木塑材料在我國的發(fā)展

1、關于木塑材料的知識 人們對木材有親和性， 家居裝潢離不開木材。 但木材自身也有缺點， 易收縮開裂， 遇水易變型，遇濕易發(fā)霉，遇火易燃燒，如果用膠合板制成的木門，其中甲醛還 會對室內造成污染。有沒有一種“只有木材優(yōu)點、沒有木材缺點” ，“不是木材、 勝似木材”的新型材料？現(xiàn)在有了。這就是用木粉和PVC塑料加工而成的木塑復 合材料（ WPC）。破解木塑復合材料高值利用的關鍵在國外，經(jīng)過十多年的研究、 開發(fā)和工業(yè)應用， 木塑復合材料已形成一個新 興產(chǎn)業(yè)。木塑復合材料以木粉、 農業(yè)秸稈粉等植物纖維和塑料為主要原材料， 采 用先進工藝加工而成， 且產(chǎn)品可重復回收再利用。 從感觀上看， 木塑材料具有良 好

2、的木質感，耐濕，著色性良好，隔熱絕緣防腐，機械性能比單純的木質材料高 10倍，成為天然木材的理想替代品。僅在北美，年產(chǎn)量4 0多萬噸，產(chǎn)值12 億美元。歐洲各工業(yè)發(fā)達國家、日本、澳大利亞等，也都在發(fā)展木塑和天然纖維 復合材料產(chǎn)品。主要以廢舊塑料和樹枝樹杈粉、 農業(yè)秸稈粉等植物纖維為原材料， 制成的產(chǎn)品廣泛用于包裝、園林、運輸、建筑、車船內飾等領域。我國 “九五”期間就開始發(fā)展木塑新材料，還提出 2010年“以塑代木、以 塑代鋼、節(jié)約資源、保護環(huán)境”遠景目標規(guī)劃。作為國內最早研究木塑新材料并 擁有兩項國家發(fā)明專利的單位， 一山集團下屬山達木業(yè)有限公司該項目計劃總規(guī) 模達到年產(chǎn)3 0萬噸，分三期建

3、設。2005年上半年，山達已經(jīng)有三批木塑產(chǎn)品 分別出口到日本和美國，國內不少城市也已用上國產(chǎn)的木塑材料產(chǎn)品。綠可木復合材料的應用被國家發(fā)改委列為 2004 年重大產(chǎn)業(yè)技術開發(fā)項目。PVC木粉復合材料發(fā)展很快，以其高韌性、成本低等優(yōu)勢正逐步取代傳統(tǒng)的木質 品；但由于PVC木粉復合材料是木粉的復合，使其延展性和耐沖擊性降低，材料 脆性大，密度也比傳統(tǒng)木質品大近 2倍，限制了它的廣泛使用。 為了消除這些缺 點，通常采用添加沖擊改性劑的方法提高其沖擊性能， 但對改善延展性和降低密 度幾乎無效。近幾年，在國內， 木塑的發(fā)展也有了具體的應用。 上海奔奔門業(yè)有限公司與 北京化工大學， 經(jīng)過攻關與研究， 開始

4、用發(fā)泡成型的方法消除延展性和耐沖擊性 降低等缺點。經(jīng)發(fā)泡后的PVC木塑復合材料，生態(tài)木由于存在良好的泡孔結構， 可鈍化裂紋尖端并有效阻止裂紋的擴張， 同時對木粉進行了表面處理， 使其能被 PVC 樹脂很好地潤濕， 達到最佳結合界面。 此舉顯著提高了材料的抗沖擊性能和 延展性，大大降低了制品的密度。擠出微發(fā)泡法以其成本低，效率高、耗時短和 易于實現(xiàn)工業(yè)化等優(yōu)點，使 PVC木塑復合材料的附加值大大提高，成為 21世紀 裝潢材料的理想替代品。奔奔門業(yè)有限公司， 通過三年多的自主開發(fā)， 把木塑新材料成功地運用到室 內裝飾材料領域，最近研制出國內首套木塑門生產(chǎn)工藝，已申報國家發(fā)明專利。 據(jù)中科院上?？萍?/p>

5、查新咨詢中心查證， 該項目達到國內技術領先、 國際技術先進 水平，在國內尚屬首家。日前，博為生態(tài)木該公司木塑室內門加工技術，獲上海 市高新技術成果轉化項目證書。該項目符合國家“以塑代木” 、“以塑代鋼”的產(chǎn) 業(yè)政策和建節(jié)約型社會的長期國策，滿足了市場的需求。木塑復合材料是在PVC塑料原料中，添加30-50%勺木質纖維填料（木粉）, 和相關穩(wěn)定劑、改性劑、潤滑劑和發(fā)泡劑等，利用高速混合機混合后，經(jīng)專用造 粒機制備成不同規(guī)格及等級勺木塑顆粒。 然后使用成型擠出機、 模具及相關工藝， 生產(chǎn)出各種形狀的PVC木塑復合微發(fā)泡裝飾型材。令人稱奇的是，最后一道工藝 是通過特殊處理，在木塑門表面印上各種木紋膜

6、，有櫻桃木、椐木、水曲柳等十 余種，可配以不同色彩。其產(chǎn)品既有逼真的實木感，又有耐水耐腐、防蛀防霉、 隔音隔熱、保溫阻燃、環(huán)保（不含甲醛）等特性，特別適用于廚房、盥洗室門的 裝飾。在奔奔門業(yè)有限公司的產(chǎn)品陳列室， 可以看到有近百種的家庭裝飾用門、 門 套、窗套、線條和飾板，特別是各種款式的門，木質感強，造型雍貴，有一扇門 剖切后浸泡在大型金魚缸內，門不變形不掉色，魚兒照樣攸哉游木塑復合材料發(fā)展前景廣闊PVC 樹脂填充木粉擠出微發(fā)泡制品兼有木材和塑料的優(yōu)良特性， 生產(chǎn)的制品 達到了真正仿木的效果。 生產(chǎn)成本也低于木制品， 它的出現(xiàn)給木制品行業(yè)帶來了 一場革命。 特別是在資源緊缺、 原料價格飛漲的

7、今天， 它給塑料加工行業(yè)帶來了 新的生機。 由于使用的原料和生產(chǎn)過程沒有使用膠水粘合， 成為替代傳統(tǒng)木材的 環(huán)保新型材料。其特點，一是具有防水性。木材本身的吸水性高達 8-10%，但木粉經(jīng)過表面 處理后， 表面形成一層高分子膜， 同時木粉也被高分子材料緊密包覆， 經(jīng)檢測結 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。這與 材料中聚氯乙烯的分子結構有關，因為PVC分子結構中，氯元素的含量高達56% 而氯元素本身具有離火自熄功能。 三是防霉性能好。 木粉經(jīng)過表面處理， 同時被 高分子材料包覆， 霉菌缺少滋生的環(huán)境； 同時木粉在處理過程中， 表面吸附了防 霉劑，也提高了產(chǎn)品的

8、防霉性能。四是木質感強。 因為在本材料中木粉含量可 達 30-50%，同時通過微發(fā)泡，制品密度可控制在 之間，與木材的 密度非常接近，內部組織較為疏松，具有天然木質感?？烧{配各種顏色，免除色 差煩惱。五是具有耐腐蝕性能。 木粉本身的耐腐蝕性較差， 但被高分子材料包覆， 而聚氯乙烯本身具有很好的酸堿惰性。六是實用性強。PVC木塑材料可根據(jù)不同木種和顏色生產(chǎn)出不同等級、 不同規(guī)格、 不同顏色的制品。 由于生產(chǎn)過程采用擠 出成型，可實現(xiàn)自動連續(xù)生產(chǎn)，長度任意裁定，這是原木所不能及的。木塑制品現(xiàn)已引起國際上的廣泛重視， 被譽為環(huán)保新型材料， 具有廣闊的發(fā) 展前景。業(yè)內專家認為，作為代塑、代木的最佳產(chǎn)品

9、，木塑材料是真正的綠色產(chǎn) 品，其意義不僅是變廢為寶， 更是契合了目前我國建設節(jié)約型社會的要求。 它不 僅能使農村的枯樹枝樹杈、植物秸稈等得到最充分的利用，增加了農民的收入， 同時有效降低了我國出口產(chǎn)品包裝用材料多為天然木材所需的高昂費用。 如果用 于包裝、園林、運輸、室外產(chǎn)品，木塑復合材料可應用廢舊塑料為原料，解決無 法回收造成的污染的廢舊塑料出路問題。我國是一個木材資源貧乏的國家，森林覆蓋率僅 12.7%，人均木材消耗水平 不足 0.05 立方米 /年，分別低于世界平均值 22%，綠可生態(tài)木每年要進口木材 1000-3000 萬立方米。要解決這一問題，一方面是鼓勵木材進口，另一方面就是 通過

10、新材料的研究開發(fā)，尋求木材的代用品，因而利用木材的下腳料、鋸末、木 粉等，來生產(chǎn)的PVC木塑復合制品就成為首選品。同時我國是農業(yè)大國，每年的 秸稈就有上億噸，除少部分做飼料外，大部分燒掉或做肥料。僅上海，就有 170 萬噸，當前約有三分之一作柴灶燃料 , 五分之二粉碎還田。如果回收部分制成秸 稈粉，與木粉混合后，用于生產(chǎn)木塑復合材料的原料，那更能降低生產(chǎn)成本，并 增加農民的收入。木塑新材料的創(chuàng)新應用， 必將帶來巨大的商機， 并將改變人們現(xiàn)有生活方式。 上海塑料行業(yè)協(xié)會的專家們建議， 我國科技部門應加大對這種新型綠色材料的研 發(fā)力度，擴大產(chǎn)學研合作， 開發(fā)出更多具有高附加值的新產(chǎn)品， 同時政府有

11、關部 門要在回收秸稈、廢枝方面制定相關鼓勵政策， 引導企業(yè)積極發(fā)展木塑復合材料， 在推動回收初級原材料、木塑粒子生產(chǎn)、木塑制品制造上形成產(chǎn)業(yè)鏈。 木塑復合材料生產(chǎn)工藝進展 木塑復合材料最先使用的生產(chǎn)工藝是混煉， 再熱壓 （或發(fā)泡壓制 ） 成平板或模壓成 型材?，F(xiàn)在的生產(chǎn)工藝以擠出成型為主 , 并輔以注射成型。擠出可以單擠或復合 共擠，生產(chǎn)工藝也實現(xiàn)了連續(xù)化，提高了生產(chǎn)效率，降低了成木。為獲得較輕目 感覺極似真木的木塑復合材料，且可承受螺釘和釘子，采用發(fā)泡技術產(chǎn)生的內 壓可以提供比非發(fā)泡材料更佳的表面清晰度和更光滑的表面輪廓。 微孔發(fā)泡擠出 技術的應用，大大節(jié)約了材料成木，且密度一也降低了 20

12、%一 35% ;其中可采用 化學發(fā)泡和物理發(fā)泡， 并以物理發(fā)泡為佳 :即在機頭模具注入超臨界氣體 （如 CO2 而實現(xiàn)發(fā)泡。 現(xiàn)在可以實現(xiàn)發(fā)泡料與表面層復合料的共擠， 使材料具有優(yōu)良的使 用性能。另外，以聚苯乙烯 / 纖維為主材，由水作為發(fā)泡劑的木塑復合材料正在 研究開發(fā)中。 微孔發(fā)泡克服了木塑復合材料延展性和沖擊強度不足之缺點， 且成 本降低。木塑制品中木粉用量的提高， 由于流動性問題， 需要對生產(chǎn)設備進行改 進，現(xiàn)己開發(fā)出木粉含量達 85%的同向平行雙螺桿擠出機。日前為提高生產(chǎn)效率 和制備高性能產(chǎn)品，擠出速度己達 3m/ min ，進一步改進后將達 4m/thin; N, 在 機頭處設置了

13、取向裝置 ,可生產(chǎn)高取向、力學性能優(yōu) ,與木材相似的各種板材或型 材。近年來值得注意的動向是 ,在木塑復合材料的成型工藝方而 , 注射成型得到了 迅速發(fā)展 ,木塑復合材料將逐漸廣泛用于注射產(chǎn)品中。木塑復合材料添加劑的最新進展Crompton 公司最近開發(fā)出的 Polybond 3029MP 是一種添加了小粒徑馬來酸酐接 枝HDPE的交聯(lián)劑，具有良好的分散性能。據(jù)說，僅僅添加了2%該交聯(lián)劑的木塑復合材料，其抗彎曲性能就提高了一倍，拉伸強度提高了60%。Crompton公司也同時推出了馬來酸處理的 PP,其交聯(lián)性能更加優(yōu)越，與馬來酸酐的結合能 力更強。 使用這種添加劑獲得的試驗材料擁有更高的拉伸強

14、度、 抗沖擊性能， 受 潤滑劑的影響更小，并且吸水性也降低了 40%。Equistar化學公司推出了一系列馬來酸酐接枝 PE交聯(lián)劑，這是專門為PE基木 塑復合材料開發(fā)的交聯(lián)劑。該公司宣稱，采用這種添加劑， PE基木塑復合材料的靜曲抗彎強度提高了 50，靜曲彈性系數(shù)提高了 20杜邦公司的馬來酸酐接枝的 Fusabond MB-226D和MD-353D分別適用于PE基木塑 復合材料和PP基木塑復合材料。試驗表明，添加了 MB-226D的HDPES木塑復合 材料的拉伸強度比未經(jīng)交聯(lián)的材料提高了 200300。目前，杜邦也在開發(fā)新 的交聯(lián)劑產(chǎn)品代替以功能性酸酐單體為主要原料的接枝型交聯(lián)劑?？藖矶鞴就?/p>

15、出了兩種增容劑。 Cesa-mix 8611是一種功能型共聚物，應用在 PE 或PP基木塑復合材料上，而Cesa-mix 8468在提高PP基木塑復合材料表面性能 方面具有更大的優(yōu)勢?？藖矶鞴咀罱谘兄七m用于 PVC基木塑復合材料的交 聯(lián)劑。和聚烯烴不同，木纖維和PVC都是極性的，但是木纖維表面具有的酸性會 引起PVC樹脂的降解，PVC降解產(chǎn)生的HCI將會對木纖維造成腐蝕。其中一種解 決方案是在復合材料加工之前用穩(wěn)定劑處理木纖維。Mark W15就是這樣一種木纖維膠粒， 該產(chǎn)品能夠作為增容劑和熱穩(wěn)定劑使用， 并能夠顯著改善材料的拉伸 強度和彎曲強度。潤滑劑的重要性 潤滑劑能夠改善木塑復合材

16、料的表面性能并且能夠提高生產(chǎn)效率。 木塑復合材料 通常使用的潤滑劑有乙撐雙硬脂酸酰胺（EBS）、硬脂酸鋅、石蠟和氧化聚乙烯等。 EBS和硬脂酸鋅廣泛應用于 HDPE基木塑復合材料上，但是由于硬脂酸鹽的存在 將削弱馬來酸酐的交聯(lián)作用， 交聯(lián)劑和潤滑劑的效率都會因此而下降， 所以，更 多新型的潤滑劑相繼被開發(fā)出來。 一般說來，木塑復合材料的潤滑劑用量是普通塑料的 2 倍。對于木纖維含量在 50%60%的木塑復合材料而言，HDPES材料的潤滑劑用量為4% 5%, PP基材 料潤滑劑的用量為1%2%，PVC基材料潤滑劑的用量為5% 10%。Struktol公司開發(fā)的TEP113是一種應用在聚烯烴基木塑

17、復合材料上的潤滑劑， 這是一種新型的非硬脂酸鹽潤滑劑。而對于PVC基木塑復合材料而言，Struktol 公司的TPW-012和TR-251是非常適合的。未添加潤滑劑而擠出的木塑復合材料Lon za公司也推出了性能更加優(yōu)良的潤滑劑以取代標準的EBS和硬脂酸鋅體系。Glycolube WP-2200是一種不含硬脂酸鹽的氨基潤滑劑。據(jù)報道，它不但能夠應 用在HDPE木塑復合材料上，在PP基木塑復合材料以及PVC基木塑復合材料上也 具有潛在的應用優(yōu)勢。 試驗表明，如果將該潤滑劑添加到復合材料中進行擠出成 型，其用量從 4.5%減少到 3%，而擠出效率卻提高了 2倍。Cesa-process 9102

18、是克來恩公司最新研制成功的一種專門用在聚烯烴基木塑復 合材料的潤滑劑，這是一種含有氟彈性體的產(chǎn)品。該公司的另外兩種產(chǎn)品 Cesa-process 8593 和 8633 也應用在同一領域，只是使用范圍略有不同。Cesa-process 8477 則具有更高的潤滑性，適合于聚烯烴基木塑復合材料的擠出 和注射。Ferro 聚合物添加劑公司開發(fā)出了兩種新的潤滑劑系列。 SXT2000 系列是硬脂酸 鹽和非硬脂酸鹽的混合物， SXT 3000 潤滑體系則完全不含硬脂酸鹽。盡管 SXT 3000 潤滑體系的價格相對較高，但是該潤滑體系的效率也極高。因此，在復合 材料的擠出過程中， 極低的潤滑劑用量就能夠

19、獲得良好的效果， 從而使該產(chǎn)品具 有較高的性價比。Reedy 國際公司也推出了三種專門用于發(fā)泡PVC 基木塑復合材料的潤滑劑。Safoam WSD!卩是基于此而開發(fā)出來的一種潤滑劑和抗氧劑。該產(chǎn)品可以使 PP和 PVC基木塑復合材料的木粉含量在達到 70%時，熔體仍然能夠順利地擠出。據(jù)稱， SafoamWLB是一種獨一無二的以HDPE昔為主要原料的外部潤滑劑，適用于PVC PP、HDPES木塑復合材料。它的用量非常低，而且這種潤滑體系比傳統(tǒng)的 EBS/ 硬脂酸鹽體系具有更好的潤滑性。著色劑著色劑在木塑復合材料的仿木紋表面以及材料的抗紫外線性能方面起著重要的 作用。色母粒供應商期望得到永不退色的

20、、高反射率的、強耐候性的顏料，并希 望用最低的成本滿足消費者的要求。為防止退色，顏料的添加量可能達到1%3%甚至更高， 這無形中增加了成本。 因此， 專業(yè)的顏色體系也可能是一個多功 能的體系，包括交聯(lián)劑、抗菌劑和抗紫外線劑等。Accel公司是一家專業(yè)的木塑復合材料添加劑公司，為PE基木塑復合材料和PVC 基木塑復合材料提供定制化的顏色服務和色母粒。Ferro 塑料著色劑公司引入了標準的聚烯烴木塑復合材料的顏色體系， 形成了柚 木褐色、雪松色、紅杉色以及其他顏色匹配體系?？藖矶鞴咎峁┳睾稚?、暗紅色、灰色、橡木色等標準顏色母粒，應用在PE、PP、PVC PS基體木塑復合材料上，其木纖維含量可以從

21、 30%提高到79%。 化學發(fā)泡的進展 減輕重量 降低成本 提高表面性能 提高生產(chǎn)效率以及材料在應用過程中易于加工 易于上色等都是木塑復合材料的發(fā)展方向。目前，木塑復合材料產(chǎn)品的20 %被發(fā)泡，這其中的絕大部分產(chǎn)品是 PVC基木塑復合材料。目前，吸熱和放熱的發(fā)泡劑都在廣泛的應用。通常，結晶聚合物如PP和PE的發(fā)泡要比PVC等非結晶聚合物難得多。當聚合物基體添加了更多的木纖維后， 對于 聚烯烴基木塑復合材料而言， 發(fā)泡就成為一個重要的挑戰(zhàn)。 因此，要想使高含量 的木纖維木塑復合材料仍然能夠得到很好的發(fā)泡， 選擇正確的材料 添加劑和加 工條件就是一項很重要的研究課題。例如： Safoam 公司生產(chǎn)

22、的木纖維含量高達 65%的木塑復合材料裝飾板材， 通過加入化學發(fā)泡劑和潤滑劑就能夠通過雙螺桿 擠出機進行加工。通過發(fā)泡，材料的密度為0.788g/cm3，比未發(fā)泡的木塑復合材料降低了 30%35%?？藖矶鞴镜腍ydrocerol PLC化學發(fā)泡劑系列用在聚烯烴、PVC和PS基木塑復 合材料上。 據(jù)該公司的商務發(fā)展部經(jīng)理說， 其發(fā)泡劑可以使木纖維含量最低達到 50，而且仍然存在提高的空間。Bergen國際公司開發(fā)了一系列的化學發(fā)泡劑體系，在PVC聚烯烴和PS基體樹脂木塑復合材料的應用上都可以看到 Bergen 公司的化學發(fā)泡劑產(chǎn)品。Crompton 公司提供的 Celogen 放熱型化學發(fā)泡體

23、系能夠應用在聚烯烴基木塑復 合材料和PVC基木塑復合材料上。Techmer PM也是該公司基于聚烯烴基木塑復 合體系開發(fā)的化學發(fā)泡劑， 包括三種標準的化學發(fā)泡體系， 而且這個體系還含有 顏料和其他一些種類的添加劑。和霉菌的斗爭 空氣的氧化以及紫外線的輻照將會使木塑復合材料的表面發(fā)生降解。 當木塑復合 板被安裝起來經(jīng)歷風吹雨淋時， 木纖維結構逐漸變得松散， 塑料部分也會逐漸被 破壞并導致顏色改變。 另外， 潮濕的環(huán)境也會逐漸使材料的機械性能下降， 并為 真菌提供良好的生活環(huán)境。 通常，制造商們利用抗真菌的生物殺菌劑來保護木塑 復合材料免受霉菌的侵蝕，從而使材料有一個良好的外觀并使木質部分免遭破

24、壞，同時，這也可以降低水分的吸收。汽巴公司的 Irgaguard F3000 是一種噻唑基苯并嘧唑類化學品，它對于聚烯烴 基和PVC基木塑復合材料具有廣譜抗菌性能，并能夠消除或者降低木塑復合板的 表面污點。Borax公司提供了一種ZB鋅硼混合鹽作為防腐劑，該產(chǎn)品具有強大的抗菌活性。 試驗表明，在加入熱穩(wěn)定劑、紫外線穩(wěn)定劑后，在 4 個月內，木塑復合板因為霉 菌和白蟻的侵蝕導致重量下降了 20% 40%，但是加入了 ZB以后，添加了 50% 70木纖維的木塑復合材料重量僅僅下降了 1.1 。羅門？哈斯公司的Vinyzene是一種專門應用在PVC®木塑復合材料上的以二氯辛 基異噻唑啉酮（

25、DCOIT）為主要成分的生物殺菌劑，最新的牌號為Vinyzene SB27.最近羅門？哈斯公司將10%的DCOIT加入到一種三元共聚物中制成了 SB27-ELV 其應用的目標是聚烯烴基木塑復合材料。 這是一種緩釋性的產(chǎn)品， 具有抗紫外線 功能，據(jù)說 0.04%0.1%的添加量就能取得明顯的效果。木塑施工需注意什么木塑材料強度大， 無形中增加了施工難度。 下面以欄桿和地板施工為例， 詳細介 紹一些本人多年施工中總結出的經(jīng)驗，僅供參考。欄桿施工要點：1部分欄桿可以在地面進行安裝；2安裝時要注意保護木塑材料的表面不被劃傷；3安裝時要在保證強度的情況下保證美觀，同時注意螺絲的位置；4對于有弧度要求的欄桿，需要對榫頭的角度進行計算；5欄桿的花牌安裝時要注意美觀，螺絲孔盡量不要外露；6安裝帽子時要使用膠水；7對于有弧度要求的欄桿要注意勻稱過渡；8榫接時要考慮木塑熱脹冷縮的特點，留出伸縮活動的余地；9柱子與道路地面安裝時可采用鋼板預埋在混凝土里面，柱子底部鋼板再與預埋鋼板焊接、或者用螺栓緊固；10當欄桿總長度大于300米時要考慮加建變形過渡立柱；11.欄桿的式樣、選用的型材規(guī)格與欄桿的跨距要緊密相配。地板施工要點：1地板施工前要對承重進行計算；2些需加固的地方可用混凝土聯(lián)系梁、鋼材加固；3使用鋼