プラスチック用の有機フィラーとして、木粉は他の無機フィラーにはない多くの優れた特性を持っている。幅広い供給源、低価格、低密度、良好な断熱性、加工装置の摩耗や損傷の少なさなどである。

しかし、主にマトリックス樹脂との相溶性が悪い、溶融熱可塑性樹脂への分散効果が低い、流動性が悪い、押出成形が難しいなどの理由から、無機フィラーのように広く使用されていない。

木粉の主成分は水酸基を多く含むセルロースであるため、これらの水酸基が分子間水素結合や分子内水素結合を形成し、木粉を8%～12%の吸水率で非常に強い吸水性にする。一方、ほとんどの熱可塑性プラスチックは非極性で疎水性であるため、両者の相溶性は悪く、界面での結合力は非常に小さい。

したがって、優れた性能と条件を備えたプラスチック-木材複合材料を得る必要がある。

最初に解決しなければならないのは、素材の互換性の問題です。互換性の問題は、主に様々な修正剤を加えることで解決される。

なぜ様々な改質剤を使用すると複合材料の性能が向上するのか？改質剤の使用により、非極性マトリックス樹脂と極性木粉の界面にどのような変化が生じたのか？

我々は、複合材料の衝撃破壊の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を分析することによって、この疑問に対する答えを得ようと試みている。木粉(60メッシュ)を改質剤を使用せずにHDPEと直接混合して得た複合材料と，木粉を1.5%シランカップリング剤で処理して調製した複合材料を選び，PE-g-MAHおよびEVA-g-MAH改質複合材料の6部を衝撃破壊形態分析に供した。

写真は、HDPE/木粉複合材料の常温衝撃破壊形態を示す。l

(注：aは未変性、bはシランカップリング剤、cはPE-g-MAH変性、dはEVA-g-MAH変性）。

図に示すとおりである：写真a-1とa-2から、改質剤無添加の複合材料HDPEと木粉の界面が、剥離後に非常に滑らかで整然としていることがよくわかる。これは、木粉とHDPEの2相の界面の相溶性が非常に悪く、両者の界面接着力が非常に小さいことを示している。そのため、材料に外力が加わると、界面層は効果的な力の伝達を形成できず、木粉とマトリックス樹脂は容易に剥離する。

写真b-1およびb-2から、1.5%シランカップリング剤を用いて木粉を処理した後に調製した複合材料の衝撃破壊形態が大きく変化していることがわかる。表面はもはや未改質以前のような滑らかさではなく、表面に多くの繊維状物質が付着している。これは、破壊の過程でマトリックス樹脂が変形したためで、カップリング剤で改質された木粉とHDPEとの間に効果的な界面層が形成され、木粉とHDPEマトリックスとの界面結合が強化されたことを示している。木粉とHDPEの界面を破壊するには強い力が必要である。

写真c-1およびc-2は、相溶化剤としてPE-g-MAHを6部使用して調製した木材-プラスチック複合材料の衝撃破壊形態を示す。PE-g-MAHの使用は、複合材料界面の相溶性を向上させ、HDPEと木粉表面の親和性を改善した。

写真d-1およびd-2は、相溶化剤としてEVA-g-MAHを6部添加して作製した複合材料の衝撃破壊形態である。破断後の破断面には細長い繊維状の物質が見られ、木材 粉末とマトリックス樹脂の剥離によって残された空洞には明らかな変形が見られる。これは、EVA-g-MAHを使用して複合材料の界面相溶性を改善したためである。外力の作用により木粉とマトリックス樹脂が剥離し、その結果マトリックス樹脂が変形する。以上の分析と観察の結果、カップリング剤で処理した木粉、または相溶化剤の使用は、木粉とHDPE界面の相溶性を効果的に改善し、界面の接着性を向上させ、複合材料の性能を向上させることができると結論づけることができる。 が改善された。