全 文 ：第 wv卷 第 z期
u s s z年 z 月
林 业 科 学
≥≤Œ∞‘׌„ ≥Œ∂ „∞ ≥Œ‘Œ≤„∞
∂²¯1wv o‘²1z
∏¯ qou s s z
功能性共聚物偶联剂制备麦秸 p回收 ⁄°∞
复合材料的性能及其影响因子
王 正t 王志玲u 任一萍t 郭文静t
kt1 中国林业科学研究院木材工业研究所 北京 tsss|t ~ u1 济南大学化学化工学院 济南 uxssuul
摘 要 } 以麦秸和回收低密度聚乙烯k⁄°∞l为原料 o异氰酸酯和羟基丙烯酸酯共聚物乳液k°„l偶联剂 o采用正交
试验法研究高温模压工艺 o制备高性能的麦秸 p回收 ⁄°∞复合材料工艺因子对材料性能的影响 ∀结果表明 }tl游
离异氰酸酯基k‘≤’l含量较高的异氰酸酯k°„°Œl和羟基含量较高 !玻璃化温度k Τªl较低的 °„复合 o可显著改善复
合材料的内结合强度kŒ…l !u «沸水后内结合强度ku «• Œ…l !静曲强度k ’• l !弹性模量k ’∞l和 uw «吸水厚度膨胀
率kuw «×≥l ~ul异氰酸酯与 °„的质量比 vsΠzs与 zsΠvs o对材料性能的影响不显著 ~vl偶联剂的用量在 w1x h时 o材
料各性能指标较优 ~wl随 ⁄°∞比例的增加 oŒ…和 u «• Œ…显著增加 ouw «×≥显著降低 ~xl复合材料 Œ… !u «• Œ… ! ’•
和  ’∞值 o随密度由 s1{x ª#¦°pv增至 t1s ª#¦°pv而增加 o但耐水性略有降低kuw «×≥增加l ~yl以 w1x h的偶联剂
kt1vx h °„°Œov1yx h °„wl制备的麦秸 p回收 ⁄°∞复合材料 o各性能指标均满足 Š…Π× w{|z1z p ussv规定的在潮湿
状态下使用的增强结构用板要求 ∀
关键词 } 木 p塑复合材料 ~偶联剂 ~异氰酸酯 ~聚丙烯酸酯 ~麦秸 ~回收 ⁄°∞
中图分类号 }×≥yxv1v 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kusszlsz p ssyz p sz
收稿日期 }ussy p su p uu ∀
基金项目 }国家/ |w{0项目kusst p vvl资助 ∀
Προπερτιεσ ανδ Ινφλυενχινγ Φαχτορσ οφ Ωηεατ Στραω2Ρεχψχλεδ Λ∆ΠΕ Χοµ ποσιτεσ
ωιτη Χουπλινγ Αγεντσ οφ Φυνχτιοναλ Χοπολψµερσ
• ¤±ª«¨ ±ªt • ¤±ª«¬¯¬±ªu • ±¨ ≠¬³¬±ªt Š∏² • ±¨­¬±ªt
kt1 Ρεσεαρχη Ινστιτυτε οφ Ωοοδ Ινδυστρψo ΧΑΦ Βειϕινγ tsss|t ~
u1 Χολλεγε οφ Χηεµιστρψ ανδ Χηεµιχαλ Ενγινεερινγ oϑιναν Υνιϖερσιτψ ϑιναν uxssuul
Αβστραχτ} ׫¨ ³µ¨¶¨±·¶·∏§¼ «¤¶¶«²º± ·«¤··«¨ ¦²°³²¶¬·¨ ²© «¬ª« ∏´¤¯¬·¼ ¦²∏¯§ ¥¨ ¶∏¦¦¨¶¶©∏¯¯ ¼ ³µ¨³¤µ¨§∏¶¬±ª¶·µ¤º ¤±§
µ¨¦¼¦¯¨ § ²¯º §¨±¶¬·¼ ³²¯¼¨ ·«¨ ±¨ k⁄°∞l¤¶°¤¬±µ¤º °¤·¨µ¬¤¯¶º¬·«¬¶²¦¼¤±¤·¨¶¤±§«¼§µ²¬¼¯ ¤¦µ¼¯¤·¨¶¦²³²¯¼°¨ µ °¨∏¯¶¬²±¶k°„l
¶¼±·«¨¶¬½¨ §¤¶¦²∏³¯¬±ª ¤ª¨±·¶o·«µ²∏ª«·«¨ ³µ²¦¨¶¶²© «¬ª« ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ °²∏¯§¬±ªqŒ±©¯∏¨±¦¬±ª©¤¦·²µ¶²± ³µ²³¨µ·¬¨¶²©·«¨
¦²°³²¶¬·¨¶º¨ µ¨ ¶·∏§¬¨§¥¤¶¨§²± ²µ·«²ª²±¤¯ ¬¨³¨µ¬°¨ ±·¶q׫¨ µ¨¶∏¯·¶¶«²º¨ §·«¤·}tlŒ¶²¦¼¤±¤·¨ ²©«¬ª«©µ¨¨¬¶²¦¼¤±¤·¨ ªµ²∏³¶
¦²±·¨±·k°„°Œl o°„ ¦²±·¤¬±¬±ª«¬ª«¨µ«¼§µ²¬¼¦²±·¨±·¤±§ ²¯º¨ µª¯¤¶¶·µ¤±¶¬·¬²±·¨°³¨µ¤·∏µ¨k Τªl o¦²∏¯§¶¬ª±¬©¬¦¤±·¯¼¬°³µ²√¨ ·«¨
³µ²³¨µ·¬¨¶²©¦²°³²¶¬·¨¶o¶∏¦«¤¶¬±·¨µ±¤¯ ¥²±§¬±ª¶·µ¨±ª·«kŒ…l oŒ… ²©¥²¬¯¬±ªº¤·¨µ©²µu « ¤¯·¨µk u «• Œ…l o°²§∏¯∏¶²©µ∏³·∏µ¨
k’• l o°²§∏¯∏¶²© ¨¯¤¶·¬¦¬·¼k’∞l ¤±§·«¬¦®±¨ ¶¶ ¬¨³¤±¶¬²± µ¤·¨ ²© º¤·¨µ¤§¶²µ¥¬±ª©²µuw «kuw «×≥l ~ul׫¨µ¨ º¨ µ¨ ±²·
¶¬ª±¬©¬¦¤±·¨©©¨¦·²±·«¨ ³µ²³¨µ·¬¨¶²©¦²°³²¶¬·¨¶º¬·«vsΠzs ¤±§zsΠvs °¤¶¶µ¤·¬²¶²©¬¶²¦¼¤±¤·¨·²°„ ~vl • «¨ ± w1x h ¦²∏³¯¬±ª
¤ª¨±·¶º¨ µ¨ ¤§§¨§oŒ…ou «• Œ…o’• o’∞¤±§uw «×≥ ²©¦²µµ¨¶³²±§¬±ª¦²±³²¶¬·¨¶º¨ µ¨ ¥¨·¨µ·«¤±²·«¨µ¶~wlŒ±¦µ¨¤¶¬±ª⁄°∞
³µ²³²µ·¬²±¶¬±µ¤º °¤·¨µ¬¤¯¶oŒ…ou «• Œ… ¤±§º¤·¨µµ¨¶¬¶·¤±¦¨ ²©·«¨ ¦²°³²¶¬·¨¶¬±¦¨¤¶¨§¶¬ª±¬©¬¦¤±·¯¼~xlŒ…ou «• Œ…o’• ¤±§
’∞²©¦²°³²¶¬·¨¶¬°³µ²√¨ §º¬·«§¨±¶¬·¬¨¶¦«¤±ª¨ ©²µ° s1{x ·²t1s ª#¦°pv o°²µ¨²√¨ µº¤·¨µµ¨¶¬¶·¤±¦¨ §¨¦µ¨¤¶¨¶¤ ¬¯·¯¨~yl
• «¨ ± w1x h ¦²∏³¯¬±ª¤ª¨±·¶kt1vx h °„°Œ¤±§v1yx h °„wl º¨ µ¨ ¤§§¨§o·«¨ ³µ²³¨µ·¬¨¶²©·«¨ ¦²°³²¶¬·¨¶¤·¬¶©¬¨§·«¨ ¶·¤±§¤µ§
Š…Π× w{|z1z p ussv ©²µ«¨¤√¼ §∏·¼ ²¯¤§¥¨¤µ¬±ª¥²¤µ§¶©²µ∏¶¨ ¬± «∏°¬§¦²±§¬·¬²±¶q
Κεψ ωορδσ} º²²§2³¯¤¶·¬¦¦²°³²¶¬·¨~¦²∏³¯¬±ª¤ª¨±·~¬¶²¦¼¤±¤·¨~¤¦µ¼¯¤·¨~º«¨¤·¶·µ¤º ~µ¨¦¼¦¯¨ §⁄°∞
木塑复合材料以其 ux h的年增长率 o成为木材科学以及高分子材料科学与工程领域重要的复合材料之
一 ∀我国研究尚属起步阶段 o而国外已形成了规模生产 o如应用于室外路板 !车站站台 !门窗型材的建筑制
品 o铁轨枕木 !汽车内饰件 !船舶隔板等交通运输制品及家具等 ∀预计 usts年 o北美的木塑复合材料将全面
替代需专门处理 !用于多种场合的木材 ~ts年内 o美国芝加哥运输局木塑复合铁路轨枕份额将上升 ux h ∗
vs h k¨±±¬©¨µoussv ~ •²¶¨±oussvl ∀
目前 o应用于木塑复合材料的主要原材料有各类木粉 !木纤维 !麻类与聚乙烯 !聚丙烯 !聚苯乙烯及聚氯
乙烯k¬ετ αλqoussv ~²«± ετ αλqoussul ∀极性亲水的木粉和木纤维与非极性憎水的热塑性塑料形成的复合
材料 o两相界面张力较大 o界面黏结强度较弱 o两组分性能不能有效互补k≥¨ ®¯¨ ετ αλqoussw ~ Ž¨ ±¨¨ µ ετ αλqo
usswl o因而 o降低两相界面张力 o增加相间黏结强度 o是木塑复合材料产品开发和应用的关键k’®¶°¤± ετ αλqo
t||{l ∀许多文献报道了马来酸酐接枝和嵌段聚合物偶联剂制造木塑复合材料及其对物理及力学性能等的
改善作用k¬ετ αλqoussv ~∏ ετ αλqousssl o但该类偶联剂适于含水量低的复合体系 o如将木纤维干燥至含水
率  s1x h kŠ²§¤√¤µ·¬ετ αλqousstl o工艺多采用熔融挤出工艺 o纤维材料的组元形态多采用木粉或短纤维 ∀
本研究以资源巨大的麦秸与回收低密度聚乙烯k⁄°∞l为原料 o以价廉的聚醚多元醇与高活性的异氰酸
酯k°„°Œl反应 o制备改性 °„°Œk°„°Œl o以丙烯酸酯和羟基官能团单体为原料制备羟基丙烯酸酯共聚物乳液
k°„l o分别将 °„°Œ和 °„°Œ与 °„常温共混制得偶联剂 o采用正交试验法研究偶联剂的种类 !用量 !比例及
工艺因子与复合材料性能间的关系 ∀
t 材料与方法
111 材料
多苯基多亚甲基多异氰酸酯k°„°Œl ~聚氧化乙烯二醇和三醇 o分子质量k±l分别为 t sss !v sss ~软单
体丙烯酸丁酯 !丙烯酸 p u p乙基己酯 ~硬单体醋酸乙烯酯 !丙烯腈 o羟基官能团单体丙烯酸 p Β p羟乙酯
k‹∞„l和 ‘p羟甲基丙烯酰胺k‘„l ~引发剂过硫酸钾kŽu≥u ’{l ~乳化剂十二烷基硫酸钠k≥⁄≥l和辛基酚聚
氧乙烯醚k’° p tsl ~氨水kux h ∗ u{ h l ∀以上原料均为工业级 ∀麦秸为当年收割 o回收塑料包装袋k⁄°∞l ∀
112 设备
‘⁄p t旋转黏度计 ~„≤ p uww型凝胶渗透色谱仪kŠ°≤l ~°¼µ¬¶p y型差示扫描量热仪k⁄≥≤l ~≥≤° p
tys…型塑料粉碎机 ~…÷ p utv型削片机 ~°≥Žyvvs型打磨机 ~{s·平板式热压机 ~ƒ tvs⁄°≥型拌胶机 ~日
本岛津k≥‹Œ„⁄˜l公司万能力学材料试验机 ~红外线干燥器 ∀
113 偶联剂的合成
t1v1t °„°Œ的合成 将聚氧化乙烯二醇和三醇按比例混合 o真空脱水 o加热 o加过量的 °„°Œo化学滴定或
红外检测至异氰酸酯基k‘≤’l含量恒定 o冷却 o密封备用 ∀
t1v1u °„的合成 采用种子乳液聚合工艺 o先将 ≥⁄≥ !’° p ts及蒸馏水加入到反应釜中 o搅拌 o加入 tΠw的
共混单体k种子l os1x «内将温度升至 zs ε o加入 tΠv引发剂 o保温至乳液变蓝 o将温度升至 zx ∗ {s ε ov «分
别滴加剩余单体乳化液及 tΠv引发剂溶液 o滴加结束 o加入剩余的引发剂溶液 o保温 u «o调乳液的 ³‹为 x1x
∗ y1x o冷至 ws ∗ xs ε o加阻聚剂 o搅拌均匀出料 ∀
114 麦秸 −回收 Λ∆ΠΕ复合材料的制备
t1w1t 原材料的预处理 麦秸切断 o磨制成细长刨花 o取大于 s1u °°的筛分 o干燥 o测含水率 o密封 o备用 ~
回收 ⁄°∞预处理 }先晾干 o再用塑料粉碎机磨制成 w °°左右的片状碎料 o备用 ∀
t1w1u 复合材料的制备 将 °„°Œ或 °„°Œ与 °„按设计的比例和用量称量 !混合 !搅拌均匀得偶联剂 o将偶
联剂高压喷入按比例混合的麦秸刨花和片状塑料中 o搅拌 !手工铺装 !预压 !热压 !后处理得复合材料 o工艺流
程如下 }
麦秸
片状塑料
常温混合

偶联剂
常温混合 铺装 热压 冷却 复合板材 ∀
模压板材规格为 vss °° ≅ vss °° ≅ z °°∀热压后的板材室温陈放 { §后进行性能测试 o相同工艺因子
的板材做 v次平行试验 ∀
115 性能检测
t1x1t 偶联剂的表征 ‘≤’ }二正丁胺法 ~黏度 }ux ε ou号转子 ~分子质量 }凝胶渗透色谱法 ~玻璃化温度
k Τªl }差示扫描量热法k⁄≥≤l o加热速率为 ts ε #°¬±pt ∀ °„°Œ和 °„°Œ的性能比较见表 t o合成的 w种 °„的
性能指标见表 u ∀
{y 林 业 科 学 wv卷
表 1 ΠΑΠΙ和 ΜΠΑΠΙ的物理性质
Ταβ .1 Πηψσιχαλ προπερτιεσ οφ ΠΑΠΙ ανδ ΜΠΑΠΙ
异氰酸酯种类
Œ¶²¦¼¤±¤·¨¶·¼³¨¶ ‘≤’Πh
黏度
∂¬¶¦²¶¬·¼Πk°°¤#¶l
分子质量
²¯ ¦¨∏¯¤µº ¬¨ª«· ΤªΠε
外观
„³³¨¤µ¤±¦¨
°„°Œ us1u v{x w vzs p yx1x 深棕色透明液体 ⁄¤µ®¥µ²º± ¤±§¦¯¤µ¬·¼ ¬¯´∏¬§
°„°Œ vt1x uss ) ) 深棕色透明液体 ⁄¤µ®¥µ²º± ¤±§¦¯¤µ¬·¼ ¬¯´∏¬§
表 2 ΠΑ的物理及力学性质
Ταβ .2 Πηψσιχαλ ανδ µεχηανιχαλ προπερτιεσ οφ ΠΑ
项目 Œ·¨°¶ °„t °„u °„v °„w
固含量 ≥²¯¬§¦²±·¨±·Πh wx1t wx1v vx1y vx1w
黏度 ∂¬¶¦²¶¬·¼Πk°°¤#¶l uvt1w vvw1z x{w1t {y|1{
贮存期 ≥·²µ¨ ¬¯©¨Π°²±·«¶  tu  tu  tu  tu
ΤªΠε p x{1v p w1z p uv1y p w{1w
‘ „用量 ‘„ ¦²±·¨±·Πh s1x t1s u1s u1s
‹∞„用量 ‹∞„ ¦²±·¨±·Πh s1s s1s s1s z1s
t1x1u 复合材料的性能测试 因无木塑复合板
材的测试标准 o复合材料的内结合强度kŒ…l !u «
沸水后内结合强度ku «• Œ…l !静曲强度k’• l !弹
性模量k’∞l及 uw «吸水厚度膨胀率kuw «×≥l均
按人造板及饰面人造板理化性能试验方法 Š…Π×
tzyxz p t|||的规定进行 ∀
116 初筛因子及试验设计
初筛试验拟重点考察异氰酸酯的种类 !°„的
种类 !异氰酸酯与 °„的质量比及用量 !麦秸与回
收 ⁄°∞质量比 !密度对材料性能的影响 ∀根据
对多种木塑复合材料的研究结果k王正等 oussv ~ussxl o热压温度 t{s ε !热压时间 z1z °¬± !复合压力 w °¤!
麦秸 tu1s h的含水率作为材料复合的固定因子 ∀
变量因子及水平值随机排列见表 v o按正交表 tykww ≅ uul设计材料复合试验 o方案见表 w ∀
表 3 正交试验因子与水平表
Ταβ .3 ς αριαβλεσφαχτορσ ανδ λεϖελσφορ ορτηογοναλ εξπεριµεντσ
水平
¨√¨ ¶¯
异氰酸酯种类
Œ¶²¦¼¤±¤·¨¶·¼³¨¶
°„种类
°„ ·¼³¨¶
异氰酸酯Π°„
Œ¶²¦¼¤±¤·¨¶Π°„
偶联剂用量
≤²∏³¯¬±ª¤ª¨ ±·¦²±·¨±·Πh
麦秸 p回收 ⁄°∞
• «¨ ¤·¶·µ¤º2µ¨¦¼¦¯ §¨⁄°∞
密度
⁄¨ ±¶¬·¼Πkª#¦°pvl
t °„°Œ °„t sΠtss y1s |sΠts s1{x
u °„°Œ °„u zsΠvs w1x {sΠus t1ss
v °„v xsΠxs v1s zsΠvs
w °„w vsΠzs t1x ysΠws
表 4 正交试验设计表 Λ16 (44 ≅ 22 )
Ταβ .4 Ορτηογοναλ εξπεριµεντσ δεσιγν Λ16 (44 ≅ 22 )
试验号
‘²q
异氰酸酯种类
Œ¶²¦¼¤±¤·¨¶·¼³¨¶
°„种类
°„ ·¼³¨¶
异氰酸酯Π°„
Œ¶²¦¼¤±¤·¨¶Π°„
偶联剂用量
≤²∏³¯¬±ª¤ª¨ ±·¦²±·¨±·Πh
麦秸 p回收 ⁄°∞
• «¨ ¤·¶·µ¤º2µ¨¦¼¦¯ §¨⁄°∞
密度
⁄¨ ±¶¬·¼Πkª#¦°pvl
t tk°„°Œl tk°„tl tksΠtssl tky1sl tk|sΠtsl tks1{xl
u tk°„°Œl tk°„tl ukzsΠvsl ukw1xl uk{sΠusl ukt1ssl
v uk°„°Œl tk°„tl vkxsΠxsl vkv1sl vkzsΠvsl ukt1ssl
w uk°„°Œl tk°„tl wkvsΠzsl wkt1xl wkwsΠysl tks1{xl
x uk°„°Œl uk°„ul tksΠtssl ukw1xl vkzsΠvsl tks1{xl
y uk°„°Œl uk°„ul ukzsΠvsl tky1sl wkwsΠysl ukt1ssl
z tk°„°Œl uk°„ul vkxsΠxsl wkt1xl tk|sΠtsl ukt1ssl
{ tk°„°Œl uk°„ul wkvsΠzsl vkv1sl uk{sΠusl tks1{xl
| tk°„°Œl vk°„vl tksΠtssl vkv1sl wkwsΠysl ukt1ssl
ts tk°„°Œl vk°„vl ukzsΠvsl wkt1xl vkzsΠvsl tks1{xl
tt uk°„°Œl vk°„vl vkxsΠxsl tky1sl uk{sΠusl tks1{xl
tu uk°„°Œl vk°„vl wkvsΠzsl ukw1xl tk|sΠtsl ukt1ssl
tv uk°„°Œl wk°„wl tksΠtssl wkt1xl uk{sΠusl ukt1ssl
tw uk°„°Œl wk°„wl ukzsΠvsl vkv1sl tk|sΠtsl tks1{xl
tx tk°„°Œl wk°„wl vkxsΠxsl ukw1xl wkwsΠysl tks1{xl
ty tk°„°Œl wk°„wl wkvsΠzsl tky1sl vkzsΠvsl ukt1ssl
u 结果和讨论
正交试验结果汇于表 x ∀
|y 第 z期 王 正等 }功能性共聚物偶联剂制备麦秸 p回收 ⁄°∞复合材料的性能及其影响因子
211 ΠΑ种类对复合材料性能的影响
表 5 麦秸 − 回收 Λ∆ΠΕ复合材料物理及力学性能
Ταβ .5 Τηε πηψσιχαλ ανδ µεχηανιχαλ προπερτιεσφορ ωηεατ στραω2ρεχψχλεδ Λ∆ΠΕ χοµ ποσιτεσ
试验号 ‘²q密度 ⁄¨ ±¶¬·¼Πkª#¦°pvl Œ…А°¤ u «• Œ…А°¤  ’•Π°¤  ’∞А°¤ uw «×≥Πh
t s1{ux x s1s|x z s1ssy z {1xs t sxz1us w{1vw
u t1ssy y s1xuy v s1u|x s vv1tu v yyu1uu x1xwu
v s1{u{ { s1uu| x s1sw{ | t{1ys u uz|1|{ us1tz
w s1|{y | s1uus v s1sw{ u t{1vy u uxs1ts uv1yx
x t1svt x s1u|v s s1szv t t{1v| u uwu1zv tu1|v
y s1{yt z s1v|x w s1txt { us1uy u t|t1wz tv1{z
z t1svv t s1tvx z s1sws | uv1zw u |vu1tt u|1{v
{ s1{xv y s1tyt t s1sxs | tz1u{ u w{u1zy vy1x|
| s1||{ y s1wvv y s1tw{ u uv1uu u sys1tu |1wv
ts s1{ws w s1t|{ w s1s{y w uu1sz u x|s1sy ut1zu
tt t1szv { s1uxt u s1s|s x uz1vz v tx{1sz ty1xy
tu s1{yz y s1sy| x s1st{ y ty1|x u xxt1yw xv1tu
tv s1{yy | s1swt u s1ss| w tu1|u t |sy1uv xy1w{
tw t1szz u s1twv | s1sxz y ux1xw v vuy1x| vs1ww
tx s1{yy v s1w|v t s1uwt s ux1{v u ywu1xt y1uu
ty s1||y w s1ztv z s1vws s vu1{| v vt|1|t x1yt
表 y为 °„ 的种类对
复合材料物理及力学性能
影响的极差分析和显著性
检验 ∀由表 y 可看出 }
°„w对应材料的各力学性
能指标明显优于另 v种 ~
°„t对应材料的 Œ… 及 u
«• Œ…稍低于 °„w o但优于
°„u与 °„v o与 °„w 未形
成水平间显著差异 ∀ °„
对材料性能的影响与化学
组成密切相关 o如表 u所
示 o合成 °„w使用的含羟
基官能团单体比例最高
k| h l oΤªk p w{1w ε l稍
高于 °„tk p x{1v ε l ∀Œ…
及u «• Œ…指标是材料干态及湿热极端条件下界面结合强度的宏观体现 o含羟基比例越高 o°„与高活性异氰
酸酯反应生成界面网络结构越充分 o与麦秸纤维素等极性高分子作用强度增加 ~°„的 Τª越低 o合成时引入
的长链烷基软单体比例越高 o这对改善偶联剂部分链段高温熔融进入复合材料中的 ⁄°∞相有利 o从而改善
两相界面黏结强度 o偶联剂对材料性能的改善是以上协同作用的结果 ∀
表 6 ΠΑ种类的极差分析和显著性检验 ≠
Ταβ .6 Τηε µαξ . διφφερενχε αναλψσισ ανδ σιγνιφιχανχε τεστ οφλεϖελσ οφ πολψαχρψλατεστψπεσ
性能分析
°µ²³¨µ·¬¨¶¤±¤¯¼¶¬¶
°„t °„u °„v °„w
均值
„√¨ µ¤ª¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
均值
„√¨ µ¤ª¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
均值
„√ µ¨¤ª¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
均值
„√¨ µ¤ª¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
极差
¤¬q
§¬©©¨µ¨±¦¨
Œ… s1vwt { „ s1uwy v … s1uvv u … s1vxz y „ s1twu w
u «• Œ… s1twt s „ s1sz| u ≤ s1s{w u ≤ s1tyu s „ s1s{u {
 ’• us1s{ „ t|1|u „ uu1tv „ uw1u| „ w1vz
 ’∞ u usx1y … u wyv1s … u xyy1u … u z|{1{ „ x|v1u
uw «×≥ ut1y| „ uv1vt „ ux1vv „ uw1y| „ v1yw
≠显著性水平 Α€ s1sx ~字母顺序表示该因子水平的影响程度 o下同 ∀ ≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨ ¯¨ √¨ ¯¬¶s1sx1¨·¨µ¶²µ§¨µ ¬¨³µ¨¶¶¨¶ ©¨©¨¦·§¨ªµ¨¨¤°²±ª¯¨ √¨ ¶¯q
׫¨ ¶¤°¨¥¨ ²¯º q
212 异氰酸酯种类对复合材料性能的影响
表 z为异氰酸酯 °„°Œ和 °„°Œ对复合材料性能影响的极差分析和显著性检验 ∀由表 z可看出 }°„°Œ
对应材料的各性能指标均优于 °„°Œo二者对材料 Œ…及 u «• Œ…的影响差异很显著 o对其他性能影响不显
著 ∀表 t可看出 o°„°Œ高活性 ‘≤’含量 vt1x h高于 °„°Œ的 us1u h o‘≤’含量越高 o与 °„ !麦秸纤维素等
大分子羟基以及复合体系中的水反应生成大分子网络结构能力越强 o对界面黏结强度的改善越有利 ∀
表 7 异氰酸酯种类的极差分析和显著性检验
Ταβ .7 Τηε µαξ . διφφερενχε αναλψσισ ανδ σιγνιφιχανχε
τεστ οφισοχψανατεστψπεσ
性能分析
°µ²³¨µ·¬¨¶
¤±¤¯¼¶¬¶
°„°Œ °„°Œ
均值
„√ µ¨¤ª¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
均值
„√ µ¨¤ª¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
极差
¤¬q
§¬©©¨µ¨±¦¨
Œ… s1vwu u „ s1uus v … s1tut |
u «• Œ… s1txs v „ s1s|s s … s1sys v
 ’• uv1us „ us1su „ v1t{
 ’∞ u x{t1x „ u wvx1v „ twy1u
uw «×≥ us1wz „ uz1sv „ y1xy
表 8 异氰酸酯与 ΠΑ质量比的方差分析
Ταβ .8 Τηε ϖαριανχε αναλψσισ οφισοχψανατεστο ΠΑ
项目 Œ·¨°¶ Œ… u «• Œ…  ’•  ’∞ uw «×≥
自由度 ⁄ƒ v v v v v
平方和 ≥∏°¶²©¶´∏¤µ¨¶ s1tsz s s1sxs y wvt1su x |tu szw1w |{u1vz
均方  ¤¨± ²©¶´∏¤µ¨¶ s1svx z s1sty | twv1yz t |zs y|t1x vuz1w
Φ u1v{ x1t{ v1{z z1{t t1|w
显著性水平
≥¬ª±¬©¬¦¤±·¯ √¨¨ ¶¯ s1tsx w s1sts s s1su{ t s1sst z s1tyu u
sz 林 业 科 学 wv卷
213 异氰酸酯与 ΠΑ的质量比对复合材料性能的影响
表 {和表 |分别为异氰酸酯与 °„的质量比对复合材料物理及力学性能影响的方差分析 !极差分析和显
著性检验 ∀由表 {可看出 }异氰酸酯与 °„的质量比对材料 u «• Œ… !’• 及 ’∞均有显著性影响 o对其他性
能影响不显著 ∀由表 |可看出 }仅用 °„k水平 sΠtssl o各力学性能指标最低 o说明偶联剂中起决定性作用的
是异氰酸酯 ~Œ…及 u «• Œ…的最高值是异氰酸酯比例最低的对应值k水平 vsΠzsl o说明偶联剂中 °„对性能改
善的积极作用 o一方面乳化异氰酸酯 o增大异氰酸酯与两相界面接触的比表面积 ~另外 o与 ⁄°∞的相互作
用 !与异氰酸酯的化学反应加强了偶联剂对相间黏结强度的改善 ∀麦秸表面弱极性的表面膜 o对 °„分子中
的羟甲基k ) ≤‹u ’‹l与麦秸纤维素等大分子羟基的屏蔽 o可能是仅用 °„效果差的原因 ∀
表 9 异氰酸酯与 ΠΑ的质量比的极差分析和显著性检验
Ταβ .9 Τηε µαξ . διφφερενχε αναλψσισ ανδ σιγνιφιχανχε τεστ οφ µ ασσ ρατιοσ οφισοχψανατεστο ΠΑ
性能分析
°µ²³¨µ·¬¨¶¤±¤¯¼¶¬¶
sΠtss zsΠvs xsΠxs vsΠzs
均值
„√¨ µ¤ª¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
均值
„√¨ µ¤ª¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
均值
„√ µ¨¤ª¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
均值
„√¨ µ¤ª¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
极差
¤¬q
§¬©©¨µ¨±¦¨
Œ… s1uus y … s1vty s … s1uyy u … s1vzy t „ s1txx x
u «• Œ… s1sxz z … s1twz z „ s1tsv v … s1txz | „ s1tss u
 ’• tx1w| … ux1ux „ uu1ys „ uv1s| „ |1zy
 ’∞ t z|v1x … u |wu1y „ u ywt1x „ u yxx1| „ t tw|1t
uw «×≥ vt1|u „ tz1{| … t|1xt … ut1y| … tw1sv
214 偶联剂用量对复合材料性能的影响
表 10 偶联剂用量对材料性能影响的方差分析
Ταβ .10 Τηε ϖαριανχε αναλψσισ οφ χουπλινγ αγεντ χοντεντσ
项目 Œ·¨°¶ Œ… u «• Œ…  ’•  ’∞ uw «×≥
自由度 ⁄ƒ v v v v v
平方和 ≥∏°¶²©¶´∏¤µ¨¶ s1ttz | s1swt { yu1uy zyv ssw1{ wws1z
均方  ¤¨± ²©¶´∏¤µ¨ s1sv| v s1stv | us1zx uxw vvw1| twy1|
Φ u1yu w1u{ s1xy t1st s1{z
显著性水平 ≥¬ª±¬©¬¦¤±·¯ √¨¨ ¶¯ s1sss u s1sus s s1yw| w s1wtv w s1wzy z
表 ts和表 tt分别为偶联剂的用
量对复合材料物理及力学性能影响的
方差分析 !极差分析和显著性检验 ∀
表 ts可看出 }偶联剂的用量对 Œ…的
影响非常显著 o对 u «• Œ…的影响很显
著 o而对其他性能的影响不显著 ∀由
表 tt可看出 }偶联剂的用量 w1x h与
y1s h !t1x h与 v1s h o对应材料的各项性能指标的影响差异不显著 ~随偶联剂用量由 t1x h !v1s h !w1x h增
加 o复合材料各性能指标而递增 o但增容剂用量由 w1x h增至 y1s h时 o各力学性能变化不大 ow1x h的偶联剂
对应材料的 u «• Œ… !’• !’∞最高 ouw «×≥最低 o这说明偶联剂的用量在 w1x h时 o积聚在界面上的偶联剂
分子达到饱和 o继续增加偶联剂的用量 o部分偶联剂将自身聚集成弱边界层 o当材料承受外力时 o该弱边界层
首先成为断裂区域 o造成力学性能降低 o材料耐水性下降 ∀由此可见 o该偶联剂对该材料界面的临界分子浓
度约为 w1x h ∀
表 11 偶联剂用量的极差分析和显著性检验
Ταβ .11 Τηε µαξ . διφφερενχε αναλψσισ ανδ σιγνιφιχανχε τεστ οφ χουπλινγ αγεντ χοντεντσ
性能分析
°µ²³¨µ·¬¨¶¤±¤¯¼¶¬¶
y1s h w1x h v1s h t1x h
均值
„√¨ µ¤ª¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
均值
„√¨ µ¤ª¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
均值
„√ µ¨¤ª¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
均值
„√¨ µ¤ª¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
极差
¤¬q
§¬©©¨µ¨±¦¨
Œ… s1vyw s „ s1vwx x „ s1uwv x … s1uux | … s1twu w
u «• Œ… s1twz u „ s1txy | „ s1s{| z ≤ s1szu y ≤ s1s{u{
 ’• uu1ux „ uv1xy „ us1s| „ us1xs „ w1vz
 ’∞ u wvt1z „ u zzx1x „ u wtx1| „ u wts1x „ vyx1s
uw «×≥ ut1ts „ t|1wx „ ux1x| „ u{1{z „ |1wu
215 麦秸与回收 Λ∆ΠΕ质量比对复合材料性能的影响
表 tu为麦秸与回收 ⁄°∞质量比的极差分析和显著性检验 ∀由表 tu可看出 }tl复合材料 Œ…及 u «• Œ…
指标随原材料 ⁄°∞比例的增加而递增 ∀其中 o麦秸与回收 ⁄°∞的质量比由 |sΠts改变至 ysΠws o材料 Œ…由
s1ttt t °¤增至 s1wyx y °¤o提高了 vts1| h ou «• Œ…由 s1svt s °¤增至 s1t{| t °¤o提高了 xts1s h ∀这
是因为原材料中 ⁄°∞比例较高时 o更多的麦秸与 ⁄°∞相界面取代了麦秸结构单元间界面 o由于该条件下
两相间结合强度高于麦秸单元间结合强度 o致使复合材料 Œ…增加 o由于憎水 ⁄°∞对更多的亲水麦秸单元
tz 第 z期 王 正等 }功能性共聚物偶联剂制备麦秸 p回收 ⁄°∞复合材料的性能及其影响因子
进行了有效包覆和渗透 o致使材料 u «• Œ…增加更显著 ∀ul原材料中 ⁄°∞比例过高 o’∞降低 ∀如麦秸与
回收 ⁄°∞质量比为 ysΠws时 o材料的  ’∞降至最低值 u uxv1t °¤o这是因为 ⁄°∞本体韧性比麦秸高 o塑
料比例的增加导致材料的刚性降低 o麦秸与 ⁄°∞质量比为 {sΠus o材料的  ’∞出现峰值 ∀vl复合材料
uw «×≥随原材料 ⁄°∞比例的增加显著降低 ∀如麦秸与 ⁄°∞比例由 |sΠts改变至 ysΠws o相对应的 uw «×≥由
ws1wv h降至 |1vy h o材料耐水性的变化 o也与憎水 ⁄°∞对亲水麦秸单元表面的覆盖率和渗透率增加有关 ∀
由此可见 o增加 ⁄°∞的比例是提高材料耐水性行之有效的重要途径 ∀
表 12 麦秸 − 回收 Λ∆ΠΕ质量比的极差分析和显著性检验
Ταβ .12 Τηε µαξ . διφφερενχε αναλψσισ ανδ σιγνιφιχανχε τεστ οφ µασσ ρατιοσ οφ ωηεατ στραω το ρεχψλχεδ Λ∆ΠΕ
性能分析
°µ²³¨µ·¬¨¶¤±¤¯¼¶¬¶
|sΠts {sΠus zsΠvs ysΠws
均值
„√¨ µ¤ª¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
均值
„√¨ µ¤ª¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
均值
„√ µ¨¤ª¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
均值
„√¨ µ¤ª¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
极差
¤¬q
§¬©©¨µ¨±¦¨
Œ… s1ttt t ⁄ s1uxw y ≤ s1vwz x … s1wyx y „ s1vxw x
u «• Œ… s1svt s ≤ s1ttt x … s1tvx s … s1t{| t „ s1tx{ t
 ’• t{1y{ „ uu1yz „ uu1t| „ uu1{{ „ wu1ss
 ’∞ u wyy1| … u {su1v „ u xtt1v … u uxv1t … xw|1u
uw «×≥ ws1wv „ u{1z| … ty1wv ≤ |1vy ⁄ vt1sz
216 密度对复合材料性能的影响
由表 tv可看出 }密度为 t1s ª#¦°pv的复合材料各力学性能指标明显优于密度为 s1{x ª#¦°pv的相应值 o
这符合人造板材性能的一般规律 o但应注意的是密度为 t1s ª#¦°pv的材料的 uw «×≥稍高于密度为 s1{x
ª#¦°pv的相应值 o这与密度对其他材料力学性能的影响相反 o这一现象可能与麦秸的压缩率有关 o密度越高 o
麦秸的压缩率越大 o其内应力越大 o在材料 uw «浸水过程中 o水分子与麦秸分子中的纤维素 !半纤维素等大
分子羟基的相互作用使材料的内应力得到释放 o其稳定性增加 ∀表 tv水平间显著性分析表明 o该影响不显
著 ∀
表 13 密度的极差分析和显著性检验
Ταβ .13 Τηε µαξ . διφφερενχε αναλψσισ ανδ σιγνιφιχανχε τεστ οφ δενσιτιεσ
性能分析
°µ²³¨µ·¬¨¶¤±¤¯¼¶¬¶
s1{x ª#¦°pv t1s ª#¦°pv
均值
„√¨ µ¤ª¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
均值
„√¨ µ¤ª¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
极差
¤¬q
§¬©©¨µ¨±¦¨
Œ… s1uzw y „ s1vtw | „ s1sws v
u «• Œ… s1tsv x „ s1tu| z „ s1suy u
 ’• ut1sv „ uw1t{ „ v1tx
 ’∞ u wyw1y „ u xxu1u „ {z1y
uw «×≥ uu1xv „ uw1|{ „ u1wx
217 优化因子对复合材料性能的影
响
通过以上分析和讨论 o本试验的
优化因子为 }°„w !异氰酸酯 °„°Œ!
°„°Œ与 °„的质量比为 vsΠzs !偶联剂
的用量 w1x h !麦秸与回收 ⁄°∞质量
比 {sΠus !密度 t1s ª#¦°pv o以该系列
因子进行优化试验 o所得材料性能与
Š…Π× w{|z1z p ussv规定的在潮湿状
态下使用的增强结构用板要求比较汇于表 tw ∀
表 14 优化条件下复合材料试验结果
Ταβ .14 Τηε προπερτιεσ οφ χοµ ποσιτεσ υνδερ οπτιµιζινγ χονδιτιονσ
项目 Œ·¨°¶ 密度 ⁄¨ ±¶¬·¼Πkª#¦°pvl Œ…А°¤ u «• Œ…А°¤  ’•Π°¤  ’∞А°¤ uw «×≥Πh
性能 °µ²³¨µ·¬¨¶ t1swt { s1zxw t s1u|{ v vv1yv v {|s1t| x1tx
Š…Π× w{|z1z p ussv ) ∴s1zx ∴s1ux ∴uu ∴v vxs [ |
由表 tw可看出 }优化条件下用 °„°Œ和 °„w偶联剂制备的麦秸 p回收 ⁄°∞复合材料 o各项物理及力学
性能提高显著 o偶联剂的用量为 w1x h kt1vx h °„°Œ和 v1yx h的 °„wl o复合材料的各项物理及力学性能均满
足 Š…Π× w{|z1z p ussv规定的在潮湿状态下使用的增强结构用板要求 o并且 u «• Œ… ! ’• !’∞以及 uw «×≥
性能指标均有剩余 o’• 和 uw «×≥剩余率达 xu1| h和 wu1{ h ∀
v 结 论
以异氰酸酯和 °„偶联剂 o制备各项物理及力学性能均满足 Š…Π× w{|z1z p ussv规定的在潮湿状态下使
用的增强结构用板要求的麦秸 p回收 ⁄°∞复合材料是可行的 ∀
异氰酸酯和 °„偶联剂可显著改善复合材料的各项物理及力学性能 ∀其中 o羟基含量较高 !Τª较低的
uz 林 业 科 学 wv卷
°„ o‘≤’含量较高的 °„°Œ对改善复合材料的物理及力学性能较显著 ~异氰酸酯与 °„的质量比vsΠzs与zsΠvs
相比较 o对材料性能影响不显著 ~偶联剂的用量为 w1x h时 o对应材料的各项性能指标较高 ~随原材料 ⁄°∞
比例的增加 oŒ… !u «• Œ…及 uw «×≥性能改善 ∀随密度增加 o复合材料各项力学性能指标递增 o但密度为 s1{x
ª#¦°pv材料的 uw «×≥低于 t1s ª#¦°pv的材料的相应值 ∀
参 考 文 献
王 正 o鲍甫成 o郭文静 qussv1 木塑复合因子对复合材料性能的影响 q林业科学 ov|kxl }{z p |w
王 正 o赵行志 o郭文静 qussx q回收塑料 p木材纤维复合材料的工艺及性能 q北京林业大学学报 ouzktl }t p x
Š²§¤√¤µ·¬≥ o• ¬¯¯¬¤°¶• Žo⁄¨ ¤±¨ µ qusst q°²¯¼²¯ ©¨¬± º²²§©¬¥¨µ¦²°³²¶¬·¨ q˜≥° oyuyxsvz≈°  oz ouw
¨±±¬©¨µ qussu q ¤·¨µ¬¤¯ ¤±§³µ²¦¨¶¶¬±ª§¨ √¨ ²¯³°¨ ±·¶§µ¬√¨ º²²§³¯¤¶·¬¦¦²°³²¶¬·¨¶©²µº¤µ§q°¯¤¶·¬¦¶„§§¬·¬√ ¶¨i ≤²°³²∏±§¬±ªoz }uv p u{
²«±  o• ∏ ± oŒ²¤± ‘qussu q׫¨ Œ±©¯∏¨±¦¨ ²© °¤¯ ¤¨·¬²± ²± ³²¯¼° µ¨¤§¶²µ³·¬²± ¤±§©¬¬¤·¬²±oº²²§¶∏µ©¤¦¨ º ·¨¤¥¬¯¬·¼o¤±§¬±·¨µ©¤¦¬¤¯ ¥²±§¬±ª¶·µ¨±ª·«¬± º²²§2
°∂ ≤ ¦²°³²¶¬·¨¶q• ²²§¤±§ƒ¬¥¨µ≥¦¬¨±¦¨ ovwkvl }wvw p wx|
Ž¨ ±¨¨ µ× o≥·∏¤µ·• Žo…µ²º± × Žqussw q ¨¯ ¤¨·¨§¦²∏³¯¬±ª¤ª¨ ±·¶©²µ±¤·∏µ¤¯ ©¬¥¨µ¦²°³²¶¬·¨¶q≤²°³²¶¬·¨¶°¤µ·„ }„³³¯¬¨§≥¦¬¨±¦¨ ¤±§ ¤±∏©¤¦·∏µ¬±ªovxkvl }
vxz p vyu
¬± o¤∏µ¨±·  qussv q∞©©¨¦·¬√¨ ±¨ ¶¶²© °¤¯ ¤¨·¨§¤±§¤¦µ¼¯¬¦¤¦¬§2©∏±¦·¬²±¤¯¬½¨ §³²¯¼²¯ ©¨¬±¦²∏³¯¬±ª¤ª¨ ±·¶©²µ‹⁄°∞2º²²§2©¯²∏µ¦²°³²¶¬·¨¶q²∏µ±¤¯ ²©×«¨µ°²
°¯ ¤¶·¬¦≤²°³²¶¬·¨ ¤·¨µ¬¤¯¶otykyl }xxt p xyw
∏ o• ∏ ± o¦±¤¥¥ ‹ ≥ qusss q≤«¨ °¬¦¤¯ ¦²∏³¯¬±ª¬± º²²§©¬¥¨µ¤±§³²¯¼° µ¨¦²°³²¶¬·¨¶}¤µ¨√¬¨º ²©¦²∏³¯¬±ª¤ª¨ ±·¶¤±§·µ¨¤·° ±¨·¶q• ²²§ƒ¬¥¨µ≥¦¬¨±¦¨ ovu
ktl }{{ p tsw
’®¶°¤± Žo¬±§¥¨µª ‹ qt||{ qŒ±©¯∏¨±¦¨ ²©·«¨µ°²³¯¤¶·¬¦¨¯¤¶·²° µ¨¶²± ¤§«¨¶¬²±¬± ³²¯¼¨ ·«¼¯ ±¨¨ 2º²²§©¯²∏µ¦²°³²¶¬·¨q²∏µ±¤¯ ²© „³³¯¬¨§°²¯¼°¨ µ≥¦¬¨±¦¨ oy{ }
t{wx p t{xx
•²¶¨± ‘‹ qussv q„ ¦¯²¶¨± ²¯²®¤·º²²§2³¯¤¶·¬¦¦²°³²¶¬·¨q• ²²§¤±§ • ²²§°µ²§∏·¨¶ot|ktul }vu p vv
≥¨¯®¨ ≥ ∞o•¬¦«°¤± Œqussw q • ²²§©¬¥¨µΠ³²¯¼²¯ ©¨¬± ¦²°³²¶¬·¨¶q≤²°³²¶¬·¨¶°¤µ·„ }„³³¯¬¨§≥¦¬¨±¦¨ ¤±§ ¤±∏©¤¦·∏µ¬±ªovxkvl }vut p vuy
k责任编辑 石红青l
vz 第 z期 王 正等 }功能性共聚物偶联剂制备麦秸 p回收 ⁄°∞复合材料的性能及其影响因子