硅化木质素还具有更高的热稳定性。微观测试发现，乙酰化木质素和硅化木质素的颗粒较小，在基体中能够更好地分散，对LDPE基质的黏附力较高，有着较高的相容性，如图4所示。相容性的改善使得复合材料的力学性能和结晶度都得到了提高。(4）木质素的解聚与其他木质素改性相比，木质素的适量解聚不但可以降低木质素的分子量，减小木质素颗粒的尺寸，同时还能降低脂肪族羟基的含量，从而降低木质素的极性，使木质素与非极性基质的相容性得到提高。Kabir等[21-22]采用一种新型低温/低压工艺，制备了解聚工业硫酸盐木质素（DKL）和解聚工业水解木质素（DHL），利用熔融工艺分别将DHL、DKL和IRG ANOX1010(3,5-二叔丁基-4-羟基氢化可卡因酸盐）与聚烯烃（LDPE）共混制备了复合材料。结果表明，与一般方法制备的DHL相比，低温/低压工艺制备的DHL尺寸更小；且随着DHL含量的增加，共混物的氧化诱导时间和活化能都呈线性增长。此外，添加质量分数2.5%的DKL还可以提高聚乙烯的热稳定性；同时DKL/LDPE共混物的拉伸强度要优于纯LDPE或IRG/LDPE的共混物，在相同的热氧老化或紫外老化时间下，DKL/LDPE共混物的拉伸强度也优于纯PE，与IRG/LDPE共混物相当，可见木质素的添加也可以起到类似IRG防氧化、抗老化的作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]含磷木质素基成炭剂的合成及在阻燃聚丙烯中的应用[J]. 王楠,宋艳,李锦春,单雪影,杨荣,吴建明. 高分子材料科学与工程. 2018(04)
[2]木质素/高密度聚乙烯复合材料的遮色及力学性能[J]. 邱学青,陈建浩,蔡振和,周明松. 华南理工大学学报(自然科学版). 2016(06)
[3]LDPE-g-GMA增容LDPE/木质素复合泡沫材料研究[J]. 李季,冯钠,杨亮,王晓鹏,王达. 现代塑料加工应用. 2015(02)
[4]增塑剂对碱木质素/HDPE复合材料性能影响研究[J]. 周明松,孙章建,杨东杰,黄锦浩,邱学青. 高分子学报. 2014(02)
[5]木质素磺酸盐/LLDPE复合材料性能研究[J]. 郭建国,张玉苍,孙岩峰. 塑料工业. 2011(02)
[6]EVA/木质素薄膜的制备与性能研究[J]. 黎先发,罗学刚. 中国塑料. 2006(08)
硕士论文
[1]木质素对聚烯烃塑料的防老化性能研究[D]. 陈建浩.华南理工大学 2016
本文编号：3456152
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