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隨著木塑復(fù)合材料應(yīng)用的普及添加劑的選擇是一個(gè)重要問題
來源：www.songyuan163.com.cn 發(fā)布時(shí)間：2021年04月24日
木塑復(fù)合材料應(yīng)用越來越普片，比如木塑地板可以應(yīng)用于市政建筑、家庭地板等場景，那么正確選擇添加劑無論是對(duì)塑木復(fù)合材料固有性能的提高還是對(duì)加工性能的改善都是一個(gè)關(guān)鍵的因素。翹曲、開裂、污點(diǎn)問題有時(shí)會(huì)出現(xiàn)在材料的表面上，這時(shí)就需要添加劑的幫助。在復(fù)合材料擠出線上，要獲得合適的擠出速度和光滑的表面從而避免所謂的邊緣開裂也需要添加劑來一展身手。在各種添加劑的選擇中，交聯(lián)劑、潤滑劑、抗氧劑、光穩(wěn)定劑和防霉/抗菌劑對(duì)塑木復(fù)合材料的質(zhì)量影響最大。而對(duì)于塑木復(fù)合材料專用添加劑來說，不同的基體樹脂需要開發(fā)出專門的添加劑來滿足復(fù)合材料制品性能或者加工性能的要求，因此，塑木復(fù)合材料添加劑種類繁多，選擇正確的添加劑，對(duì)復(fù)合材料的生產(chǎn)至關(guān)重要。
交聯(lián)劑的新選擇
交聯(lián)劑將木纖維和基體樹脂鍵合到一起，提高了復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和剛性，同時(shí)也改善了抗開裂模量和彈性模量，這些都是在木材工業(yè)中衡量材料好壞的重要指標(biāo)。交聯(lián)劑也能提高材料的尺寸穩(wěn)定性、抗沖擊強(qiáng)度、光散射性能以及降低蠕變等，這對(duì)于欄桿、樓梯扶手、護(hù)欄等產(chǎn)品來說是非常重要的。對(duì)于用在裝飾裝修材料上的塑木復(fù)合材料，交聯(lián)劑的主要作用是降低材料的吸水性，從而可以避免木纖維因吸水膨脹而引起的應(yīng)力開裂現(xiàn)象的發(fā)生。交聯(lián)劑最主要的應(yīng)用是在聚烯烴基塑木復(fù)合材料上。通過反應(yīng)擠出，聚烯烴碳鏈骨架上接枝馬來酸酐對(duì)樹脂基體進(jìn)行化學(xué)改性，這種化學(xué)改性克服了極性木纖維與非極性基體樹脂之間的不相容性，從而使木纖維和基體樹脂更好地融合在一起。通常這種接枝樹脂的用量為1％~2％。最近，一項(xiàng)新的技術(shù)被開發(fā)出來，科研人員利用長鏈?zhǔn)瀸?duì)木纖維/PVC進(jìn)行改性，從而克服了采用接枝技術(shù)進(jìn)行化學(xué)改性的困難。
潤滑劑
潤滑劑能夠改善塑木復(fù)合材料的表面性能并且能夠提高生產(chǎn)效率。塑木復(fù)合材料通常使用的潤滑劑有乙撐雙硬脂酸酰胺(EBS)、硬脂酸鋅、石蠟和氧化聚乙烯等。EBS和硬脂酸鋅廣泛應(yīng)用于HDPE基塑木復(fù)合材料上，但是由于硬脂酸鹽的存在將削弱馬來酸酐的交聯(lián)作用，交聯(lián)劑和潤滑劑的效率都會(huì)因此而下降，所以，更多新型的潤滑劑相繼被開發(fā)出來。一般說來，塑木復(fù)合材料的潤滑劑用量是普通塑料的2倍。對(duì)于木纖維含量在50％~60％的塑木復(fù)合材料而言，HDPE基材料的潤滑劑用量為4％~5％，PP基材料潤滑劑的用量為1％~2％，PVC基材料潤滑劑的用量為5％~10％。
抗氧劑
對(duì)塑木制品，傳統(tǒng)的主抗氧劑選用的是BHT和1010兩大類。BHT價(jià)格略低，后期耐熱氧化效果不錯(cuò)，但BHT自身氧化后結(jié)合，會(huì)形成DTNP，其結(jié)構(gòu)本身就是一種黃色顏料，對(duì)產(chǎn)品有色污，所以應(yīng)用并不廣泛。而1010不光在塑木制品中，在整個(gè)高分子產(chǎn)業(yè)鏈中都有著廣泛的應(yīng)用，目前也是全球使用量最大、也是最廣泛的主抗氧劑。此外，與1010同屬于受阻酚類的1076一直被大家所忽視。其實(shí)1076雖然有效含量不如1010，但是憑借更好的相容性，少量添加搭配1010一起使用效果更好。
光穩(wěn)定劑
在抗紫外線方面，光穩(wěn)定劑的使用經(jīng)歷了幾代變化與革新。最早在塑木行業(yè)使用的光穩(wěn)定劑是紫外線吸收劑531，該產(chǎn)品為全球第一支紫外線吸收劑，也是目前使用最廣泛的耐UV產(chǎn)品。其能量轉(zhuǎn)化主要機(jī)理，分子具有高共軛結(jié)構(gòu)，對(duì)紫外光具有比較強(qiáng)的吸收作用，受激后分子內(nèi)可形成氫鍵環(huán)，能使處于電子激發(fā)態(tài)的分子通過能量轉(zhuǎn)換形式變成振動(dòng)激發(fā)基態(tài)，以熱能的形式有效地減活，同時(shí)分子中的羥基被吸收的紫外光能量所激發(fā)，產(chǎn)生可逆的酚式-醌式互變異構(gòu)，在一定程度上是很穩(wěn)定的。塑木企業(yè)通過優(yōu)化配方，使用光穩(wěn)定劑622取代部分531，兩者搭配使用以降低成本，部分企業(yè)則純?yōu)槌杀究紤]，只用光穩(wěn)定劑622，效果在某種意義上相對(duì)遜色；也有采用UV-9來替代531，但由于UV-9的自身活性太高，之前主要應(yīng)用于如防曬霜等領(lǐng)域，耐久性效果不佳，在塑木制品中應(yīng)用很少。
防霉/抗菌劑
通過添加防霉抗菌劑來保護(hù)塑木復(fù)合材料免受霉菌的侵害。在塑木防霉抗菌劑的開發(fā)方面，目前僅少數(shù)幾家公司推出了幾種塑木制品專用防霉抗菌劑。
目前被采納的幾類產(chǎn)品各有利弊：一類是硼鋅混合鹽，該產(chǎn)品對(duì)霉菌和木腐菌都有一定的抑 制能力，同時(shí)還具有較好的熱穩(wěn)定性和UV穩(wěn)定性，加入還可以提高材料的阻燃性能，但是該產(chǎn)品的有效添加量至少在2%以上，添加量高、添加成本高，而且對(duì)塑木制品的力學(xué)性能有不好的影響；另一類是含砷有機(jī)化合物，該成分在塑料廣泛應(yīng)用，具有添加量少，防霉性能強(qiáng)等特點(diǎn)，但是由于該物質(zhì)含砷，達(dá)不到REACH和ROSH認(rèn)證，因此塑木生產(chǎn)企業(yè)采用的也比較少。碘代丙炔基氨基甲酸丁酯，該成分對(duì)霉菌和酵母菌有很強(qiáng)的抑殺作用，但是在高溫條件下易變色、成本較高等問題不為塑木生產(chǎn)企業(yè)所接受。因此具備抗菌譜寬、抑菌能力強(qiáng)、耐高溫、毒性低、與塑木其他組分有良好的相容性的防霉/抗菌劑是發(fā)展趨勢(shì)。云南駝峰木塑復(fù)合材料具有耐用、使用壽命長，有木材的外觀，比塑料制品硬度高，剛性強(qiáng)；可抗強(qiáng)酸堿，耐水、耐腐蝕，并且不繁殖細(xì)菌，不易被蟲蛀，不長真菌，耐老化、耐腐蝕、吸水性小、阻燃性好，零甲醛，無污染、防酶殺菌性好，正常情況下戶外環(huán)境中可用20年以上。
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交聯(lián)劑的新選擇
交聯(lián)劑將木纖維和基體樹脂鍵合到一起，提高了復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和剛性，同時(shí)也改善了抗開裂模量和彈性模量，這些都是在木材工業(yè)中衡量材料好壞的重要指標(biāo)。交聯(lián)劑也能提高材料的尺寸穩(wěn)定性、抗沖擊強(qiáng)度、光散射性能以及降低蠕變等，這對(duì)于欄桿、樓梯扶手、護(hù)欄等產(chǎn)品來說是非常重要的。對(duì)于用在裝飾裝修材料上的塑木復(fù)合材料，交聯(lián)劑的主要作用是降低材料的吸水性，從而可以避免木纖維因吸水膨脹而引起的應(yīng)力開裂現(xiàn)象的發(fā)生。交聯(lián)劑最主要的應(yīng)用是在聚烯烴基塑木復(fù)合材料上。通過反應(yīng)擠出，聚烯烴碳鏈骨架上接枝馬來酸酐對(duì)樹脂基體進(jìn)行化學(xué)改性，這種化學(xué)改性克服了極性木纖維與非極性基體樹脂之間的不相容性，從而使木纖維和基體樹脂更好地融合在一起。通常這種接枝樹脂的用量為1％~2％。最近，一項(xiàng)新的技術(shù)被開發(fā)出來，科研人員利用長鏈?zhǔn)瀸?duì)木纖維/PVC進(jìn)行改性，從而克服了采用接枝技術(shù)進(jìn)行化學(xué)改性的困難。
潤滑劑
潤滑劑能夠改善塑木復(fù)合材料的表面性能并且能夠提高生產(chǎn)效率。塑木復(fù)合材料通常使用的潤滑劑有乙撐雙硬脂酸酰胺(EBS)、硬脂酸鋅、石蠟和氧化聚乙烯等。EBS和硬脂酸鋅廣泛應(yīng)用于HDPE基塑木復(fù)合材料上，但是由于硬脂酸鹽的存在將削弱馬來酸酐的交聯(lián)作用，交聯(lián)劑和潤滑劑的效率都會(huì)因此而下降，所以，更多新型的潤滑劑相繼被開發(fā)出來。一般說來，塑木復(fù)合材料的潤滑劑用量是普通塑料的2倍。對(duì)于木纖維含量在50％~60％的塑木復(fù)合材料而言，HDPE基材料的潤滑劑用量為4％~5％，PP基材料潤滑劑的用量為1％~2％，PVC基材料潤滑劑的用量為5％~10％。
抗氧劑
對(duì)塑木制品，傳統(tǒng)的主抗氧劑選用的是BHT和1010兩大類。BHT價(jià)格略低，后期耐熱氧化效果不錯(cuò)，但BHT自身氧化后結(jié)合，會(huì)形成DTNP，其結(jié)構(gòu)本身就是一種黃色顏料，對(duì)產(chǎn)品有色污，所以應(yīng)用并不廣泛。而1010不光在塑木制品中，在整個(gè)高分子產(chǎn)業(yè)鏈中都有著廣泛的應(yīng)用，目前也是全球使用量最大、也是最廣泛的主抗氧劑。此外，與1010同屬于受阻酚類的1076一直被大家所忽視。其實(shí)1076雖然有效含量不如1010，但是憑借更好的相容性，少量添加搭配1010一起使用效果更好。
光穩(wěn)定劑
在抗紫外線方面，光穩(wěn)定劑的使用經(jīng)歷了幾代變化與革新。最早在塑木行業(yè)使用的光穩(wěn)定劑是紫外線吸收劑531，該產(chǎn)品為全球第一支紫外線吸收劑，也是目前使用最廣泛的耐UV產(chǎn)品。其能量轉(zhuǎn)化主要機(jī)理，分子具有高共軛結(jié)構(gòu)，對(duì)紫外光具有比較強(qiáng)的吸收作用，受激后分子內(nèi)可形成氫鍵環(huán)，能使處于電子激發(fā)態(tài)的分子通過能量轉(zhuǎn)換形式變成振動(dòng)激發(fā)基態(tài)，以熱能的形式有效地減活，同時(shí)分子中的羥基被吸收的紫外光能量所激發(fā)，產(chǎn)生可逆的酚式-醌式互變異構(gòu)，在一定程度上是很穩(wěn)定的。塑木企業(yè)通過優(yōu)化配方，使用光穩(wěn)定劑622取代部分531，兩者搭配使用以降低成本，部分企業(yè)則純?yōu)槌杀究紤]，只用光穩(wěn)定劑622，效果在某種意義上相對(duì)遜色；也有采用UV-9來替代531，但由于UV-9的自身活性太高，之前主要應(yīng)用于如防曬霜等領(lǐng)域，耐久性效果不佳，在塑木制品中應(yīng)用很少。
防霉/抗菌劑
通過添加防霉抗菌劑來保護(hù)塑木復(fù)合材料免受霉菌的侵害。在塑木防霉抗菌劑的開發(fā)方面，目前僅少數(shù)幾家公司推出了幾種塑木制品專用防霉抗菌劑。
目前被采納的幾類產(chǎn)品各有利弊：一類是硼鋅混合鹽，該產(chǎn)品對(duì)霉菌和木腐菌都有一定的抑 制能力，同時(shí)還具有較好的熱穩(wěn)定性和UV穩(wěn)定性，加入還可以提高材料的阻燃性能，但是該產(chǎn)品的有效添加量至少在2%以上，添加量高、添加成本高，而且對(duì)塑木制品的力學(xué)性能有不好的影響；另一類是含砷有機(jī)化合物，該成分在塑料廣泛應(yīng)用，具有添加量少，防霉性能強(qiáng)等特點(diǎn)，但是由于該物質(zhì)含砷，達(dá)不到REACH和ROSH認(rèn)證，因此塑木生產(chǎn)企業(yè)采用的也比較少。碘代丙炔基氨基甲酸丁酯，該成分對(duì)霉菌和酵母菌有很強(qiáng)的抑殺作用，但是在高溫條件下易變色、成本較高等問題不為塑木生產(chǎn)企業(yè)所接受。因此具備抗菌譜寬、抑菌能力強(qiáng)、耐高溫、毒性低、與塑木其他組分有良好的相容性的防霉/抗菌劑是發(fā)展趨勢(shì)。云南駝峰木塑復(fù)合材料具有耐用、使用壽命長，有木材的外觀，比塑料制品硬度高，剛性強(qiáng)；可抗強(qiáng)酸堿，耐水、耐腐蝕，并且不繁殖細(xì)菌，不易被蟲蛀，不長真菌，耐老化、耐腐蝕、吸水性小、阻燃性好，零甲醛，無污染、防酶殺菌性好，正常情況下戶外環(huán)境中可用20年以上。
