隨著木塑復合材料應用的普及添加劑的選擇是一個重要問題
來源：www.bjmsr.com 發布時間：2021年04月24日
木塑復合材料應用越來越普片，比如木塑地板可以應用于市政建筑、家庭地板等場景，那么正確選擇添加劑無論是對塑木復合材料固有性能的提高還是對加工性能的改善都是一個關鍵的因素。翹曲、開裂、污點問題有時會出現在材料的表面上，這時就需要添加劑的幫助。在復合材料擠出線上，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，交聯劑、潤滑劑、抗氧劑、光穩定劑和防霉/抗菌劑對塑木復合材料的質量影響最大。而對于塑木復合材料專用添加劑來說，不同的基體樹脂需要開發出專門的添加劑來滿足復合材料制品性能或者加工性能的要求，因此，塑木復合材料添加劑種類繁多，選擇正確的添加劑，對復合材料的生產至關重要。
交聯劑的新選擇
交聯劑將木纖維和基體樹脂鍵合到一起，提高了復合材料的彎曲強度和剛性，同時也改善了抗開裂模量和彈性模量，這些都是在木材工業中衡量材料好壞的重要指標。交聯劑也能提高材料的尺寸穩定性、抗沖擊強度、光散射性能以及降低蠕變等，這對于欄桿、樓梯扶手、護欄等產品來說是非常重要的。對于用在裝飾裝修材料上的塑木復合材料，交聯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力開裂現象的發生。交聯劑最主要的應用是在聚烯烴基塑木復合材料上。通過反應擠出，聚烯烴碳鏈骨架上接枝馬來酸酐對樹脂基體進行化學改性，這種化學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，一項新的技術被開發出來，科研人員利用長鏈石蠟對木纖維/PVC進行改性，從而克服了采用接枝技術進行化學改性的困難。
潤滑劑
潤滑劑能夠改善塑木復合材料的表面性能并且能夠提高生產效率。塑木復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和硬脂酸鋅廣泛應用于HDPE基塑木復合材料上，但是由于硬脂酸鹽的存在將削弱馬來酸酐的交聯作用，交聯劑和潤滑劑的效率都會因此而下降，所以，更多新型的潤滑劑相繼被開發出來。一般說來，塑木復合材料的潤滑劑用量是普通塑料的2倍。對于木纖維含量在50％~60％的塑木復合材料而言，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
對塑木制品，傳統的主抗氧劑選用的是BHT和1010兩大類。BHT價格略低，后期耐熱氧化效果不錯，但BHT自身氧化后結合，會形成DTNP，其結構本身就是一種黃色顏料，對產品有色污，所以應用并不廣泛。而1010不光在塑木制品中，在整個高分子產業鏈中都有著廣泛的應用，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。
光穩定劑
在抗紫外線方面，光穩定劑的使用經歷了幾代變化與革新。最早在塑木行業使用的光穩定劑是紫外線吸收劑531，該產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產品。其能量轉化主要機理，分子具有高共軛結構，對紫外光具有比較強的吸收作用，受激后分子內可形成氫鍵環，能使處于電子激發態的分子通過能量轉換形式變成振動激發基態，以熱能的形式有效地減活，同時分子中的羥基被吸收的紫外光能量所激發，產生可逆的酚式-醌式互變異構，在一定程度上是很穩定的。塑木企業通過優化配方，使用光穩定劑622取代部分531，兩者搭配使用以降低成本，部分企業則純為成本考慮，只用光穩定劑622，效果在某種意義上相對遜色；也有采用UV-9來替代531，但由于UV-9的自身活性太高，之前主要應用于如防曬霜等領域，耐久性效果不佳，在塑木制品中應用很少。
防霉/抗菌劑
通過添加防霉抗菌劑來保護塑木復合材料免受霉菌的侵害。在塑木防霉抗菌劑的開發方面，目前僅少數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品各有利弊：一類是硼鋅混合鹽，該產品對霉菌和木腐菌都有一定的抑 制能力，同時還具有較好的熱穩定性和UV穩定性，加入還可以提高材料的阻燃性能，但是該產品的有效添加量至少在2%以上，添加量高、添加成本高，而且對塑木制品的力學性能有不好的影響；另一類是含砷有機化合物，該成分在塑料廣泛應用，具有添加量少，防霉性能強等特點，但是由于該物質含砷，達不到REACH和ROSH認證，因此塑木生產企業采用的也比較少。碘代丙炔基氨基甲酸丁酯，該成分對霉菌和酵母菌有很強的抑殺作用，但是在高溫條件下易變色、成本較高等問題不為塑木生產企業所接受。因此具備抗菌譜寬、抑菌能力強、耐高溫、毒性低、與塑木其他組分有良好的相容性的防霉/抗菌劑是發展趨勢。云南駝峰木塑復合材料具有耐用、使用壽命長，有木材的外觀，比塑料制品硬度高，剛性強；可抗強酸堿，耐水、耐腐蝕，并且不繁殖細菌，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，正常情況下戶外環境中可用20年以上。
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交聯劑的新選擇
交聯劑將木纖維和基體樹脂鍵合到一起，提高了復合材料的彎曲強度和剛性，同時也改善了抗開裂模量和彈性模量，這些都是在木材工業中衡量材料好壞的重要指標。交聯劑也能提高材料的尺寸穩定性、抗沖擊強度、光散射性能以及降低蠕變等，這對于欄桿、樓梯扶手、護欄等產品來說是非常重要的。對于用在裝飾裝修材料上的塑木復合材料，交聯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力開裂現象的發生。交聯劑最主要的應用是在聚烯烴基塑木復合材料上。通過反應擠出，聚烯烴碳鏈骨架上接枝馬來酸酐對樹脂基體進行化學改性，這種化學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，一項新的技術被開發出來，科研人員利用長鏈石蠟對木纖維/PVC進行改性，從而克服了采用接枝技術進行化學改性的困難。
潤滑劑
潤滑劑能夠改善塑木復合材料的表面性能并且能夠提高生產效率。塑木復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和硬脂酸鋅廣泛應用于HDPE基塑木復合材料上，但是由于硬脂酸鹽的存在將削弱馬來酸酐的交聯作用，交聯劑和潤滑劑的效率都會因此而下降，所以，更多新型的潤滑劑相繼被開發出來。一般說來，塑木復合材料的潤滑劑用量是普通塑料的2倍。對于木纖維含量在50％~60％的塑木復合材料而言，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
對塑木制品，傳統的主抗氧劑選用的是BHT和1010兩大類。BHT價格略低，后期耐熱氧化效果不錯，但BHT自身氧化后結合，會形成DTNP，其結構本身就是一種黃色顏料，對產品有色污，所以應用并不廣泛。而1010不光在塑木制品中，在整個高分子產業鏈中都有著廣泛的應用，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。
光穩定劑
在抗紫外線方面，光穩定劑的使用經歷了幾代變化與革新。最早在塑木行業使用的光穩定劑是紫外線吸收劑531，該產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產品。其能量轉化主要機理，分子具有高共軛結構，對紫外光具有比較強的吸收作用，受激后分子內可形成氫鍵環，能使處于電子激發態的分子通過能量轉換形式變成振動激發基態，以熱能的形式有效地減活，同時分子中的羥基被吸收的紫外光能量所激發，產生可逆的酚式-醌式互變異構，在一定程度上是很穩定的。塑木企業通過優化配方，使用光穩定劑622取代部分531，兩者搭配使用以降低成本，部分企業則純為成本考慮，只用光穩定劑622，效果在某種意義上相對遜色；也有采用UV-9來替代531，但由于UV-9的自身活性太高，之前主要應用于如防曬霜等領域，耐久性效果不佳，在塑木制品中應用很少。
防霉/抗菌劑
通過添加防霉抗菌劑來保護塑木復合材料免受霉菌的侵害。在塑木防霉抗菌劑的開發方面，目前僅少數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品各有利弊：一類是硼鋅混合鹽，該產品對霉菌和木腐菌都有一定的抑 制能力，同時還具有較好的熱穩定性和UV穩定性，加入還可以提高材料的阻燃性能，但是該產品的有效添加量至少在2%以上，添加量高、添加成本高，而且對塑木制品的力學性能有不好的影響；另一類是含砷有機化合物，該成分在塑料廣泛應用，具有添加量少，防霉性能強等特點，但是由于該物質含砷，達不到REACH和ROSH認證，因此塑木生產企業采用的也比較少。碘代丙炔基氨基甲酸丁酯，該成分對霉菌和酵母菌有很強的抑殺作用，但是在高溫條件下易變色、成本較高等問題不為塑木生產企業所接受。因此具備抗菌譜寬、抑菌能力強、耐高溫、毒性低、與塑木其他組分有良好的相容性的防霉/抗菌劑是發展趨勢。云南駝峰木塑復合材料具有耐用、使用壽命長，有木材的外觀，比塑料制品硬度高，剛性強；可抗強酸堿，耐水、耐腐蝕，并且不繁殖細菌，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，正常情況下戶外環境中可用20年以上。
