木塑材料在我国的发展

关于木塑材料的知识人们对木材有亲和性，家居装潢离不开木材。但木材自身也有缺点，易收缩开裂，遇水易变型，遇湿易发霉，遇火易燃烧，如果用胶合板制成的木门，其中甲醛还会对室内造成污染。有没有一种“只有木材优点、没有木材缺点”，“不是木材、胜似木材”的新型材料？现在有了。这就是用木粉和PVC塑料加工而成的木塑复合材料（WPC）。破解木塑复合材料高值利用的关键在国外，经过十多年的研究、开发和工业应用，木塑复合材料已形成一个新兴产业。木塑复合材料以木粉、农业秸秆粉等植物纤维和塑料为主要原材料，采用先进工艺加工而成，且产品可重复回收再利用。从感观上看，木塑材料具有良好的木质感，耐湿，着色性良好，隔热绝缘防腐，机械性能比单纯的木质材料高10倍，成为天然木材的理想替代品。仅在北美，年产量４０多万吨，产值１２亿美元。欧洲各工业发达国家、日本、澳大利亚等，也都在发展木塑和天然纤维复合材料产品。主要以废旧塑料和树枝树杈粉、农业秸秆粉等植物纤维为原材料，制成的产品广泛用于包装、园林、运输、建筑、车船内饰等领域。我国“九五”期间就开始发展木塑新材料，还提出2010年“以塑代木、以塑代钢、节约资源、保护环境”远景目标规划。作为国内最早研究木塑新材料并拥有两项国家发明专利的单位，一山集团下属山达木业有限公司该项目计划总规模达到年产３０万吨，分三期建设。2005年上半年，山达已经有三批木塑产品分别出口到日本和美国，国内不少城市也已用上国产的木塑材料产品。绿可木复合材料的应用被国家发改委列为2004年重大产业技术开发项目。PVC木粉复合材料发展很快，以其高韧性、成本低等优势正逐步取代传统的木质品；但由于PVC木粉复合材料是木粉的复合，使其延展性和耐冲击性降低，材料脆性大，密度也比传统木质品大近2倍，限制了它的广泛使用。为了消除这些缺点，通常采用添加冲击改性剂的方法提高其冲击性能，但对改善延展性和降低密度几乎无效。近几年，在国内，木塑的发展也有了具体的应用。上海奔奔门业有限公司与北京化工大学，经过攻关与研究，开始用发泡成型的方法消除延展性和耐冲击性降低等缺点。经发泡后的PVC木塑复合材料，生态木由于存在良好的泡孔结构，可钝化裂纹尖端并有效阻止裂纹的扩张，同时对木粉进行了表面处理，使其能被PVC树脂很好地润湿，达到最佳结合界面。此举显著提高了材料的抗冲击性能和延展性，大大降低了制品的密度。挤出微发泡法以其成本低，效率高、耗时短和易于实现工业化等优点，使PVC木塑复合材料的附加值大大提高，成为21世纪装潢材料的理想替代品。奔奔门业有限公司，通过三年多的自主开发，把木塑新材料成功地运用到室内装饰材料领域，最近研制出国内首套木塑门生产工艺，已申报国家发明专利。据中科院上海科技查新咨询中心查证，该项目达到国内技术领先、国际技术先进水平，在国内尚属首家。日前，博为生态木该公司木塑室内门加工技术，获上海市高新技术成果转化项目证书。该项目符合国家“以塑代木”、“以塑代钢”的产业政策和建节约型社会的长期国策，满足了市场的需求。木塑复合材料是在PVC塑料原料中，添加30-50%的木质纤维填料（木粉），和相关稳定剂、改性剂、润滑剂和发泡剂等，利用高速混合机混合后，经专用造粒机制备成不同规格及等级的木塑颗粒。然后使用成型挤出机、模具及相关工艺，生产出各种形状的PVC木塑复合微发泡装饰型材。令人称奇的是，最后一道工艺是通过特殊处理，在木塑门表面印上各种木纹膜，有樱桃木、椐木、水曲柳等十余种，可配以不同色彩。其产品既有逼真的实木感，又有耐水耐腐、防蛀防霉、隔音隔热、保温阻燃、环保（不含甲醛）等特性，特别适用于厨房、盥洗室门的装饰。在奔奔门业有限公司的产品陈列室，可以看到有近百种的家庭装饰用门、门套、窗套、线条和饰板，特别是各种款式的门，木质感强，造型雍贵，有一扇门剖切后浸泡在大型金鱼缸内，门不变形不掉色，鱼儿照样攸哉游木塑复合材料发展前景广阔PVC树脂填充木粉挤出微发泡制品兼有木材和塑料的优良特性，生产的制品达到了真正仿木的效果。生产成本也低于木制品，它的出现给木制品行业带来了一场革命。特别是在资源紧缺、原料价格飞涨的今天，它给塑料加工行业带来了新的生机。由于使用的原料和生产过程没有使用胶水粘合，成为替代传统木材的环保新型材料。其特点，一是具有防水性。木材本身的吸水性高达8-10%，但木粉经过表面处理后，表面形成一层高分子膜，同时木粉也被高分子材料紧密包覆，经检测结果表明本材料的吸水率小于2%，具有一定的防水性能。二是具有阻燃性。这与材料中聚氯乙烯的分子结构有关，因为PVC分子结构中，氯元素的含量高达56%，而氯元素本身具有离火自熄功能。三是防霉性能好。木粉经过表面处理，同时被高分子材料包覆，霉菌缺少滋生的环境；同时木粉在处理过程中，表面吸附了防霉剂，也提高了产品的防霉性能。四是木质感强。因为在本材料中木粉含量可达30-50%，同时通过微发泡，制品密度可控制在0.6-1.0g/cm之间，与木材的密度非常接近，内部组织较为疏松，具有天然木质感。可调配各种颜色，免除色差烦恼。五是具有耐腐蚀性能。木粉本身的耐腐蚀性较差，但被高分子材料包覆，而聚氯乙烯本身具有很好的酸碱惰性。六是实用性强。PVC木塑材料可根据不同木种和颜色生产出不同等级、不同规格、不同颜色的制品。由于生产过程采用挤出成型，可实现自动连续生产，长度任意裁定，这是原木所不能及的。木塑制品现已引起国际上的广泛重视，被誉为环保新型材料，具有广阔的发展前景。业内专家认为，作为代塑、代木的最佳产品，木塑材料是真正的绿色产品，其意义不仅是变废为宝，更是契合了目前我国建设节约型社会的要求。它不仅能使农村的枯树枝树杈、植物秸秆等得到最充分的利用，增加了农民的收入，同时有效降低了我国出口产品包装用材料多为天然木材所需的高昂费用。如果用于包装、园林、运输、室外产品，木塑复合材料可应用废旧塑料为原料，解决无法回收造成的污染的废旧塑料出路问题。我国是一个木材资源贫乏的国家，森林覆盖率仅12.7%，人均木材消耗水平不足0.05立方米/年，分别低于世界平均值22%，绿可生态木每年要进口木材1000-3000万立方米。要解决这一问题，一方面是鼓励木材进口，另一方面就是通过新材料的研究开发，寻求木材的代用品，因而利用木材的下脚料、锯末、木粉等，来生产的PVC木塑复合制品就成为首选品。同时我国是农业大国，每年的秸秆就有上亿吨，除少部分做饲料外，大部分烧掉或做肥料。仅上海，就有170万吨，当前约有三分之一作柴灶燃料,五分之二粉碎还田。如果回收部分制成秸秆粉，与木粉混合后，用于生产木塑复合材料的原料，那更能降低生产成本，并增加农民的收入。木塑新材料的创新应用，必将带来巨大的商机，并将改变人们现有生活方式。上海塑料行业协会的专家们建议，我国科技部门应加大对这种新型绿色材料的研发力度，扩大产学研合作，开发出更多具有高附加值的新产品，同时政府有关部门要在回收秸秆、废枝方面制定相关鼓励政策，引导企业积极发展木塑复合材料，在推动回收初级原材料、木塑粒子生产、木塑制品制造上形成产业链。木塑复合材料生产工艺进展木塑复合材料最先使用的生产工艺是混炼，再热压(或发泡压制)成平板或模压成型材。现在的生产工艺以挤出成型为主,并辅以注射成型。挤出可以单挤或复合共挤，生产工艺也实现了连续化，提高了生产效率，降低了成木。为获得较轻目_感觉极似真木的木塑复合材料，且可承受螺钉和钉子，采用发泡技术产生的内压可以提供比非发泡材料更佳的表面清晰度和更光滑的表面轮廓。微孔发泡挤出技术的应用，大大节约了材料成木，且密度一也降低了20%一35%;其中可采用化学发泡和物理发泡，并以物理发泡为佳:即在机头模具注入超临界气体(如CO2而实现发泡。现在可以实现发泡料与表面层复合料的共挤，使材料具有优良的使用性能。另外，以聚苯乙烯/纤维为主材，由水作为发泡剂的木塑复合材料正在研究开发中。微孔发泡克服了木塑复合材料延展性和冲击强度不足之缺点，且成本降低。木塑制品中木粉用量的提高，由于流动性问题，需要对生产设备进行改进，现己开发出木粉含量达85%的同向平行双螺杆挤出机。日前为提高生产效率和制备高性能产品，挤出速度己达3m/min，进一步改进后将达4m/thin;N,在机头处设置了取向装置,可生产高取向、力学性能优,与木材相似的各种板材或型材。近年来值得注意的动向是,在木塑复合材料的成型工艺方而,注射成型得到了迅速发展,木塑复合材料将逐渐广泛用于注射产品中。木塑复合材料添加剂的最新进展Crompton公司最近开发出的Polybond3029MP是一种添加了小粒径马来酸酐接枝HDPE的交联剂，具有良好的分散性能。据说，仅仅添加了2％该交联剂的木塑复合材料，其抗弯曲性能就提高了一倍，拉伸强度提高了60％。Crompton公司也同时推出了马来酸处理的PP，其交联性能更加优越，与马来酸酐的结合能力更强。使用这种添加剂获得的试验材料拥有更高的拉伸强度、抗冲击性能，受润滑剂的影响更小，并且吸水性也降低了40％。Equistar化学公司推出了一系列马来酸酐接枝PE交联剂，这是专门为PE基木塑复合材料开发的交联剂。该公司宣称，采用这种添加剂，PE基木塑复合材料的静曲抗弯强度提高了50％，静曲弹性系数提高了20％。杜邦公司的马来酸酐接枝的FusabondMB-226D和MD-353D分别适用于PE基木塑复合材料和PP基木塑复合材料。试验表明，添加了MB-226D的HDPE基木塑复合材料的拉伸强度比未经交联的材料提高了200％~300％。目前，杜邦也在开发新的交联剂产品代替以功能性酸酐单体为主要原料的接枝型交联剂。克来恩公司推出了两种增容剂。Cesa-mix8611是一种功能型共聚物，应用在PE或PP基木塑复合材料上，而Cesa-mix8468在提高PP基木塑复合材料表面性能方面具有更大的优势。克来恩公司最近正在研制适用于PVC基木塑复合材料的交联剂。和聚烯烃不同，木纤维和PVC都是极性的，但是木纤维表面具有的酸性会引起PVC树脂的降解，PVC降解产生的HCl将会对木纤维造成腐蚀。其中一种解决方案是在复合材料加工之前用稳定剂处理木纤维。MarkW15就是这样一种木纤维胶粒，该产品能够作为增容剂和热稳定剂使用，并能够显著改善材料的拉伸强度和弯曲强度。润滑剂的重要性润滑剂能够改善木塑复合材料的表面性能并且能够提高生产效率。木塑复合材料通常使用的润滑剂有乙撑双硬脂酸酰胺(EBS)、硬脂酸锌、石蜡和氧化聚乙烯等。EBS和硬脂酸锌广泛应用于HDPE基木塑复合材料上，但是由于硬脂酸盐的存在将削弱马来酸酐的交联作用，交联剂和润滑剂的效率都会因此而下降，所以，更多新型的润滑剂相继被开发出来。一般说来，木塑复合材料的润滑剂用量是普通塑料的2倍。对于木纤维含量在50％~60％的木塑复合材料而言，HDPE基材料的润滑剂用量为4％~5％，PP基材料润滑剂的用量为1％~2％，PVC基材料润滑剂的用量为5％~10％。Struktol公司开发的TEP113是一种应用在聚烯烃基木塑复合材料上的润滑剂，这是一种新型的非硬脂酸盐润滑剂。而对于PVC基木塑复合材料而言，Struktol公司的TPW-012和TR-251是非常适合的。未添加润滑剂而挤出的木塑复合材料Lonza公司也推出了性能更加优良的润滑剂以取代标准的EBS和硬脂酸锌体系。GlycolubeWP-2200是一种不含硬脂酸盐的氨基润滑剂。据报道，它不但能够应用在HDPE木塑复合材料上，在PP基木塑复合材料以及PVC基木塑复合材料上也具有潜在的应用优势。试验表明，如果将该润滑剂添加到复合材料中进行挤出成型，其用量从4.5％减少到3％，而挤出效率却提高了2倍。Cesa-process9102是克来恩公司最新研制成功的一种专门用在聚烯烃基木塑复合材料的润滑剂，这是一种含有氟弹性体的产品。该公司的另外两种产品Cesa-process8593和8633也应用在同一领域，只是使用范围略有不同。Cesa-process8477则具有更高的润滑性，适合于聚烯烃基木塑复合材料的挤出和注射。Ferro聚合物添加剂公司开发出了