胡红丹

（江苏安全技术职业学院，江苏 徐州 221000）

1 木塑复合材料简介

对于人类来说，木材有着重要的作用，无论是在生活中还是工作中均不可或缺。随着社会的发展与进步，人类对于木制品的需求量呈现逐年上升的趋势，肆意的砍伐树木使资源变得尤为短缺，尽管各个国家针对该现象出台了相关政策，从而保护树木，但是，仍然改变不了当前树木资源十分短缺的尴尬局面。因此，我们需要一种新的材料代替木材满足人类的需求，这种方法不仅可以对稀缺的资源加以保护，同时，又能推动社会的进步以及满足人类的需求。

木塑复合材料作为一种时代发展的产物，产生于上世纪末期，且经过20 年来的发展在北美洲等地区广泛应用，我国初次接触这种材料是在21 世纪前期阶段。由于木塑复合材料不仅具有木材的相关特性，同时还具有塑料材质的特性，因此，该材料逐渐成为两大行业研究的热点材料之一。有关报道表明：木塑复合材料在欧洲地区年使用量在21%左右，且使用量仍然呈现逐年增加的趋势。相关报告中明确指出，木塑复合材料在全球范围内的使用量必然逐年增多。木塑复合材料之所以可以得到广泛的使用，并且引起相关学者的关注，原因是因为它可以很好的代替稀缺木材资源，而且还可以减少白色污染[1]。

木塑复合材料基本由木材料和塑料材料构成。而且在木塑复合材料中使用的木材料大多是一些废旧木材或者木粉，不仅可以解决资源浪费的问题，同时成本低，可塑性较强。而塑料材料主要包括两种，一种是热固性塑料，另一种是热塑性塑料，但是前者往往只能使用一次，只要破损后则不能进行二次使用，使资源浪费，造成较严重的环境污染，因此，木塑复合材料中使用的塑料是热塑性塑料，可进行二次重复利用。大部分制成木塑复合材料的方法为：将木材材料和塑料材料放到一起进行融合，从而形成一种新型的颗粒，通过外界重力压制成型[2]。但是，再此过程中需要注意的是，木材材料当温度超过一定范围的时候会发生碳化，因此，在此过程中，一定要把控温度。

2 聚烯烃基木塑复合材料中存在的问题

制成木塑复合材料的原材料木材主要来源于植物中的纤维素，但是纤维素事实上是一个十分复杂的结构，含有多层组织与细胞，主要是包括一层主要的细胞壁和三层次要的细胞壁。而这三层次要的细胞壁当中，第二层细胞壁相比于第三层和第一层来说厚度较大，因此，它对于木材自身的特性起着关键性的作用。第二层的细胞壁包含着多个螺旋结构以及纤维结构，这种纤维结构由相应的纤维分子所构成[3]。通常，木质材料的细胞壁由三个部分构成，当中还会还有一些胶状物质以及油状物质。天然的纤维结构中中间空心，因此与合成的木质纤维有所区别。

纤维素事实上是一种天然的产物，它是所有的木材中最基本的构成成分，纤维素分子中含有很多的羟基结构。由于纤维素很难与碱性物质相融，而与酸类物质可以发生相应的作用，从而形成糖类物质。但是，半纤维素是一种分子量较小的混合物，但纤维素与半纤维素两者的不同之处在于：第一，半纤维素是一个复合体，包含多种多样的糖类，但是纤维素是一种单独的聚合物。第二，半纤维素含有大量的分链，但是纤维素只有一个单链。第三，半纤维素与纤维素两者的聚合程度不同，纤维素的分子量比半纤维素的分子量要大100 倍。半纤维素很容易溶于水，因此在同等条件下，没有纤维素结构稳定，溶液在酸中发生水解作用，形成一些特殊的机制[4]。而木质素是一种十分复杂的碳水化合物，木质素结构十分不稳定，硬度较强，疏水性较高，因此，植物较为坚硬，其主要原因在于木质素含量的高低。

以上是关于天然木材其主要组成部分进行了详细的描述，通过以上论述可以知道，天然的木材其主要组成部分是纤维素和半纤维素为主，且这两个组成部分都对水十分亲和，但是高分子化合物大多是疏水的，因此天然木材与化合物之间相容性较差。正是由于这个原因，从而引发了很多的问题，首先相容性较差导致天然的木材与塑料之间结合点较少，连接不紧密，不利于相关结构与天然木材结构进行传递，导致结合不紧密，力学作用较小。此外，纤维素与半纤维素由于自身具有亲水性，因此导致聚烯烃基的抗水性较差，两者在结合过程中，很容易受到水的作用发生相离，甚至两者不相融，在此过程中，木材中的纤维结构吸收水分使材料内部发生裂痕，水分子更加容易进入到复合材料内部，这种不良的反应会导致木素复合材料稳定性较弱、抗水性较低、力学作用较小。

3 关于聚烯烃基木塑复合材料的研究进展

由于构成天然木材的主要组成部分为纤维素和半纤维素，且这两大组成部分对水亲和作用较强，因此，导致天然木材与一些输水的高分子化合物两者之间结合不紧密，使木塑复合材料连接界面较弱，力的作用较小，木塑复合材料力学性能较差[5]。当前，国内外关于木塑复合材料提高性能的研究主要集中在以下方面：首先，对于天然木材材料提前进行处理，增加其与高分子聚合物之间的相容性；第二，通过一些溶剂或者溶液增加两者的关联度，从而提高木塑复合材料的聚合能力，增多木塑复合材料的界面连接；第三，在木塑复合材料中加入一些粒子，通过这些粒子，从而提高木塑复合材料的力学性能。

3.1 关于热处理天然木材材料

提前对天然木材材料进行热处理，可以降低天然木材材料中含有的水分以及以挥发的物质，改变木材材料中纤维素与半纤维素的结构。但纤维素作为天然木材材料中的一个重要组成部分，不仅具有较强的吸水性，同时稳定性较差，通过热处理的方式可以对天然木材材料中的半纤维素进行降解，减少其吸水性，使其稳定性增强，从而增强木塑复合材料的综合性能。

现阶段，用于天然木材材料的热处理的方法有两种：第一种方法是在相对含水量较大的环境下进行处理，这种方法大多是采用温度高于80 ℃以上的热水或是水蒸气进行；第二种方法是在含水量较低的环境下进行处理，但是这种方法进行需要有惰性气体的保护，从而防止天然木材材料中半纤维素碳化。美国学者Martin Claude 通过对云杉木塑复合材料和白杨木塑复合材料进行热处理从而展开相关研究，研究发现热处理的方式对云杉木塑复合材料具有较大的影响，而对白杨木塑复合材料的影响较小。

3.2 关于碱处理天然木材材料

在制作木塑复合材料时，采用碱处理是一种十分常见的方法。通过碱处理可以对天然木材材料中的纤维结构产生破坏作用，同时减少附着在天然木材材料表面的油性物质和蜡状物，增加天然木材材料表面的摩擦性。此外，利用碱处理的方法可以破裂半纤维素内部的羟基结构，从而增大木材材料表面连接界面。例如：Mohanty 学者首先先将木材材料放在不同试剂配备好的清洁溶液中，放置1 h，后用蒸馏水或者去离子水进行洗涤，放入烘箱中进行干燥，后将干燥后的木材材料放到5%的NaOH 溶液中，维持在30 ℃的温度下浸泡0.5 h，在在进行充分干燥。Mohanty 学者的研究结果显示，通过浓度5%的NaOH 溶液浸泡后的木材材料从而制成的木塑复合材料，其拉伸性增强、弯曲度增加、同时抗冲击性提高。Saiful Islam 等研究学者把木粉浸泡在5%的NaOH 溶液当中，在常温的条件下浸泡5 h，后通过蒸馏水完全冲洗干净，加入浓度较低的醋酸溶液与残留的氢氧化钠进行中和，进行过滤后干燥，在温度为100 ℃的条件下干燥22 h～25 h。该研究结果显示，通过以上处理可以提高木材材料的结合性，并且使木材材料与塑料材料的相容性增大，使木塑复合材料的抗压性、防断裂性均增强。

3.3 关于添加偶联剂处理天然木材材料

事实上，偶联剂是一种具有活性的试剂，偶联剂通常由两个部分组成，第一个部分是与水亲和的基团，因此，可以与天然木材材料两者进行作用，而另一个部分是对油亲和的基团，可以与聚合物以及化合物进行作用，从而使天然木材材料与塑料材料之间进行结合，通过这种作用可以增强木塑复合材料的界面连接，从而提高木塑复合材料的稳定性[6]。通常，在木塑复合材料中使用的偶联剂，包括硅烷偶联剂以及聚合物偶联剂。在使用硅烷偶联剂的时候，首先让该偶联剂与水发生水解作用，从而形成硅醇，之后与天然木材材料进行结合使天然木材材料与塑料材料发生羟基反应，形成连接较强的共价键。Nachtigall 研究学者关于硅烷偶联剂展开了相关试验，研究发现硅烷偶联剂能使木塑复合材料的力学特性、抗水性以及热稳定性全面提高。他们制成的两种木塑复合材料，使用硅烷偶联剂进行处理的木塑复合材料相比于聚合物偶联剂进行处理的木塑复合材料，硅烷偶联剂木塑复合材料的连接界面更强，材料更加稳定。Ndlovu 等将低密度聚乙烯放在温度为80 ℃的干燥箱中进行不同时间的降解，降解时间为5 星期、7 星期和9 星期，后将降解完成的低密度聚乙烯作为偶联剂添加到天然木材材料和塑料材料的混合物中，从而制成木塑复合材料。试验结果表明，添加了低密度聚乙烯的木塑复合材料增了连接界面，同时使低密度聚乙烯内的分子链更加稳定，木塑复合材料内部温度升高，而降解7 星期后的低密度聚乙烯木塑复合材料稳定性最强。

4 结语

随着全球不可再生资源日益短缺，以木材料和塑料材料为主要原料制成的木塑复合材料被广泛的认为是一种十分理想的木材资源的替代品。但是由于木材料和塑料在制成木塑复合材料时，由于相容性较差，结合不紧密，因此，需要对木材料提前进行处理从而增加两者的接触面，增强两者之间结合的力学特性，此外，由于木材料与塑料材料两种材料具有易燃性，因此，需要增加木塑复合材料的易燃性。本文探讨了通过热处理、碱处理及添加偶联剂的方式，从而使木塑复合材料连接界面更强，材料更加稳定，达到对木塑复合材料改性的效果。