蒸汽爆破對甘蔗渣聚酯木塑復(fù)合材料的影響

蒸汽爆破對甘蔗渣聚酯木塑復(fù)合材料的影響

木塑料（wpc）用于將烯、丙烯、丙烯和其他材料用作基本材料。將木粉、稻草、稻草等浪費纖維作為加固相，并在一定的加工工藝中生產(chǎn)建筑材料。WPC是現(xiàn)代材料工業(yè)發(fā)展前途光明的綠色材料,也是一項有生命力的創(chuàng)新技術(shù),具有廣闊的市場前景和良好的經(jīng)濟效益和社會效益。1微波處理對秸稈纖維表觀結(jié)構(gòu)的影響RicardoJoséBrugnago等研究了蒸汽爆破對甘蔗渣/聚酯復(fù)合材料的影響。蒸汽爆破降低了半纖維素和酸溶木質(zhì)素的含量,增加了酸不溶木質(zhì)素含量。蒸汽爆破堿性溶液預(yù)處理的甘蔗渣纖維,可除去60%的酸不溶木質(zhì)素。蒸汽爆破可改善復(fù)合材料的密度、熱穩(wěn)定性和吸水率。GuangpingHana等研究了蒸汽爆破處理小麥秸稈的特性。蒸汽爆破處理后,秸稈大顆粒減少,纖維束增加。蒸汽溫度越高、保持時間越長、纖維分布越均勻。經(jīng)蒸汽爆破處理的小麥秸稈纖維pH值和酸緩沖能力大大降低,表面接觸角變小,潤濕性得到改善。AnupamaKaushik等用蒸汽爆破的方法處理納米麥秸纖維,纖維直徑在30–70nm。拉伸彈性模量隨納米纖維含量的增加而增大。復(fù)合材料防水性隨納米纖維含量增加而加強,當(dāng)纖維含量大于10%時,納米纖維發(fā)生團聚結(jié)塊,防水性能下降。國內(nèi)劉榮榕的研究表明,未處理的木纖維表面較光滑,經(jīng)過蒸汽爆破處理的木纖維表面粗糙,出現(xiàn)裂紋、裂片和小孔。蒸汽爆破處理時,滲入纖維素內(nèi)部的熱蒸汽水分子氣流迅速膨脹,纖維素的微纖和晶胞間產(chǎn)生摩擦碰撞,無定形區(qū)和晶區(qū)氫鍵發(fā)生重排,纖維素表觀結(jié)晶度增加;纖維素內(nèi)部及周圍熱蒸汽的高速瞬間流動,使纖維素發(fā)生一定程度的機械斷裂,爆破破壞了纖維素分子間的氫鍵作用,使纖維素的滲透性和溶解性都得到了加強。鄧華等研究表明,未經(jīng)微波處理的秸稈纖維,平均粗糙度(Ra)為(86.7±6.335)nm,均方根粗糙度(Rq)為(141.1±9.055)nm;經(jīng)微波處理的秸稈纖維表面較粗糙,出現(xiàn)許多細小孔洞,Ra為(445.0±28.14)nm,Rq為(558.9±33.458)nm,微波輻射處理前后秸稈纖維的表面形態(tài)差異較大。未友國等制備了橡膠發(fā)泡復(fù)合材料,經(jīng)微波處理后的植物纖維形成大量微隙與孔洞,比表面積顯著增大。劉榮榕等用微波處理木粉制備PVC/木粉復(fù)合材料,當(dāng)松木粉經(jīng)微波輻照處理后,木粉內(nèi)的水分迅速生熱汽化,對細胞壁產(chǎn)生蒸汽壓力,當(dāng)蒸汽壓力增至細胞所能承受的最大極限時,細胞的薄弱組織因蒸汽的壓力而發(fā)生破壞,如紋孔膜等。與未處理木粉相比,微波處理的木粉比PVC復(fù)合材料的沖擊強度提高13.79%–28.41%;拉伸強度提高5.87%–27.14%。用微波處理經(jīng)丙烯酰胺水溶液浸潤的木粉制備的PVC/木粉復(fù)合材料,力學(xué)性能得到進一步提高;傅里葉變換紅外光譜分析和掃描電鏡分析表明,丙烯酰胺在木粉表面發(fā)生接枝反應(yīng),木粉與PVC的界面連續(xù)性變好,兩相相容性提高。胡圣飛等研究了甲基丙烯酸甲酯(MMA)在微波作用下改性稻殼粉。MMA在微波作用下能與稻殼粉表面羥基發(fā)生作用生成一種以稻殼粉為核、聚甲基丙烯酸甲酯為殼的改性體,能明顯降低稻殼粉吸水率及復(fù)合材料吸水后的膨脹率,MMA改性稻殼粉的復(fù)合材料吸水后沖擊強度、拉伸強度比用鈦酸酯偶聯(lián)劑處理分別提高17.6%與32.2%。李芳等對木粉進行高溫水蒸汽處理,研究不同蒸汽壓力對木粉結(jié)構(gòu)及WPC性能的影響。高溫蒸汽處理使木粉纖維結(jié)晶度提高,pH值下降,WPC的靜曲強度、拉伸強度、彈性模量分別提高了7.85%、12.49%和34.48%。姜志宏等用氯化芐對木粉進行改性。芐基化楊木粉與聚乙烯可形成穩(wěn)定均勻的界面層,木粉在基體中分散均勻,融合良好,有良好的界面相容性,木粉的芐基化可用于WPC的改性處理。QinLijun等研究了丁基丙烯酸鹽改性稻秸稈纖維-聚乳酸(PLA)復(fù)合材料的力學(xué)性能和熱性能。改性稻秸纖維/PLA復(fù)合材料的拉伸強度比未改性復(fù)合材料增加6MPa,防水性能優(yōu)于未改性復(fù)合材料。鐘鑫比較了木纖維經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑和NaOH溶液兩步表面改性處理與僅用硅烷偶聯(lián)劑進行表面改性的PVC/木纖維復(fù)合材料的拉伸強度,單純使用偶聯(lián)劑對木纖維表面進行處理達不到最佳效果,NaOH處理可提高復(fù)合材料的力學(xué)性能,15%NaOH溶液處理后,復(fù)合材料的拉伸強度最好。20%NaOH溶液處理后,復(fù)合材料的斷裂伸長率、拉伸彈性模量、沖擊強度均較用硅烷偶聯(lián)劑改性的復(fù)合材料好。2纖維原料的用量對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響柴希娟等采用熔融共混法制備二次植物纖維/廢渣粒子混雜增強廢地膜WPC,研究了增容劑馬來酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH)對WPC性能和結(jié)構(gòu)的影響。PE-g-MAH是共混體系的良好增容劑,PE-g-MAH的加入顯著提高了共混體系的力學(xué)性能。ATR和DSC分析表明,PE-g-MAH的加入有效改善了混雜共混物的界面粘著力,提高了基體的結(jié)晶程度。王勛林通過對廢舊聚乙烯(PE)膜回收料進行改性,制備了熱塑性彈性體和WPC。實驗表明,在回收PE/回收膠粉共混物中加入過氧化二異丙苯(DCP)能起到增容的效果。隨DCP含量增加,共混物的拉伸強度持續(xù)增加,斷裂伸長率開始時增加,DCP含量達到0.2份后,斷裂伸長率減小。100%伸長時的永久變形量也隨DCP含量增加而減小。DCP的加入提高了結(jié)晶開始溫度和結(jié)晶溫度,降低了體系的結(jié)晶度,對熔融行為無明顯影響。在回收PE/木粉復(fù)合物體系中加入馬來酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH),可起到增容的效果,且隨PP-g-MAH用量增加,復(fù)合物的拉伸強度和沖擊強度持續(xù)增高。PP-g-MAH的加入對PE的結(jié)晶和熔化行為無明顯影響。劉婷等以馬來酸酐(MAH)、聚乙二醇(PEG)、烯丙基磺酸鈉(SAS)等為原料,通過自由基共聚合成含柔性鏈且具有親水和親油基團結(jié)構(gòu)的水溶性超分散劑,研究不同柔性鏈段、不同用量的超分散劑對劍麻纖維(SF)/聚丙烯(PP)力學(xué)性能的影響。超分散劑用量為3%時,SF/PP的沖擊強度達22.09kJ/m2,比未經(jīng)超分散劑處理的SF/PP提高了40倍。DanielP等研究了麥秸用量、MAH增容劑對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、吸水性能、熱性能和力學(xué)性能的影響。MAH增容劑能明顯改善力學(xué)性能;麥秸用量及纖維尺寸是影響吸水性能的主要因素。C.RavindraReddy等的研究結(jié)果表明,彎曲彈性模量和防水性能隨增容劑PP-g-MAH含量的增加而增大,加入增容劑能有效改善基體與增強體之間的界面。粘土作為另一種增強體對復(fù)合材料彎曲彈性模量和吸水性能影響甚微。YoussefHabibi等在不同木質(zhì)纖維制備的WPC中加入MAH-LDPE增容劑,獲得了較好力學(xué)性能和相容性。纖維化學(xué)成分組成(木質(zhì)素、纖維素、半纖維素)對復(fù)合材料的力學(xué)性能影響顯著。SuharaPanthapulakkal等用麥秸稈、玉米秸稈、玉米穗增強高密度聚乙烯制備WPC。纖維含量越高,試樣吸水性越高,添加增容劑可以降低吸水率。不添加增容劑的試樣,吸水后彎曲性能下降顯著。AlirezaAshori等將PP-g-MAH作為增容劑制備廢舊木/紙復(fù)合材料,由于廢舊報紙纖維(RNF)含有大量的纖維素,RNF質(zhì)量分數(shù)越高,材料在浸泡期內(nèi)吸水率越大。PP-g-MAH可改善纖維-基體界面,對吸水率和厚度膨脹率產(chǎn)生有益作用。3w阻燃涂層膠結(jié)充填材料李珊珊等研究了阻燃劑聚磷酸胺(APP)用量、木粉用量、APP與季戊四醇(PER)復(fù)配比例對PE基WPC阻燃性能的影響。APP對WPC的阻燃規(guī)律與對塑料的阻燃規(guī)律不同,WPC中的大量木粉對APP的阻燃有明顯的協(xié)同作用,PER的協(xié)同作用不顯著;隨著APP用量或木粉用量的增加,WPC的氧指數(shù)(LOI)顯著增加。TGA和SEM分析表明,燃燒后殘?zhí)苛吭黾雍团蛎洶l(fā)泡是APP在WPC中具有阻燃性的主要原因。劉迎濤等用新型高效阻燃劑FRW研制阻燃刨花板、阻燃膠合板和阻燃中密度纖維板,力學(xué)性能和阻燃性能都可達相關(guān)標準。FTIR分析表明,FRW阻燃中密度纖維板的制板工藝條件對FRW阻燃劑的組成和組分分子結(jié)構(gòu)、性能未產(chǎn)生任何負面影響。高巧春等在WPC中加入AC發(fā)泡劑,隨著AC發(fā)泡劑用量的增加,復(fù)合材料的密度降低,沖擊強度先增加后降低,拉伸強度急劇降低;發(fā)泡劑用量為2.5份時,密度最低,為0.90g/cm3,沖擊強度最高,為6.4kJ/m2。涂芳等制備甘蔗渣/LDPE發(fā)泡WPC。發(fā)泡劑使WPC密度降低,發(fā)泡劑用量為1.0份時,材料密度降低了近30%,化學(xué)發(fā)泡法可有效減輕材料的自重;沖擊強度提高了近20%;雖然發(fā)泡造成拉伸強度和彎曲強度的降低,但由于發(fā)泡后密度也降低了,所以其比強度反而得到了提高。劉曉航等在再生PS/廢舊ABS/HDPE/木粉復(fù)合材料中加入SBS彈性體,適量的SBS可起到良好的增韌作用。當(dāng)SBS用量為15份時,復(fù)合材料的沖擊強度由1.7kJ/m2增至3.1kJ/m2,復(fù)合材料的拉伸強度、彎曲強度及加工性能雖有下降,但降低幅度不大。引入SBS沒有導(dǎo)致復(fù)合材料的密度增加,降低了復(fù)合材料的吸水率,使復(fù)合材料的綜合性能得以改善。OmarFaruk等將五種不同類型的納米粘土加入WPC,表明納米粘土類型的適當(dāng)組合可顯著改善HDPE/木粉復(fù)合材料的力學(xué)性能。M.Muasher等比較了不同受阻胺光穩(wěn)定劑和紫外線吸收劑作為WPC光穩(wěn)定劑的性能。在前250h的照射下,木質(zhì)素氧化生成對苯醌發(fā)色團結(jié)構(gòu),隨著對苯醌結(jié)構(gòu)的減少,氫醌導(dǎo)致漂白。高分子量雙酯HALS能夠長期控制材料褪色和泛黃的變化。添加苯并三唑紫外線吸收劑在控制褪色方面對雙酯HALS有增效作用。M.García等在WPC中添加阻燃劑和穩(wěn)定劑,木質(zhì)纖維的加入明顯提高了材料的力學(xué)性能。阻燃劑和光穩(wěn)定劑的添加可改善材料的阻燃性和耐久性。在阻燃劑中添加APP或氫氧化鋁材料可自動滅火。戶外耐久性取決于光穩(wěn)定劑和阻燃劑的配比,阻燃劑不利于戶外耐久性。4老化學(xué)法制備聚合物型鉛鹽材料李大綱等將WPC在戶外陽光、戶外潮濕和土壤三種環(huán)境中放置兩個月、四個月、六個月后,材料表面變白或發(fā)黃。陽光對WPC的顏色影響最大,其次是戶外自然干濕環(huán)境和土壤環(huán)境。在土壤和戶外自然干濕環(huán)境中,材料出現(xiàn)發(fā)霉并有霉斑出現(xiàn)。戶外潮濕環(huán)境對材料的彎曲性能影響最大,其次是陽光環(huán)境和土壤環(huán)境。周嚇星等選取材料破壞載荷的25%和75%兩種應(yīng)力水平,對放置在室內(nèi)、陽光照射、戶外自然環(huán)境和土壤中的木塑地板,進行疲勞/蠕變性能研究,結(jié)果表明,相同的加載方式,戶外自然環(huán)境對材料疲勞/蠕變性能的影響最大,其次是陽光照射,最后是土壤;放置屋頂陽臺曝曬2~6個月后,彎曲性能和抗蠕變能力下降,彎曲強度下降10.09~20.27%,2個月后,應(yīng)變?yōu)槭覝貢r的1.4~1.9倍,4個月后,應(yīng)變開始減小,為室溫時的1.1~1.2倍,6個月后,由于溫濕度和紫外強度下降,應(yīng)變比室溫時小。WPC的蠕變特性具有簡單熱流變材料的特點,遵從時間-溫度-應(yīng)力等效原理。王林娜等研究WPC在氙燈加速老化環(huán)境老化后的性能變化。材料老化后表面褪色,彎曲強度和彎曲彈性模量分別損失10%和20%,表面出現(xiàn)微孔和細小裂縫,表面細長物質(zhì)增多。老化50h后增多的細長物質(zhì)為木粉,老化75h和100h后增多的細長物質(zhì)為HDPE老化斷鏈后的低分子物,老化后材料表面發(fā)生了氧化。張正紅等對4種聚氯乙烯WPC進行加速老化試驗,隨著老化時間增加,材料表面的破壞使木質(zhì)纖維暴露出來,更易吸水,加速了材料老化。材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在微細裂紋,材料分層是性能下降的主要原因,復(fù)合材料鉛鹽體系沖擊強度和拉伸強度的保持率最高。選擇合適的穩(wěn)定劑、改性劑、著色劑、紫外光吸收劑及抗氧劑等,可抑制WPC老化。在木塑材料表面進行氟化處理或噴涂紫外固化透明涂料,可提高制品的耐候性。王樂生等研究了溫度變化對WPC彎曲性能的影響,PE/木粉WPC的彎曲強度在6℃左右達到最大值,當(dāng)溫度升高或降低時,材料的彎曲強度和彎曲彈性模量也降低;WPC的彎曲強度和彎曲彈性模量隨著木質(zhì)纖維含量的增加而增大,在木粉含量為65%時彎曲強度達到最大值。因此,可以根據(jù)使用環(huán)境的不同,選擇合適的配方生產(chǎn)WPC。肖偉等對WPC進行了凍-融循環(huán)材色和質(zhì)量實驗,兩種復(fù)合材料明度隨著凍融周期的增長而增大;復(fù)合材料色差隨著凍融周期的增長而增大;復(fù)合材料的質(zhì)量隨著凍融周期的增長而減少。劉婷等探討了SF/PP復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱性能隨熱氧老化時間的變化規(guī)律,熱氧老化后復(fù)合材料的沖擊強度、彎曲強度和彎曲彈性模量隨劍麻含量的增加而降低;復(fù)合材料中PP相的結(jié)晶速率、結(jié)晶度也有所降低,但復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性基本沒有變化。5材料的彎曲性能李晶晶等用回收的尿不濕邊角料和廢棄的牛奶盒分別與聚乙烯材料復(fù)合開發(fā)出新型的WPC,材料的吸水率和尺寸膨脹率都隨著溫度的增加而升至平衡,三個方向的尺寸膨脹率大小為:厚度>寬度>長度,耐水性能優(yōu)良;三種材料的沖擊強度高于傳統(tǒng)WPC,彎曲強度和彈性模量與傳統(tǒng)WPC接近,抗蠕變性能符合傳統(tǒng)WPC的蠕變規(guī)律。宋衛(wèi)東等在WPC中加入粉煤灰,復(fù)合材料的彎曲性能隨著粉煤灰用量的增加而提高,當(dāng)粉煤灰的用量為10份時,材料的彎曲強度提高了5.1%。姚鵬用廢舊電纜料制備出合格的WPC,撓曲率為0.44%,最大等效應(yīng)力為8.59×106Pa,制得的托盤完全滿足國標所規(guī)定的使用要求。王勛林用廢舊PP編織袋回收料制備WPC,隨回收PP含量的增加,回收PP/PE共混物的拉伸強度和沖擊強度迅速提高。GuoJie等用廢舊非金屬印刷電路板為主要原料制備新型WPC,非金屬的加入提高了彎曲強度和拉伸強度,減少了螺釘拔出強度。當(dāng)非金屬添加量為40%時,彎曲強度為23.4MPa,拉伸強度為9.6MPa,沖擊強度為3.03J/m2,螺釘拔出強度為1755N,力學(xué)性能和熱性能均符合WPC