木塑复合材料（wood-plastic composites，缩写为WPC）在美国材料试验协会标准中给出的定义是“一种主要由木材或者纤维素为基础材料与塑料制成的复合材料”。将木粉作为填料与塑料复合而成的木塑复合材料早在二战的时候就已经出现了，由于木粉吸水性及极性很强，塑料多数为非极性，具有疏水性，两者相容性差，界面粘结力很小，同时木粉在塑料中分散性很差，常以聚集态存在，使熔体流动性差，所以当木粉的比例过大时加工困难，所得的复合材料性能也较差，严重阻碍了合成材料的发展应用。针对上述问题，我司研发生产了RWP—增效剂。它集偶联、润滑、分散于一体。通过它对木粉表面进行改性处理可以使木粉和聚合物物理和化学交联，提高界面粘结强度，从而大大改善复合材料的加工流动性，提高复合材料产品的性能。
一、RWP—增效剂简介
RPW—增效剂采用德国先进技术由羟基酸、高级脂肪酸和其他化工材料与多元醇在催化剂及高温条件下进行酯化反应等合成的几个单组分，按一定比例复配而成。其含有酚羟基、羧基、酯基等活性基团，长链部分拥有20-30碳的长碳链结构。
技术指标：（1）RWP-0301，酸值(mg/g)：15-20，熔点：40-50，比重（50℃）：0.90-1.00，羟值（mg/g）≥200
(2) RWP-0302，酸值(mg/g)：15-20，熔点：≤60，比重（50℃）：0.90-1.05，羟值（mg/g）≥200
分解温度均大于280℃
二、增效剂作用原理
1、木质纤维材料的一些特性
木质纤维材料由纤维素、半纤维素、木质素及抽取物等组成，分子中存在大量酚羟基和羟基基团，使纤维素大分子链之间及其内部有强烈的氢键作用，加之单根纤维在物理结构上的各向异性共同导致了单纤维整体结构上的不对称性，单纤维具有较强的表面化学极性，使得纤维具有极强的吸水性。
纤维素分子中存在大量的羟基，使纤维素大分子链之间及其内部有强烈氢键作用，造成木质纤维材料很容易聚集成团，另外在干燥状态下由于木纤维较长，使木纤维本身容易发生自燃缠结，造成复合材料中的木质纤维分散不均匀，从而使复合材料界面结合能力下降，加工流动性下降，造成复合材料整体性能下降。
木质纤维材料与塑料复合材料的界面结构与组成对复合材料整体性能影响很大。复合材料界面的作用是在复合材料受到载荷时把基体上受到的盈利传递到增强体上，这需要界面有足够的黏结强度，所以两者之间的界面相容性和木质纤维在聚合基体中的分散性是制约该类复合材料物理、化学性能提高的瓶颈。添加RWP-增效剂是最简单、有效的解决方法之一。
2、偶联
众所周知，偶联剂起到分子架桥的作用，可以提高无机填料、无机纤维与塑料基体之间的相容性，同时也可以改善天然植物纤维与聚合物之间的界面状况。一般的偶联剂是一类多官能团有机化合物，一段可以与填料或纤维起化学反应或其他作用，另一端可以溶解或扩散到界面的树脂中。
RWP-增效剂是一种偶联剂，它分子中的羧基可以和木质纤维中羟基发生酯化反应。根据相似相容原理增效剂中的酚羟基很容易和木质纤维素中的酚羟基相容，形成氢键。而其另一端的长碳链有很容易与树脂基体作用，通过范德华力形成较稳定的结构。从而在纤维和聚合物中间形成较强的界面作用。
- 分散
木质纤维由于氢键的作用很容易团聚在一起，很难在树脂基体中均匀分散开。为了使它们能够较好的分散开，除了对木粉表面进行处理使之由亲水变为亲油之外，还需加入石蜡、低分子量聚乙烯、氧化低分子量聚乙烯等分散剂。RWP-增效剂不需要对木质纤维进行表面处理，就可以使之均匀分散于塑料基体中。这是因为它具有两亲结构。一方面它的羧基能够和木质纤维的羟基进行酯化反应，酚羟基可以和木粉中的羟基形成氢键。另一方面溶剂型碳链可以在木质纤维表面缠绕形成一定厚度的保护层，由于保护层的空间阻碍，木质纤维难以形成团聚体或絮凝体，使木质纤维容易分散并且在树脂基体中具有良好的分散稳定性。从而从很大程度上提升了复合材料的性能，并且大大改善复合材料的加工流动性。
- 润滑
赋予塑料润滑性，减少有害摩擦，改善加工性能的助剂称为润滑剂。润滑剂的品种很多，化学组成各异，但其分子结构有一个共同的特点：有长碳链脂肪烷基非极性部分和极性基团的极性部分。碳链的结构和长度往往是影响润滑行为的主要因素。一般认为大于C12的碳链就具有润滑性，碳链越长，润滑效果越好。就碳链的结构而言，直链烷基较支链烷基的润滑性强。分子中的极性基团用于调整润滑剂与基体树脂的相容性，并有助于改善与金属表面的亲和性，提高制品的表面光滑性。
RWP-增效剂，主体拥有20-30个碳的长碳链，并拥有羧基、羟基等极性基团，符合润滑剂的所有特征，具有润滑功能，但由于碳链烷基多以支链的形式存在，所以润滑效果不是很强，在使用中需要其他润滑剂来辅助。
三、使用方法
木粉先脱水，当木粉升温到100℃ 时先排气，然后加入RWP-增效剂，（增效剂用量）木粉：增效剂=100：1.2-2.0，继续升温至120℃-140℃ 时，再加入聚合物和其他助剂进行高混至合适的时间或温度即可。
总的来说RWP-增效剂是偶联、分散、润滑三种组分的复配物，三者在各自发挥自身作用的同时又协同作用，从而提高了复合材料的物理、化学综合性能，可以大大改善它的加工流动性。经国内很多厂家应用来看，不仅效果好而且用量少于国外助剂，性价比优于目前国内木塑制品厂家大都在用的国外助剂。
四、用量分析
为了确定RWP-增效剂的效用及最佳用量，我们在广东工业大学材料学院高分子系作了如下实验。
RWP-增效剂木粉填充PVC试验报告
拉伸性能执行标准：GB/T1040-92
冲击性能执行标准：GB/T13525-92
塑料/木粉：100/80（质量份数比）
试验结果
增效剂用量/phr |
拉伸强度/Mpa |
冲击强度/KJ/m2 |
0 |
30.47 |
11.4 |
1.0 |
47.78 |
16.9 |
1.5 |
48.86 |
16.8 |
2.0 |
49.36 |
16.8 |
2.5 |
43.48 |
15.5 |
注：以上增效剂用量均是木粉质量百分比
评论：
木塑复合材料中未加入增效剂时，加工流动性能很差，压片时，充不满模，压出的片由分层现象。当加入1份增效剂后，复合材料的拉伸强度和冲击强度比未加的分别提高了56.8%、48.2%，复合材料的加工流动性能大大改善，木粉与PVC树脂相容性能很好，压片时很容易充满模，压出的片没有分层，力学性能也提高很多。建议添加量：1.0~1.5份。
五、应用试验数据
为了验证RWP-增效剂在实际生产中的适用性，我们在国内某大型国有公司做了如下试验，得到了如下数据。
试验一：
产品名称：木塑型材（PVC）
规格型号：K20-100
检验性质：型式检验
生产日期：2007年4月
实行标准：企业标准
PVC/木粉：50/50（质量比）
项目（单位） |
要求 |
结果 |
结论 |
24h吸水率（%） |
≤3 |
-- |
-- |
邵氏硬度（HD） |
≥55 |
75 |
合格 |
弯曲强度(Mpa) |
≥20 |
28.92 |
合格 |
弯曲弹性模量(Mpa) |
≥1500 |
2905.43 |
合格 |
拉伸强度(Mpa) |
≥10 |
18.41 |
合格 |
简支梁冲击强度（常温） |
≥4 |
7.27 |
合格 |
检验结论：经检验所有项目符合企业标准，检验合格
试验二：
产品名称：木塑型材（PE）
规格型号：K30-100
检验性质：型式检验
生产日期：2007年4月
实行标准：企业标准
PE/木粉：35/65（质量比）
项目（单位） |
要求 |
结果 |
结论 |
24h吸水率（%） |
≤3 |
-- |
-- |
邵氏硬度（HD） |
≥55 |
68 |
合格 |
弯曲强度(Mpa) |
≥20 |
24.74 |
合格 |
弯曲弹性模量(Mpa) |
≥1500 |
2903.42 |
合格 |
拉伸强度(Mpa) |
≥10 |
14.72 |
合格 |
简支梁冲击强度（常温） |
≥4 |
8.27 |
合格 |
检验结论：经检验所有项目符合企业标准，检验合格
六、结束语
通过以上论述，我们可以看到不管是从理论上还是从实践来看，RWP-增效剂都是提高复合材料综合性能、改善加工流动性的好助剂。
伴随着木塑复合材料的优点逐渐被发掘，国内生产工艺，技术逐渐成熟，配套设备逐渐完善，生产成本逐渐降低，外借国家政策东风，全国性的“木塑热”逐渐形成。相信RPW-增效剂会成为整个行业的催化剂。
参考书目：
- 王经武 塑料改性技术 化学工业出版社 2004
- 王文清、王伟宏等 木塑复合材料 化学工业出版社 2007
- 汉斯·茨魏费尔主编 欧育湘 李建军译 塑料添加剂手册 （原著第五版）
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