CN102786748A - 一种利用木纤维对pvc进行改性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用木纤维对PVC进行改性的方法，本发明对木纤维进行了改性处理，研究了木纤维/PVC复合材料的形态结构与力学性能，结果表明:硅烷偶联剂和大分子偶联剂混合使用能改善木纤维与PVC的界面粘接，经过偶联剂处理的木纤维/PVC复合材料的力学性能较未处理木纤维/PVC材料高，虽然木纤维/PVC复合材料不能作为结构材料使用，但可作轻质低成本的木塑材料使用。

Description

一种利用木纤维对PVC进行改性的方法

技术领域

本发明涉及PVC的一种改性方法，具体涉及一种利用木纤维对PVC进行改性的方法。

背景技术

聚氯乙烯是五大通用树脂之一，其产量仅次于聚乙烯。随着化学建材的大量推广和使用，PVC硬制品的使用比例不断提高，尤其是管材、板材和型材等需求增长迅速，因此对聚氯乙烯的使用性能有了更高的要求。聚氯乙烯树脂较脆，传统增韧改性技术通常是在树脂中加人橡胶弹性体，却是以降低材料宝贵的刚性、耐热性、尺寸稳定性为代价的。

PVC的改性方法很多，针对不同的应用目的可以采用不同的改性方法或改性技术，PVC的改性方法大致可以分为两类，即化学改性和物理改性。此外还有新兴的纳米改性。

树脂通过纤维增强构成复合材料是大幅度提高其综合性能的有效途径。从20世纪60年代开始，国内外均对纤维增强塑料作过不少研究，对纤维增强PVC材料的研究主要是采用短切玻璃纤维为增强材料，以往的研究表明，30%的玻璃纤维与树脂复合能明显提高材料的强度和刚度，而填充量太低则增强效果不明显，近年来纤维增强PVC的研究发展较快，人们采用了剑麻纤维、尼龙纤维、聚酷纤维、涤纶纤维与PVC复合，也取得了较好的增强效果，但大多数研究未涉及复合材料的加工性能研究，由于纤维增强PVC材料的加工粘度大和耐热性差，上述材料一直难以形成大规模的工业化生产(尤其是大型制件的生产)而进入市场。

目前木纤维/热塑性塑料共混中存在的问题主要是：纤维与树脂的相容性和纤维的热机械性差。对木粉进行表面处理可提高纤维与树脂的相容性，控制合适的加工条件可以保证木纤维的稳定性。

本发明研究了偶联剂处理对木粉/PVC复合材料性能及结构的影响。

发明内容

本发明提供了一种利用木纤维对PVC进行改性的方法，本发明对木纤维进行了改性处理，研究了木纤维/PVC复合材料的形态结构与力学性能，结果表明:硅烷偶联剂和大分子偶联剂混合使用能改善木纤维与PVC的界面粘接，经过偶联剂处理的木纤维/PVC复合材料的力学性能较未处理木纤维/PVC材料高，虽然木纤维/PVC复合材料不能作为结构材料使用，但可作轻质低成本的木塑材料使用。

1.      一种利用木纤维对PVC进行改性的方法，其特征在于木纤维/PVC复合材料的制备过程为：将木粉与PVC树脂、复合稳定剂等其他助剂按一定配比混合均匀，在密炼机上密炼，转速60 r/min，温度控制在170℃左右，密炼时间为10-15分钟。密炼机出料后立即将热物料放在开炼机上进行压片，所压薄片负重冷却。使片材不卷曲，再将薄片剪成小片，叠放在不锈钢模具中在温度为175℃、压力为15 MPa时用硫化平板仪预压3分钟后进行一次补料，然后继续压制15分钟后保压冷却至室温，定型后取出制成复合材料试样。

2.      步骤1所述的木粉的处理方法为：（1）碱处理:用15%的NaOH溶液浸泡木粉60 h，用蒸馏水冲洗干净，去掉残留的NaOH，将冲洗干净的木粉干燥。(2) 热处理:将木粉放入125℃烘箱内连续烘10 h，以去除木粉中的水分和其它易挥发组分及易分解组分。(3)偶联剂处理:将偶联剂与丙酮搅拌配置成一定浓度的溶液。木粉放入高速混合机内，并加入偶联剂的丙酮溶液，搅拌混合均匀后，在室温下放置24 h，使丙酮充分挥发，再将木粉放入125℃烘箱3 h后取出待用。

3.      步骤1所述的木粉吸油值的测定方法为：称量一定量的木粉(未处理和处理后的)，滴加邻苯二甲酸二丁醋直到木粉充分浸透为止，再称量滴定后木粉的质量，按下式计算出吸油率(疏水率)。

4.      步骤3所述的木粉的吸油值高为120，用偶联剂处理木粉对其表面性能有较大的改善。偶联剂的最佳用量为2%。

5.      步骤1所述的拉伸强度按国标GB/T1043-92测试；冲击强度按国标GB/T1043-93测试。

6.      步骤1所述的木纤维填充量、不同偶联剂对复合材料的拉伸强度的影响很大，偶联剂的最佳用量为1%。

7.      步骤1所述的木纤维填充量、不同偶联剂对复合材料的冲击强度的影响不大，混合偶联剂处理效果相对较好。

附图说明

图1木纤维/PVC复合材料的拉伸强度曲线。

图2木纤维/PVC复合材料的冲击强度曲线。

具体实施方式

下面的实施例对本发明作详细说明，但对本发明没有限制。

实施例1  

本实施例说明不同偶联剂对木粉处理后的吸油值的影响，一般对于用偶联剂处理填料效果的好坏，可以用吸油值进行分析。若处理效果越好则填料吸油值越高。表1是几种常见填料的吸油值，常见填料中轻质碳酸钙对DBP的吸油值较高，为120，而木粉的吸油值则更高为192.4，这可能是由于木粉作为一种有机填料，其密度较小，材质疏松以及结构上的原因，因而其对DBP的吸收量较多。

表2是几种偶联剂对木粉处理后的吸油值。从表2可以看出，用偶联剂处理后的木粉的吸油值有了很大提高。可见，用偶联剂处理木粉对其表面性能有较大的改善。偶联剂的最佳用量为2%。

实施例2

本实施例说明木纤维填充量、不同偶联剂对复合材料的拉伸强度的影响，拉伸强度是指实验试样断裂前所受的最大拉伸应力，是考察材料力学性能的一个重要指标。图1所示为木粉填充时拉伸强度与填充量的关系曲线。

由图1可以看出未经过处理的木粉从填充量为5份开始，复合材料的拉伸强度随木粉的填充量的增加而降低，且填充量越大，下降的幅度越大。在填充量为15份时，复合材料的拉伸强度下降了约26.9%，而填充量为超过15份后拉伸强度则迅速下降，填充量为25份时，拉伸强度降低了约50%，且下降幅度非常明显。

采用KH570、混合偶联剂(KH570+大分子偶联剂)处理的木粉填充PVC，随着填充量的增加，拉伸强度先升高再下降，较未处理的木粉填充PVC材料拉伸强度提高55%左右。采用大分子偶联剂处理的木粉填充PVC，材料的拉伸强度严重下降，在填充量达到10份后比未处理的木粉/PVC复合材料强度还低，下降幅度更大，用KH570处理木粉，复合材料的拉伸强度在较低填充量时有所提升，填充量为5份时提高了15%，而后逐渐下降，到20份以后由于木粉团聚现象严重，拉伸强度迅速下降。

各种偶联剂处理的结果表明，采用混合偶联剂效果最好，在填充量为10-15份时，复合材料能保持较高的拉伸强度；采用KH570效果次之，在低填充量5份左右时，复合材料拉伸强度较高；而大分子偶联剂处理木粉，使复合材料拉伸强度大大下降。

实施例3

本实施例说明木纤维填充量、不同偶联剂对复合材料的冲击强度的影响，图2为木粉填充时冲击强度与填充量的关系曲线。可以看出，未处理的木粉和经过处理的木粉/PVC复合材料，随着木粉填充量的增加，复合材料的冲击强度均明显下降，未经过处理的木粉填充量在15份时，冲击强度下降了约65%，填充量在25份时，下降了约75%；经过混合偶联剂处理的木粉冲击强度要稍高于未处理的，相同填充量下混合偶联剂处理的较未处理的木粉/PVC复合材料的冲击强度提高了5-6 MPa；而KH570处理和大分子处理的木粉，较未处理的木粉/PVC复合材料冲击强度变化极小，起不到增韧作用。

各种偶联剂处理结果表明，所选用的几种偶联剂处理效果相差不大，对木粉/PVC体系起不到明显增韧作用，混合偶联剂处理效果相对较好。

Claims (5)

1.一种利用木纤维对PVC进行改性的方法，其特征在于制备过程为：将木粉与PVC树脂、复合稳定剂按一定配比混合均匀，在密炼机上密炼，转速60 r/min，温度控制在170℃左右，密炼时间为10-15分钟；密炼机出料后立即将热物料放在开炼机上进行压片，所压薄片负重冷却；使片材不卷曲，再将薄片剪成小片，叠放在不锈钢模具中在温度为175℃、压力为15 MPa时用硫化平板仪预压3分钟后进行一次补料，然后继续压制15分钟后保压冷却至室温，定型后取出制成复合材料试样。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的木粉首先预处理：（1）碱处理:用15%的NaOH溶液浸泡木粉60 h，用蒸馏水冲洗干净，去掉残留的NaOH，将冲洗干净的木粉干燥；(2) 热处理：将木粉放入125℃烘箱内连续烘10 h；(3)偶联剂处理：将偶联剂与丙酮搅拌配置成溶液；木粉放入高速混合机内，并加入偶联剂的丙酮溶液，搅拌混合均匀后，在室温下放置24 h，使丙酮充分挥发，再将木粉放入125℃烘箱3 h后取出待用。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于偶联剂的用量为1%。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于密炼过程中木粉吸油值的测定方法为：称量一定量的未处理和处理后的木粉，滴加邻苯二甲酸二丁醋直到木粉充分浸透为止，再称量滴定后木粉的质量，按下式计算出吸油率：

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5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于木粉的吸油值高为120，用偶联剂处理木粉对其表面性能有较大的改善，偶联剂的用量为2%。

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