塑木復合材料兼具成本低、耐潮濕、防蟲蛀、力學性能優異、可回收利用和熱塑性加工等突出優勢,在包裝、汽車、建筑材料等領域得到廣泛應用。

然而,塑木材料在加工、運輸和使用過程中,易受水、熱、光、氧、微生物、酸堿環境等因素的綜合作用及人為影響不可避免地發生老化現象,降低其耐久性和尺寸穩定性;尤其在戶外暴露條件下,濕度的周期性變化會引起構件膨脹與收縮,誘發微裂紋萌生與擴展,加之紫外輻射引發的光降解以及微生物的侵蝕作用,會加速材料性能的持續劣化,嚴重制約其長期服役可靠性。為延緩WPC的老化進程,當前研究多采用添加石油基耐老化助劑的方式提升材料抗老化性能,但該類添加劑在使用過程中易發生遷移析出,且難以自然降解,同時也潛藏著污染土壤和水體的環境風險;此外,部分石油基添加劑還具有一定毒性,可能對人體健康造成危害。生物基耐老化添加劑是一類以生物質為原料、具有抗氧化及其他穩定功能的生物活性化合物,具備優于石油基添加劑的環境友好性和可再生性,在提供耐老化性能的同時,可大幅降低對健康和環境的風險,減少對化石原料的依賴[7]。因此,采用生物基耐老化添加劑替代石油基添加劑增強WPC耐老化性能,不僅有助于延長材料的使用壽命,也因其可降解特性而更加符合可持續發展理念。有研究從生物基添加劑類別角度出發,梳理填料類添加劑和提取物類添加劑在耐老化復合材料研究領域的應用現狀,并進一步歸納生物基添加劑復配、生物基-非生物基添加劑復配體系在提升復合材料耐老化性能方面的研究進展。針對現有研究中存在的生物基添加劑與基體材料界面相容性差、生物基添加劑復配協同機理不明確、復合材料綜合耐候性不足等問題,展望生物基添加劑在提升塑木復合材料耐老化性能方面的研究方向,以期為開發兼具高耐老化性、良好生物相容性與可降解性的塑木復合材料提供科學依據。
通常情況下,單一耐老化添加劑的作用范圍有限,往往只能針對WPC老化過程中的某一特定因素,難以全面應對戶外環境中光照、溫度、濕度等多重因素協同作用的復雜老化過程。添加劑協同復配體系指將 2 種或多種功能互補的添加劑結合,充分發揮組分間的協同效應,從而綜合提升材料的耐老化性能,有效克服單一添加劑在復雜戶外環境下面臨的不足。
國內外學者在生物基添加劑替代石油基添加劑提升塑木復合材料耐老化性領域取得了較多研究成果,來源于可再生資源的生物基添加劑,不僅能夠部分或完全替代石油基耐老化添加劑,更因其生物可降解性和環境友好性而展現出獨特的資源優勢。隨著“雙碳”戰略推進,生物基復合材料將逐漸成為研究熱點。然而目前該領域在生物基添加劑與基體界面的界面調控、生物基添加劑復配協同機理解析、材料綜合耐候性不足等問題上需要進一步深化研究。
1)深化生物基添加劑在WPC復合體系中的界面調控。生物基添加劑易團聚、與聚合物基體相容性差等問題是制約實現生物基添加劑增強WPC界面調控的關鍵瓶頸,未來可通過化學改性、物理摻雜、優選相容劑等手段,增強其在聚合物基體中的分散性與界面相容性,從而提升復合材料的力學性能與穩定性。
2)揭示生物基添加劑復配體系的協同增效機理。生物基添加劑復配體系雖表現出協同增強效果,但作用機理尚不明確。可通過多尺度結構分析、原位表征、化學組分分析等途徑,深入解析其相互作用機制,實現耐老化性能的精準調控,為材料設計提供理論依據。
3)推動耐候型WPC的功能集成。目前耐老化WPC功能相對單一,綜合耐候性的研究還不足,未來研究可通過功能化改性、多組分協同復配等方式,在保障材料耐老化性能的基礎上,賦予材料自修復、抗菌、阻燃、電磁等性能,拓寬其在高端建材、環保制品等領域的應用,助力可持續發展。
參考文獻:《生物基添加劑增強塑木復合材料耐老化性能研究進展》歷 想







