等离子体处理和teo改性木粉应用于复合聚氯乙烯/木粉

文摘

在这部作品中,木粉和原硅酸四乙酯(teo)上的内容融合,融合扭矩,熔化温度,聚变能的聚氯乙烯/木粉复合材料(PVC / WF)进行了研究。Plasma-assisted表面处理与teo WF之前修改形成的二氧化硅纳米粒子表面的木粉中发挥作用的强化相交互。证实了这一修改x射线光电子能谱(XPS)和场发射扫描电镜(FESEM)技术。此外,选择数据显示,比表面积和体积的等离子体处理WF和teo修改WF (WS)与原始WF相比大大提高了。通过增加WF,显著增加时间,温度和混合过程的能量增强了融合扭矩。在复合使用WS,张志贤内容的增加导致融合时间短,而复合材料的其他融合特征增加了。机械的调查和杨氏模量等流变特性和动态储能模量G′显示PVC / WF复合材料的刚度显著提高了提高木粉和修改内容。纳米粒子的研究显示应用程序的工业生产聚合物复合材料。

1。介绍

木头热塑性复合材料(WTPCs)近年来吸引了大量的利益由于其相对良好的属性和低成本。这些类型的复合材料被广泛应用于各个领域,因为它们容易处理和再循环能力。其中,复合材料是基于聚(氯乙烯)和木粉(PVC / WF)显示高刚度等优点,好天气的能力,和高耐化学性。这些属性优势矩阵为基础的另一个常见的聚烯烃。因此,可以广泛应用于PVC / WF复合甲板,墙板,室内建筑材料,等等1]。

然而,PVC / WF复合的属性和结构主要依赖等因素融合PVC水平、WF内容和组件之间的兼容性在复合材料(2,3]。事实上,PVC / WF材料还显示兼容性差,因为不同的木材表面之间的亲水性和疏水性聚合物PVC降低最终产品的质量。PVC / WF综合的机械性能也可以融合PVC水平的影响。这是指融合或凝胶聚(氯乙烯)(PVC)。此外,尽管WF作为聚合物基体的强化,很难引入高含量的WF因为聚集。获得更好的力学性能,晶界应该取消和微粒应该改变和压实4]。因此,提高组件之间的兼容性应该被视为一个重要目标获得一种新型PVC / WF复合与更好的机械性能。在这个领域,一个常见的方法是修改WF通过使用合适的表面活性剂在溶液中(5,6]。几项研究显示增强的强度值由于木粉预处理使用aminosilanes [7- - - - - -9]。马库斯·穆勒et al。10]增加了机械性能的PVC / WF综合治疗WF和精氨酸在不同的内容。无切口冲击强度和拉伸性能大大增强乙醇胺和精氨酸的修改。发源地et al。并且11]使用WF由木质素胺治疗来提高复合材料的机械性能。复合材料的拉伸和冲击优势制造从30 phr WF处理2 wt %木质素胺增加了21.0%和43.9%,分别比未经处理的木粉的准备。然而,WF治疗使用过多的溶剂会导致许多环境问题。

等离子治疗被认为是一个基本的和低成本的技术。此外,这种处理过程较低环境影响和工程应用程序有一个非常有前途的未来11,12]。等离子体处理提高木材表面被氧化的能量激活并导致形成极性官能团如羟基、羧基、醛(13,14]。因此,plasma-assisted WF表面可能很快与耦合剂如硅烷和aminosilanes低潮湿的环境。等离子体处理的木材在几个研究已经考虑。然而,表面活化的WF等离子治疗存在原硅酸四乙酯(teo)尚未涉及。在这项研究中,张志贤修改WF是用作PVC填料矩阵为了准备melt-blending木塑复合材料的方法。WF的影响和修改WF融合的变化特性,以及PVC /木粉复合材料的力学性能研究。

2。材料和方法

2.1。材料

原硅酸四乙酯(teo)是由默克公司(德国)纯度为98%。乙醇(C₂H₅哦)(98.7%)、氨溶液(NH)₄哦)(25%),和氢氧化钠从Daejung购买公司,韩国。原来木粉(WF)Pterocarpus pedatus树(越南)以北100目筛的颗粒大小和密度的34 g / cm³是由VNDD提供越南木材加工有限公司(图1)。PVC (sg - 660型)和添加剂(计划、硬脂酸钡、硬脂酸锌)由TPC七弦琴塑料化工股份有限公司东奈,越南。

2.2。样品制备

2.2.1。等离子体处理的木粉

等离子体设备(dqh模型- 168)是由中心提供有机材料和建筑化学品,建筑材料研究所,建设部、河内,越南。等离子治疗之前,一个原始WF样品质量的25克(水分低于8 wt. %)被放置在室等离子设备使用20 kV供电描绘的人物2。等离子体室的直径400毫米是WF用于抽样。在等离子体过程中,真空下降到-760毫米汞柱的旋转泵室。治疗时间是15分钟20 kV的等离子电源。

2.2.2。张志贤改性木粉

治疗后,WF是包含teo与乙醇混合溶液( : = 1:2与各种比率(w / w) : = 1%,5%,10 wt. %通过电磁搅拌器1小时)。然后,WF是在真空炉60°C 24小时为了获得SiO修改₂WF (WS)。WS和:= 1%,5%,10%的人被称为WS1 (WS5和WS10分别。

2.2.3。PVC / WF复合材料的处理

未经处理的木粉(20、30或40 wt. %)与PVC复合(混合 : : : = 100:15:1.5:1.5)在融化状态Haake双挤出机在175°C和75 rpm的转子速度为4分钟。样品质量保持填料因子计算混合室体积的0.7左右。的HAAKE Polylab软件被用来监控温度、转矩和能量在这个过程。修改后的复合材料与30 wt %的WS用上面的相同条件下制作的。

2.3。特征

氮adsorption-desorption等温线是进行微粒学三星3000台设备来确定比表面积和体积的WF和WS。

XPS测量进行了5600年优秀的物理电子使用单色Al K(美国)αx射线源(1486.6 eV)。源动力成立在150 W(10马15千伏)。扫描执行从1350 eV 0 eV 1 eV过渡和保留时间为100 ms。23 eV传递能量被用来确定原子的结合能(C 1 s, O 1 s, Si 2 p)。23 eV传递能量的仪器分辨率0.1 eV。

场发射扫描电子显微镜(FESEM, s - 4500、日立、日本)来研究木粉的形态(WF)。

动态储能模量(G′)特性,分析了PVC / WF复合材料用波林C-VOR 150(英格兰)在室温下。

茨威格的杨氏模量进行了拉伸2.5(德国)与十字头的速度根据ASTM D638 50毫米/分钟。的HAAKE Polylab软件被用来监控融合特征如温度、转矩和能量在处理。

3所示。结果与讨论

3.1。SEM显微图的木粉前后血浆治疗和teo修改

调查的影响等离子体在木质纤维的结构,对其等离子体处理前后的显微图修改的木粉进行了分析,如图3。事实上,木质纤维直径约50μ米,可以看到在图3(一个),被基本粘纤维成束。治疗后,一些裂缝出现在木质纤维,所描绘的人物3 (b),这可能是由于表面等离子体的激活。因此,表面粗糙度的增加也会暴露更多的活性纤维素组,这有利与偶联剂由于互动与活动组织(15]。

数据4(一),4 (b),4 (c)显示FESEM WS表面等离子体处理后的图像的不同内容和修改teo 1、5、10 wt %,分别。可以看到,二氧化硅纳米颗粒主要分布在球形。低硅烷浓度1 wt %,硅纳米颗粒表面形成的木质纤维的平均直径约20 - 40海里(图4(一))。硅烷的浓度5 wt %时,二氧化硅纳米粒子表面覆盖WF形成单层(16]。硅纳米颗粒的聚集是观察图4 (b)和它的大小约110海里。如果硅烷浓度不断增加10 wt %,强烈的纳米粒子聚集在一起形成更大的颗粒大小为50 - 120纳米(图4 (c));因此,nanosilica的分布在木粉表面不规则。

3.2。表面积和孔隙体积测定木粉前后血浆治疗

通过使用选择方法,一些原始WF的特征特性,等离子体处理WF和teo修改WF (WS5)表面收集和展示在表1。获得的数据表明,原始WF表面积很低(0.7132 m²/ g)和孔隙体积(0.0018厘米³/ g)。这是在良好的协议与报告数据帕帕多普洛斯的研究(17]。

表面积和孔隙体积的增加等离子体WF观察治疗,形成小裂缝表面的纤维引起的等离子体,可以看到在图3 (b),导致外部表面积的增加从0.365 m²0.409 m / g²等离子体对WF / g,而微孔表面积(内部表面积)趋于平稳(大约0.3467米²/ g)。这个结果符合伊斯梅尔的研究(12]。作者还指出,等离子体处理方法仅影响材料表面附近,不像化学方法。

此外,粗糙度的增加引起的等离子体的主要因素导致轻微减少孔隙大小(从50到45 nm)由于小裂缝的形成。值得注意的是,在WS5的情况下,外表面面积与等离子体处理的木质纤维,而微孔表面积增加从0.346 m²0.367 m / g²/ g。Olfat m . Sadek [18)强调,nanosilica微孔表面积和微孔体积高526.3米²/ g和0.256厘米³分别/ g。它可以解释的提高微孔表面积和孔隙体积WS5由于表面nanosilica WF的形成。

3.3。teo含量对热稳定性的影响

图5和表2显示,TGA图和TG WF和WS样本的特征。清楚地看到,WF和WS样本包括三个过程的热降解温度从室温到200°C, 200到320°C,分别和320到500°C。有一个轻微的减肥的过程可能归因于在WF吸收水的蒸发。在接下来的过程中,损失的WF样本权重低于第二和第三分解步骤WS由于疏水能力的增加和WS teo修改后的热稳定性。根据之前的报道(19],WF是由两步进行的热降解机理、木质素和半纤维素在温度范围200 - 320°C,然后接着随机断链的纤维素(320 - 500°C)。因为嫁接二氧化硅纳米粒子在等离子体,WS WS的热强度略有提高。木粉的开始温度从246°C增加到253°C后修改。的重量百分比保留在WF 500°C, WS1 (WS5, WS10是0.2,0.4,2.6,和3.7 wt %,分别20.,21]。

3.4。WF的XPS谱,WS5,张志贤

图6说明了如果2 p WF的XPS谱,WS5,张志贤。在图6(一),如果2 p的特征峰没有显示。这证明,没有原始WF硅元素,然而,如果2 p XPS谱的WS5(图6 (b)),强烈的峰值强度高(900 / s)发生和Si-O-Si债券特征在107.2 eV (22,23]。除此之外,一个小峰在103.4 eV光谱中是归因于Si - o c键。的teo示例(图6 (c)),只有如果2 p的结合能峰值107.5 eV Si-O-Si有关,而Si-O-C键的强度很弱。在等离子体的作用下,形成了硅纳米粒子并成功嫁接在WF的表面。

3.5。WF的影响内容融合的PVC / WF复合材料

从HAAKE获得融合曲线的PVC Polylab软件如图7(a)。在整洁的PVC melt-mixing过程的第一阶段(a和B之间),扭矩增加当地最大值(加载峰值)后立即关闭混合室,慢慢地减少由于双螺杆的作用下自由物质流。然后,材料开始熔化联系时用热室的金属表面。爆发点X是融合进步然后PVC的转矩下降缓慢。装载点之间的时间间隔(A)和融合点(X)被定义为融合时间。同样,这一定义也用于确定熔化温度,融合扭矩,分别和聚变能源(16]。

图7(b)说明了整洁的PVC和PVC的融合曲线与各种内容的WF / WF复合材料。融合PVC / WF复合材料的行为类似于简洁的PVC与两个截然不同的山峰。从数据的曲线在图7(b),融合特征的复合样品可以计算如表所示3。

表3显示了WF内容对融合性能的影响PVC / WF复合材料。显然,融合复合材料的特性强烈依赖WF内容。WF的PVC矩阵作为屏障延长PVC的融合时间在混合室和增加转矩,在熔点温度、复合材料和能源。这可以解释WF高于PVC的热容,所以能源消耗的增加复合材料的温度会更高比整洁的PVC。另一方面,WF的电导率很低,这阻止了热量的传递和剪切PVC颗粒。

3.6。张志贤的影响内容融合的复合材料

表4总结了PVC / WF的融合特征(70/30)复合材料在各种使用WS teo内容。WS的介绍PVC WF的融合时间相比。通常,WF和PVC之间的热传递是相当低。修改后,在WS表面羟基的数量增加,提高了整个PVC颗粒传热。WS二氧化硅纳米粒子形成一个薄层,可以显著改善WS和PVC基体复合材料之间的相互作用导致快速传热的热金属表面PVC颗粒。因此,这引起了PVC / WS复合材料的融合时间短但熔化温度增加,复合材料的扭矩和能量(图8)。然而,在PVC / WS5复合的情况下,融合时代还未完全了解。

3.7。的杨氏模量

WF的影响PVC / WF复合材料杨氏模量的内容展示在表5。WF PVC矩阵的加法导致更高的杨氏模量比的PVC。的杨氏模量从420 MPa的PVC增加到1472 MPa的PVC复合材料装载40 wt %的水平。这些结果表现出增加的趋势对于复合材料的刚度和扭矩值是一样的WF内容增加。

另一方面,在加载水平的30 wt %,修改WF也增强的杨氏模量。杨氏模量清楚地展示了一个强烈的增加往往从772 MPa对PVC / WS1样本1125 MPa对PVC / WS10样本。显然,修改后teo SiO₂通过缩合反应WF表面形成纳米颗粒。硅纳米颗粒WF锲入到聚合物分子和填满空缺的大部分复合导致紧结构。这将导致改善力学性能和转矩的PVC / WS复合材料如图7和表5。

3.8。动态储能模量(G′)的PVC / WF复合材料

PVC / WF复合的流变行为和PVC / WS复合材料进行了评估的影响teo内容分散阶段和矩阵之间的界面相互作用通过动态储能模量(G′),如图9。显然看到teo除了影响PVC / WF复合的动态储能模量。随着teo数量增加,G′的大小显著增强。特别是,G′_{ω= 18}PVC / WS10纳米复合材料是3.44倍和2.74倍的整洁的PVC和PVC / WF复合,分别。它可以解释说,大表面积的SiO₂纳米粒子之间的附着力增强互动和WF和聚合物基质复合的界面。强相互作用可以产生更高的提高G′在低频率修改样品(24- - - - - -26]。

4所示。结论

FESEM图像和XPS谱表明,硅纳米颗粒附着在表面等离子体WF治疗。WF修改使用低浓度teo生成的二氧化硅纳米颗粒直径大小20 - 60纳米的范围。选择分析强调了改进的表面积和孔隙体积修改原始WF WF相比。WF的PVC延迟融合时间和温度,增加能量,熔融混合过程的扭矩。随着复合WF含量增加,能源和在熔点温度增加,从而导致转矩的变化。这些结果表明,PVC / WF复合材料应在温度高于整洁的PVC加工。

此外,WS强烈增强温度、转矩和能量的复合材料加工。这表明WS的积极影响PVC / WF材料的加工要求较高的可持续性。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是在经济上支持越南科学技术学院。

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