生物質(zhì)木塑環(huán)保材料的研發(fā)和生產(chǎn)是在國家提倡節(jié)能減排，發(fā)展綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)的政策下應(yīng)運(yùn)而生的。該產(chǎn)品是以廢舊塑料和木材加工邊角料、廢棄植物纖維等為原料，在特定的生產(chǎn)工藝條件下加工而成的環(huán)保材料。產(chǎn)品在生產(chǎn)和使用過程中，不會向周圍環(huán)境散發(fā)危害人體健康的有毒氣體，產(chǎn)品具有類似木質(zhì)的外觀，但比木材尺寸穩(wěn)定性好，不會產(chǎn)生裂縫、翹曲，且無木材疤痕，有類似木材的二次加工性，可切割、粘貼、用釘子或螺栓連接固定。比塑料硬度高，具有熱塑性材料的加工性，能百分之百回收再利用，有利于環(huán)境保護(hù)。產(chǎn)品耐蟲蛀、耐老化、耐腐蝕，吸水性小，不會吸水變形，使用壽命長。生物質(zhì)木塑環(huán)保材料還具有輕質(zhì)、保溫、隔音、抗震、防火等特性。在減少環(huán)境污染，保護(hù)森林資源，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面都有很好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益，在全球范圍內(nèi)包括中國市場均有巨大的潛力。

      生物質(zhì)木塑環(huán)保材料的成型方法為擠出成型。涉及的關(guān)鍵核心技術(shù)主要包括以下8方面內(nèi)容。

      1、木粉的表面處理和界面相容問題

      木纖維是由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素及少量提取物構(gòu)成，是一種不均勻的各向異性天然高分子材料。木粉表面有大量的親水性的極性羥基和酚羥基官能團(tuán)，極性很強(qiáng)，而熱塑性塑料多數(shù)為非極性的，具有疏水性，兩者之間存在著較高的界面能差，因此兩者之間的相容性較差，界面的粘結(jié)力很小，通常需使用適當(dāng)?shù)奶砑觿﹣砀男跃酆衔锖湍痉鄣谋砻?，以提高木粉與樹脂之間的界面親和能力。已有大量的實(shí)驗(yàn)表明，聚合物在填充天然纖維后，復(fù)合材料的抗沖擊強(qiáng)度明顯下降，其他力學(xué)性能也有不同程度的下降。而通過改善木塑復(fù)合材料的兩相界面，可以改善復(fù)合材料的力學(xué)性能。因此，木塑復(fù)合材料擠出成型的關(guān)鍵技術(shù)之一是如何使親水的木材表面與疏水的聚合物大分子界面之間形成良好的相容性，保證木粉表面層與聚合物的表面層分子之間融合，從而復(fù)合成比單一材料性能優(yōu)良的復(fù)合體系。

      2、加料問題

      由于加入的木質(zhì)纖維大部分為粉料, 而木粉結(jié)構(gòu)蓬松，不易對擠出機(jī)螺桿喂料，同時塑料基體與填充填料之間并不能形成理想的混合體并均勻一致地加入到擠出機(jī)中，這不可避免地會出現(xiàn)“架橋”和“抱桿”現(xiàn)象。特別是木粉中含有較多的水分時，這一現(xiàn)象就更為明顯。加料的不穩(wěn)定不僅直接導(dǎo)致擠出產(chǎn)量低，還會使擠出出現(xiàn)浪涌式的波動現(xiàn)象，造成擠出質(zhì)量降低。同時由于加料中斷，物料在機(jī)筒內(nèi)停留時間延長導(dǎo)致物料燒焦變色，影響制品的內(nèi)在質(zhì)量和外觀。因此必須對加料方式和加料量作嚴(yán)格的控制。

      3、配方體系和加工工藝

      高填充量木粉在熔融的熱塑性塑料中分散效果差, 常以某種聚集狀態(tài)的形式存在，使得熔體流動性差,擠出成型加工困難，需加入處理劑來改善流動性以利于擠出成型。同時，塑料基體也需要加入各種助劑來改善其加工性能及其成品的使用性能，因此，木塑復(fù)合材料的擠出成型配方很復(fù)雜。配方的復(fù)雜性也決定了木塑復(fù)合材料的擠出成型工藝的復(fù)雜性，包括原料的混合、擠出造粒、擠出成型以及后處理等，工藝參數(shù)的影響包括，擠出溫度、擠出轉(zhuǎn)速、擠出壓力、牽引速度等。

      4、擠出過程中的排氣問題

      木塑復(fù)合材料擠出成型對擠出機(jī)的排氣要求很嚴(yán)格，這是因?yàn)槟痉壑兴鶐в械男》肿訐]發(fā)物質(zhì)和水分極易為制品帶來缺陷，而前處理又無法完全清除這些小分子揮發(fā)物和水分。所以木塑復(fù)合材料擠出機(jī)排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要比普通塑料擠出機(jī)較復(fù)雜，甚至還要進(jìn)行多階排氣。在很大程度上，排氣效果越好，擠出制品質(zhì)量也越好。

      生物質(zhì)木塑環(huán)保地板擠出成型除了具備普通木塑復(fù)合材料擠出成型的加工難點(diǎn)外，還有該新產(chǎn)品新技術(shù)自身帶來的技術(shù)難點(diǎn)，主要包括：

      5、材料設(shè)計(jì)問題

      生物質(zhì)木塑環(huán)保地板的配方體系包括聚氯乙烯、木粉、熱穩(wěn)定劑、增塑劑、潤滑劑、偶聯(lián)劑、抗氧劑等十多種成份，配方體系中每種成份的含量對復(fù)合材料的性能均有影響，如何確定各組分之間的合理配比是制備生物質(zhì)木塑環(huán)保地板的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)技術(shù)。

同時，硬質(zhì)聚氯乙烯加工難度大，當(dāng)加入高比例的木粉時，流動性變得更差。在加工過程中受機(jī)械剪切力作用，激烈的內(nèi)摩擦導(dǎo)致物料產(chǎn)生大量內(nèi)熱，使加工溫度難以控制。這就需要從改善物料的加工性能和成型設(shè)備設(shè)計(jì)雙方面來克服。

此外，生物質(zhì)木塑環(huán)保地板采用復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)的構(gòu)造形式，芯層材料的選取，并實(shí)現(xiàn)兩層面板與中間芯材有效地結(jié)合，是制備高性能、高強(qiáng)度以及良好的建筑使用功能的關(guān)鍵技術(shù)之一。

      6、一步法擠出成型與混合塑化質(zhì)量的矛盾

      生物質(zhì)木塑環(huán)保地板的配方體系屬于多物料多組分體系，不同物料表面相容性差，流動性差，如何保證這種多種組份材料的混合均勻性和一致性是本項(xiàng)目的難點(diǎn)之一。此外，本項(xiàng)目開發(fā)的生物質(zhì)木塑環(huán)保地板采用的是一步法擠出成型，省掉了造粒等中間過程，提高了擠出效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本，但這無疑會帶來原料混合、塑化質(zhì)量差等不利因素，這些不利因素最終會加大產(chǎn)品的成型難度，并最終影響產(chǎn)品的質(zhì)量問題。因此，一步法擠出成型對成型設(shè)備和配方體系提出了更高的要求，首先要從擠出設(shè)備上解決一步法帶來原料流動性能差，塑化質(zhì)量差的技術(shù)難點(diǎn)。

      7、大截面尺寸異型材機(jī)頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      本項(xiàng)目開發(fā)的生物質(zhì)木塑環(huán)保地板屬于大截面尺寸的異型材產(chǎn)品，技術(shù)難度也遠(yuǎn)超國外，這無疑增加了本項(xiàng)目的開發(fā)難度，特別是異　型材機(jī)頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如何保證機(jī)頭內(nèi)三維流動方向上流速的均勻性，溫度場、壓力廠的均布，芯部冷卻水道的合理高效布置以及內(nèi)部加強(qiáng)筋的質(zhì)量控制問題都是本課題的技術(shù)難點(diǎn)。

      8、阻燃防火性能

      熱塑性塑料和木粉均為碳?xì)浠衔铮谟雒骰鸹蛟诩訜岬那闆r下均可燃燒，因此木塑復(fù)合材料易于燃燒，這大大限制了其應(yīng)用。生物質(zhì)木塑環(huán)保地板屬于室內(nèi)建筑產(chǎn)品，因而如何防止易燃有機(jī)保溫材料引發(fā)建筑火災(zāi)問題，是該新型產(chǎn)品能否存亡的關(guān)鍵技術(shù)問題。在滿足產(chǎn)品質(zhì)量的同時，必須滿足國家的防火阻燃要求。因此，在滿足產(chǎn)品力學(xué)性能和環(huán)保要求的同時，最大程度提高產(chǎn)品的阻燃性能，并最大程度降低產(chǎn)品成本也是本項(xiàng)目的難點(diǎn)之一。

      目前對聚合物進(jìn)行阻燃采用最廣泛的阻燃劑為鹵素阻燃劑，該類阻燃劑阻燃性能優(yōu)越，用量少。但是該類阻燃劑在材料燃燒時會形成有毒或有腐蝕性的物質(zhì)，因此應(yīng)用受到限制。無鹵阻燃體系中對環(huán)境和人體幾乎沒有危害的當(dāng)屬填料型阻燃劑，如氫氧化鋁和氫氧化鎂。

      其作用機(jī)理是在受熱時分解產(chǎn)生水，從而吸收熱量。它們的阻燃機(jī)理為在裂解過程中，加入的填料發(fā)生吸熱脫水反應(yīng)，通過填料的脫水吸收熱量而達(dá)到阻燃的目的。由熱力學(xué)參數(shù)計(jì)算可知，氫氧化鋁吸收的熱量高達(dá)1.20MJ/kg，而氫氧化鎂高達(dá)1.42MJ/kg。盡管該類阻燃劑屬于最環(huán)保型的阻燃劑，但是用填料型阻燃劑阻燃聚合物材料時，其用量很大，往往要求在100份以上甚至更高。對于已經(jīng)填充大量木粉的生物質(zhì)木塑環(huán)保地板來說，高添加量的無鹵阻燃體系極大降低了配方體系的流動性能和加工性能，增加了該項(xiàng)目的成型難度。

      生物質(zhì)木塑環(huán)保材料性能

      生物質(zhì)木塑環(huán)保地板主要組分為木材和塑料，此外為改善其加工性能和產(chǎn)品使用性能，還應(yīng)加入各種加工助劑(如潤滑劑、相容劑、偶聯(lián)劑、防老化添加劑)等。

      木材和塑料

      木材是木塑復(fù)合材料的主要成分，一般均采用粉碎工藝制成木粉使用，并以利用廢棄木材及加工剩余邊角料為主，此外，其它非木植物纖維材料如:農(nóng)作物秸稈(麥秸、稻稈)、稻殼、甘蔗渣和麻纖維等也可。塑料則主要以通用塑料為主，最常用的是聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯三種。制作生物質(zhì)木塑環(huán)保地板主要使用的是聚氯乙烯。在塑料的選用上從環(huán)保以及經(jīng)濟(jì)方面考慮以選擇廢舊回收塑料為宜。在木

塑復(fù)合材料的組成中，木纖維與塑料的比例將直接影響產(chǎn)品的加工使用性能及成本。從發(fā)展方向看應(yīng)用高木塑比的木塑復(fù)合材料是未來的研究開發(fā)方向。

      加工助劑

      為改善木塑復(fù)合材料的加工性能，應(yīng)在木塑復(fù)合材料中加入各種加工助劑，其目的是可以改善材料的加工流動性和混合均勻性，使產(chǎn)品易于擠出或注射成型加工。一般加工助劑為潤滑劑，如石蠟、硬脂酸、各種脂肪酸鹽或酯等。

      相容劑

      為改善木材與塑料復(fù)合材料界面相容性，提高材料性能的助劑。主要有各種偶聯(lián)劑和高分子反應(yīng)相容劑。偶聯(lián)劑有硅烷偶聯(lián)劑、酞酸酯偶聯(lián)劑和鋁酸酯偶聯(lián)劑。高分子反應(yīng)增容劑為各種羥酸(酐)基改性高分子，如丙烯酸改性的，或馬來酸酐改性的聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯。

      穩(wěn)定劑

      由于聚氯乙烯熔融溫度和分解溫度接近，受熱易分解，所以需要添加一些加工穩(wěn)定劑，常用的加工穩(wěn)定劑為復(fù)合鉛鹽穩(wěn)定劑。

      防老劑

      由于木纖維和塑料在加工和使用過程中易發(fā)生老化現(xiàn)象，故應(yīng)添加各種防老劑。如抗氧化劑可防止空氣中的氧與木塑復(fù)合材料作用而性能下降，并提高木塑復(fù)合材料的抗熱氧化性。另外，還應(yīng)加入各種紫外光吸收劑如UV-9和UV-531，或者并用炭黑和鈦白粉，提高材料的抗紫外光能力。

      阻燃劑

      熱塑性塑料和木粉均為碳?xì)浠衔?，在遇明火或在加熱的情況下均可燃燒，因此木塑復(fù)合材料易于燃燒，這大大限制了其應(yīng)用。通過添加無鹵素阻燃劑，實(shí)現(xiàn)高效無毒無害助燃效果。無鹵阻燃體系中對環(huán)境和人體幾乎沒有危害的當(dāng)屬填料型阻燃劑，如氫氧化鋁和氫氧化鎂。其作用機(jī)理是在受熱時分解產(chǎn)生水，從而吸收熱量。它們的阻燃機(jī)理為在裂解過程中，加入的填料發(fā)生吸熱脫水反應(yīng)，通過填料的脫水吸收熱量而達(dá)到阻燃的目的。

      此外，還可加入各種抗菌劑、防霉劑和阻燃劑以賦予木塑復(fù)合材料特殊性能。