有机颜料是木塑复合材料(简称WPC)着色研究的主要着色剂之一,但有机颜料存在分散性差、耐候牢度不佳等问题,而对其进行改性处理是解决此问题的重要手段之一。

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本文首先以联苯胺黄G12(P.Y.12)为着色剂,研究茶梗粉、杉木粉以及竹粉3种木质原料填充高密度聚乙烯(HDPE)复合材料的力学性能和着色性能,并分别以酞菁蓝15:3(P.B.15:3)、P.Y.12、颜料红48:2(P.R.48:2)对复合材料进行着色处理,探讨颜料种类及其添加量对复合材料弯曲性能和表观颜色的影响。

在此基础上,分别采用溶胶-凝胶法制备的纳米Si02及其与含氢硅油(PMHS)复合、硅铝凝胶对P.Y.12进行改性处理,通过FTIR、SEM观察以及热重分析表征其改性效果,同时采用改性颜料着色复合材料并进行紫外加速老化试验,探讨颜料改性对材料弯曲性能、热稳定性、表观颜色以及耐老化性能的影响。论文的主要结论如下:

(1)茶梗粉、杉木粉与竹粉为填料分别与HDPE复合制备的WPC,其弯曲性能的大小次序为杉木粉/HDPE复合材料竹粉/HDPE复合材料茶梗粉/HDPE复合材料,且材料的外观颜色变化均较明显;3种有机颜料(P.B.15:3、P.Y.12、P.R.48:3)分别着色杉木粉/HDPE复合材料后,总色差E*随颜料添加量的增加而增大;无论WPC是否着色处理,随紫外老化时间延长,材料表面裂隙增加,弯曲性能降低,明度指数L*与E*均增大;但与未着色材料相比,颜料加入后使WPC的弯曲性能略有提高,且材料的耐紫外老化性能较好。

(2)对溶胶-凝胶法制备的纳米SiO2及其与PMHS复合改性P.Y.12后的SEM观察、粒径测试及热分析表明,纳米SiO_2改性后颜料粒径增大,且耐热性能提高,但纳米SiO2与PMHS复合改性后,粒径较前者有所减小,改性使颜料的分散稳定性能提高。

(3)纳米SiO2及其与PMHS复合改性的P.Y.12对WPC弯曲性能的影响较小,热分析表明当WPC中添加10%纳米SiO2改性颜料时其热稳定性能有较明显提高;紫外加速老化试验表明,添加10%纳米SiO2及其与PMHS复合改性颜料使WPC老化后弯曲性能的变化最小;WPC的总色差 E*的变化也均小于添加未改性的颜料,其中20%纳米SiO2改性颜料对材料老化过程中颜色的稳定效果最好。

(4)采用研磨法用硅铝凝胶对P.Y.12进行改性后,颜料粒径增大,但耐热性能提高不明显;改性颜料着色WPC后,其弯曲性能有所增大但变化总体较小,而WPC的L*、b*增加,其中经6%与9%硅铝凝胶改性后,b*分别较对照增加了4.67%与5.63%;紫外加速老化试验表明,相同的老化时间内,硅铝凝胶改性颜料使WPC弯曲性能的降低幅度及其 E*的变化幅度基本上小于添加未改性的颜料,其中9%硅铝凝胶改性颜料使WPC在老化期间E*的变化最小,对颜色的稳定效果较好。