木塑复合材料添加剂的最新进展

作者：MM《现代塑料》

欢迎访问e展厅 展厅 2 复合材料/胶粘剂展厅 阻尼材料, 环氧树脂, 密封胶, 硅胶, 厌氧胶, ... 目前，木塑复合材料的年产量已经达到13亿磅，年增长率达到20%。在家具装饰、栏杆、隔板、门板、窗框、露台板等产品上都大量使用了木塑复合材料。为此，添加剂供应商们都在挖空心思地寻找更好的添加剂或者开发新品种的添加剂，以使木塑复合材料具有更好的物理性能、更完美的外观质量以及更长的寿命。 在各种添加剂的选择中，交联剂、润滑剂、着色剂、化学发泡剂和杀菌剂对木塑复合材料的质量影响最大。而对于木塑复合材料专用添加剂来说，不同的基体树脂需要开发出专门的添加剂来满足复合材料制品性能或者加工性能的要求，因此，木塑复合材料添加剂种类繁多，选择正确的添加剂，对复合材料的生产至关重要。 交联剂的新选择 交联剂将木纤维和基体树脂键合到一起，提高了复合材料的弯曲强度和刚性，同时也改善了抗开裂模量和弹性模量，这些都是在木材工业中衡量材料好坏的重要指标。交联剂也能提高材料的尺寸稳定性、抗冲击强度、光散射性能以及降低蠕变等，这对于栏杆、楼梯扶手、护栏等产品来说是非常重要的。对于用在装饰装修材料上的木塑复合材料，交联剂的主要作用是降低材料的吸水性，从而可以避免木纤维因吸水膨胀而引起的应力开裂现象的发生。 交联剂最主要的应用是在聚烯烃基木塑复合材料上。通过反应挤出，聚烯烃碳链骨架上接枝马来酸酐对树脂基体进行化学改性，这种化学改性克服了极性木纤维与非极性基体树脂之间的不相容性，从而使木纤维和基体树脂更好地融合在一起。通常这种接枝树脂的用量为1%~2%。最近，一项新的技术被开发出来，科研人员利用长链石蜡对木纤维/PVC进行改性，从而克服了采用接枝技术进行化学改性的困难。 Crompton公司最近开发出的Polybond 3029MP是一种添加了小粒径马来酸酐接枝HDPE的交联剂，具有良好的分散性能。据说，仅仅添加了2%该交联剂的木塑复合材料，其抗弯曲性能就提高了一倍，拉伸强度提高了60%。Crompton公司也同时推出了马来酸处理的PP，其交联性能更加优越，与马来酸酐的结合能力更强。使用这种添加剂获得的试验材料拥有更高的拉伸强度、抗冲击性能，受润滑剂的影响更小，并且吸水性也降低了40%。 Equistar化学公司推出了一系列马来酸酐接枝PE交联剂，这是专门为PE基木塑复合材料开发的交联剂。该公司宣称，采用这种添加剂，PE基木塑复合材料的静曲抗弯强度提高了50%，静曲弹性系数提高了20%。 杜邦公司的马来酸酐接枝的Fusabond MB-226D和MD-353D分别适用于PE基木塑复合材料和PP基木塑复合材料。试验表明，添加了MB-226D的HDPE基木塑复合材料的拉伸强度比未经交联的材料提高了200%~300%。目前，杜邦也在开发新的交联剂产品代替以功能性酸酐单体为主要原料的接枝型交联剂。 克来恩公司推出了两种增容剂。Cesa-mix 8611是一种功能型共聚物，应用在PE或PP基木塑复合材料上，而Cesa-mix 8468在提高PP基木塑复合材料表面性能方面具有更大的优势。克来恩公司最近正在研制适用于PVC基木塑复合材料的交联剂。和聚烯烃不同，木纤维和PVC都是极性的，但是木纤维表面具有的酸性会引起PVC树脂的降解，PVC降解产生的HCl将会对木纤维造成腐蚀。其中一种解决方案是在复合材料加工之前用稳定剂处理木纤维。Mark W15就是这样一种木纤维胶粒，该产品能够作为增容剂和热稳定剂使用，并能够显著改善材料的拉伸强度和弯曲强度。 润滑剂的重要性 润滑剂能够改善木塑复合材料的表面性能并且能够提高生产效率。木塑复合材料通常使用的润滑剂有乙撑双硬脂酸酰胺(EBS)、硬脂酸锌、石蜡和氧化聚乙烯等。EBS和硬脂酸锌广泛应用于HDPE基木塑复合材料上，但是由于硬脂酸盐的存在将削弱马来酸酐的交联作用，交联剂和润滑剂的效率都会因此而下降，所以，更多新型的润滑剂相继被开发出来。 一般说来，木塑复合材料的润滑剂用量是普通塑料的2倍。对于木纤维含量在50%~60%的木塑复合材料而言，HDPE基材料的润滑剂用量为4%~5%，PP基材料润滑剂的用量为1%~2%，PVC基材料润滑剂的用量为5%~10%。 Struktol公司开发的TEP113是一种应用在聚烯烃基木塑复合材料上的润滑剂，这是一种新型的非硬脂酸盐润滑剂。而对于PVC基木塑复合材料而言，Struktol公司的TPW-012 和TR-251是非常适合的。 未添加润滑剂而挤出的木塑复合材料 Lonza 公司也推出了性能更加优良的润滑剂以取代标准的EBS和硬脂酸锌体系。Glycolube WP-2200是一种不含硬脂酸盐的氨基润滑剂。据报道，它不但能够应用在HDPE木塑复合材料上，在PP基木塑复合材料以及PVC基木塑复合材料上也具有潜在的应用优势。试验表明，如果将该润滑剂添加到复合材料中进行挤出成型，其用量从4.5%减少到3%，而挤出效率却提高了2倍。 Cesa-process 9102是克来恩公司最新研制成功的一种专门用在聚烯烃基木塑复合材料的润滑剂，这是一种含有氟弹性体的产品。该公司的另外两种产品Cesa-process 8593 和 8633也应用在同一领域，只是使用范围略有不同。Cesa-process 8477则具有更高的润滑性，适合于聚烯烃基木塑复合材料的挤出和注射。 Ferro聚合物添加剂公司开发出了两种新的润滑剂系列。SXT 2000系列是硬脂酸盐和非硬脂酸盐的混合物，SXT 3000润滑体系则完全不含硬脂酸盐。尽管SXT 3000润滑体系的价格相对较高，但是该润滑体系的效率也极高。因此，在复合材料的挤出过程中，极低的润滑剂用量就能够获得良好的效果，从而使该产品具有较高的性价比。 Reedy国际公司也推出了三种专门用于发泡PVC基木塑复合材料的润滑剂。Safoam WSD即是基于此而开发出来的一种润滑剂和抗氧剂。该产品可以使PP和PVC基木塑复合材料的木粉含量在达到70%时，熔体仍然能够顺利地挤出。据称，Safoam WLB是一种独一无二的以HDPE蜡为主要原料的外部润滑剂，适用于PVC、PP、HDPE基木塑复合材料。它的用量非常低，而且这种润滑体系比传统的EBS /硬脂酸盐体系具有更好的润滑性。 着色剂 着色剂在木塑复合材料的仿木纹表面以及材料的抗紫外线性能方面起着重要的作用。色母粒供应商期望得到永不退色的、高反射率的、强耐候性的颜料，并希望用最低的成本满足消费者的要求。为防止退色，颜料的添加量可能达到1%~3%甚至更高，这无形中增加了成本。因此，专业的颜色体系也可能是一个多功能的体系，包括交联剂、抗菌剂和抗紫外线剂等。 Accel公司是一家专业的木塑复合材料添加剂公司，为PE基木塑复合材料和PVC基木塑复合材料提供定制化的颜色服务和色母粒。 Ferro塑料着色剂公司引入了标准的聚烯烃木塑复合材料的颜色体系，形成了柚木褐色、雪松色、红杉色以及其他颜色匹配体系。 克来恩公司提供棕褐色、暗红色、灰色、橡木色等标准颜色母粒，应用在PE、PP、PVC、PS基体木塑复合材料上，其木纤维含量可以从30%提高到79%。 化学发泡的进展 减轻重量、降低成本、提高表面性能、提高生产效率以及材料在应用过程中易于加工、易于上色等都是木塑复合材料的发展方向。目前，木塑复合材料产品的20%被发泡，这其中的绝大部分产品是PVC基木塑复合材料。 目前，吸热和放热的发泡剂都在广泛的应用。通常，结晶聚合物如PP和PE的发泡要比PVC等非结晶聚合物难得多。当聚合物基体添加了更多的木纤维后，对于聚烯烃基木塑复合材料而言，发泡就成为一个重要的挑战。因此，要想使高含量的木纤维木塑复合材料仍然能够得到很好的发泡，选择正确的材料、添加剂和加工条件就是一项很重要的研究课题。例如：Safoam公司生产的木纤维含量高达65%的木塑复合材料装饰板材，通过加入化学发泡剂和润滑剂就能够通过双螺杆挤出机进行加工。通过发泡，材料的密度为0.788g/cm3，比未发泡的木塑复合材料降低了30%~35%。 克来恩公司的Hydrocerol PLC化学发泡剂系列用在聚烯烃、PVC和PS基木塑复合材料上。据该公司的商务发展部经理说，其发泡剂可以使木纤维含量最低达到50%，而且仍然存在提高的空间。 Bergen国际公司开发了一系列的化学发泡剂体系，在PVC、聚烯烃和PS基体树脂木塑复合材料的应用上都可以看到Bergen公司的化学发泡剂产品。 Crompton公司提供的Celogen放热型化学发泡体系能够应用在聚烯烃基木塑复合材料和PVC基木塑复合材料上。Techmer PM也是该公司基于聚烯烃基木塑复合体系开发的化学发泡剂，包括三种标准的化学发泡体系，而且这个体系还含有颜料和其他一些种类的添加剂。 和霉菌的斗争 空气的氧化以及紫外线的辐照将会使木塑复合材料的表面发生降解。当木塑复合板被安装起来经历风吹雨淋时，木纤维结构逐渐变得松散，塑料部分也会逐渐被破坏并导致颜色改变。另外，潮湿的环境也会逐渐使材料的机械性能下降，并为真菌提供良好的生活环境。通常，制造商们利用抗真菌的生物杀菌剂来保护木塑复合材料免受霉菌的侵蚀，从而使材料有一个良好的外观并使木质部分免遭破坏，同时，这也可以降低水分的吸收。 汽巴公司的Irgaguard F3000 是一种噻唑基苯并嘧唑类化学品，它对于聚烯烃基和PVC基木塑复合材料具有广谱抗菌性能，并能够消除或者降低木塑复合板的表面污点。 Borax公司提供了一种ZB锌硼混合盐作为防腐剂，该产品具有强大的抗菌活性。试验表明，在加入热稳定剂、紫外线稳定剂后，在4个月内，木塑复合板因为霉菌和白蚁的侵蚀导致重量下降了20%~40%，但是加入了ZB以后，添加了50%~70%木纤维的木塑复合材料重量仅仅下降了1.1%。 罗门·哈斯公司的Vinyzene是一种专门应用在PVC基木塑复合材料上的以二氯辛基异噻唑啉酮(DCOIT)为主要成分的生物杀菌剂，最新的牌号为Vinyzene SB27。最近罗门·哈斯公司将10%的DCOIT加入到一种三元共聚物中制成了SB27-ELV，其应用的目标是聚烯烃基木塑复合材料。这是一种缓释性的产品，具有抗紫外线功能，据说0.04%~0.1%的添加量就能取得明显的效果。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/12/2005)