（木材科学与技术专业论文）木材回收塑料复合刨花板工艺研究.pdf

摘要 【聚苯乙烯塑料是应用广泛的包装材料，也是白色污染的主要组成部分，聚丙烯塑料 也是应用非常广泛的一种塑料j 本文主要研究利用回收聚苯乙烯塑料和回收聚丙烯塑料 作为添加改性材料制造复合刨花板的生产工艺。研究结果表明：刨花板的密度是主要影 响因素，其对各项指标均有高度显著性影响；塑料的添加量对刨花板的吸水厚度膨胀率 呈高度显著影响，对内结合强度及静曲强度的影响不显著；热压时间的延长有助于刨花 板的性能指标的优化；热压温度对静曲强度和干态内结合强度及2 4 h 厚度吸水膨胀率的 影响不显著，对湿态内结合强度和2 h 吸水厚度膨胀率的影响显著。 研究中采用单因素试验方法较详细地研究了了3 种主要工艺参数( 热压温度、刨花 含水率及施胶量) 对异氰酸酯树脂胶粘剂制造的木材回收聚苯乙烯塑料刨花板性能的影 响。结果表明，木材刨花的含水率从4 到2 0 范围变化时，制成的刨花板的性能之间 无明显差异；热压温度对刨花板的各项性能也有一定的影响，在1 4 5 时有较好的综合 性能；施胶量是影响刨花板性能的重要因素。本研究得出了木材回收聚苯乙烯塑料复合 刨花板较优的生产工艺，并采用重复试验的方法验证了这一工艺条件。 另外本文还采用单因素试验方法初步研究了刨花含水率、热压温度和施胶量等工艺 参数对异氰酸酯胶木材- 回收聚丙烯废塑料复合刨花板的影响规律。 关键词：木材，回收塑料，复合刨花板，生产工艺 a b a t r a c t p o l y s t y r e n ep l a s t i ci sb e i n gu s e da sp a c k a g i n gm a t e r i a li nm a n yf i e l d s ，a n di ti so n eo f t h e m o s ti m p o r t a n t “w h i t ep o l l u t a n t s ”p o l y p r o p y l e n ep l a s t i ci sw i d e l yu s e di nm a n yf i e l d st o o i n t h i sp a p e rt h et e c h n o l o g y o f p a r t i c 捌m a d ef r o mw o o d p a r t i c l ea n dr e c y c l e dp o l y s t y r e n ep l a s t i c a n dp o l y p r o p y l e n ep l a s t i ca st h em o d i f y i n gm a t e r i a lw e r es t u d i e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e d a n s i t yo ft h eb o a r di st h em a i nf a c t o ra n dh a v es i g n i f i c a n te f f e c to na l lt h ep r o p e r t i e so ft h e w o o d p l a s t i cc o m p o s i t e ，t h ep l a s t i cc o n t e n th a v eas i g n i f i c a n te f f e c to nt h et so f t h eb o a r da n d h a v eam i n o re f f e c to nt h e1 ba n dm o r t h ei n c r e a s i n go f p r e s s i n gt i m ec a ni m p r o v et h e p r o p e r t i e so f t h eb o a r d ，t h ep r e s st e m p e r a t u r eh a v eas i g n i f i c a n te f f e c to nt h ew e ti ba n d2 ht s b ym e a n so fs i n g l ef a c t o rt e s tm e t h o d t h ed e t a i l e ds t u d yw a sm a d eo n 廿1 ee f f e c to ft h e p r e s st e m p e r a t u r e ，w a t e rc o n t e n to fw o o dp a r t i c l ea n dr e s i nc o n t e n tw i t h 也ep r o p e r t i e so f c o m p o s i t e t h er e s u l ts h o w st h a tt h ep r o p e r t i e sh a v en os i g n i f i c a n td i f i r e f e n c ew h e nt h ew co f w o o d p a r t i c l ec h a n g i n g f r o m4 t o2 0 t h ec o m p o s i t eh a v eag o o d p r o p e r t i e sw h e n t h ep r e s s t e m p e r a t u r ew a s1 4 5 ，r e s i nc o n t e n ti si m p o r t a n tf a c t o ro nt h ep r o p e r t i e so f t h ec o m p o s i t e i n t h i sp 印o rt h er a t i o n a lc o m p o s i t e m a n u f a c t u r i n gc o n d i t i o n sw e r eo b t a i n e d i nt h i sp a p e rt h ep r e l i m i n a r ys t u d yw a sm a d eo nt h ee f f e c to f t h ep r e s st e m p e r a t u r e ，w a t e r c o n t e n to f w o o d p a r t i c l ea n d r e s i nc o n t e n tw i t ht h e p r o p e r t i e so f c o m p o s i t em a d ef r o mr e c y c l e d p o l y p r o p y l e n ep l a s f i ca n dw o o dp a r t i c l e k e y w o r d s ：w o o d p a r t i c l e ，r e c y c l e dp l a s t i c ，c o m p o s i t e ，t e c h n o l o g y 查堑：堕坚望型壅堂型丝堡竺主三苎堕型塑一。l 1 文献综述 1 1 研究再生木塑复合材料的意义 当今社会快速变化的经济和环境需求使得要“以更少的代价生产更多的产品”的林 产品工业面对越来越多的压力川。在实践方面，这意味着林产品工业必须提高木材资源 的使用效率和出材率、从逐渐减少的林地生产更多的木材，同时使用在竞争强烈的国际 市场中使用环境友好的生产工艺和技术。此外，由于木材资源质量的下降、越来越高的 木材价格以及世界对林产品需求量的增长，使得林产品工业越来越迫切地感到需要寻找 术材的替代品。 于此同时，由于世界人口及废弃物的增加，固体废弃物的处理已经成为世界范围的 难题。据美国环保署( e p a ) 估计，在美国1 9 8 6 年全年所产生的城市固体废弃物( m s w ) 就 超过1 6 亿吨，同时以每年略超过1 的速度递增。据分析，废弃物中4 2 是木材资源或 其它纤维素材料如纸、纸板、织物和木材及6 的塑料。如果以重量计，则纸板、术材 和塑料在1 9 8 8 年分别占7 1 8 千万t 、0 6 5 千万t 、1 4 4 千万t ( 总量1 7 9 千万t ) 。美国到 1 9 9 7 年为止，每年在处理废弃物的资金超过1 2 0 0 亿美元“j 。在我国最近的1 5 年内，城 市生活垃圾量以每年8 的速度增长，北京和上海更以每年1 0 的速度增长。1 9 9 3 年全 国5 0 0 多个城市中的生活垃圾量达到8 7 0 0 多万t ，处理费用高达4 0 多亿人民币。1 9 9 4 北京市城市生活垃圾搬运量达4 7 6 万t ，而其中的各种废弃木质材料约占4 ，上海市每 年随着居民的拆迁，有大量的废旧家具无法处理，成为潜在的污染源pj 。可以预见，废 弃木质材料作为城市生活垃圾中的一部分在我国一些大、中型城市中将会成为一个棘手 的问题。固体废弃物的处置与资源化研究被列为1 9 9 5 年国家自然科学基金项目指南中 “材料与工程学部”资助及鼓励研究领域。城市垃圾的在资源化及有机废弃物的降解与 再生利用也被“材料与工程学部”列为国家自然科学基金“九五”优先资助领域。 然而，传统的处理城市废弃物的方法不再满足当前环境的需求。在美国，只有1 0 的城市废弃物得以回收，余下的进行掩埋或焚烧1 4 。这种被动的方法不仅浪费人量的资 源，而且还造成空气、土壤污染及其他方面的环境危害。 除此之外，人量的工业固体废弃物也需要进行回收利州。y o u n g q u i s t p j ”指出，大量 被烧掉或用其他方法处理的木框架、锯屑、刨花、木片、废水料，其他的以废物形式存 在的生物质材料如森林间伐材、纸浆厂剩余物、被处理的术材和其他 ：业资源等都是的 生产高附加值产品的潜在资源。l i a n g b h 口j 也指出，在人多数所使用的塑料中，聚苯乙 烯( p s ) j “泛地使用于包装、容器等用具及其他许多可处理的产品，而这些产晶最终均被 遗弃在垃圾掩埋场。在我国每年直接用丁j ：业缓冲减震包装的聚苯乙烯材料的需求量约 1 0 0 0 多万耐，这无疑是个触目惊心的数据。由于p s 泡沫衬垫多为一次性使州，消费者 买同商品后，泡沫衬垫无法处理，只好丢弃垃圾或马路边。人量的废弃物是“白色污染” 的主要源头之一。 小塑复合材料具有比单独的小质材料或塑料产品更理想的性质。从阁体废弃物中分 离出本材和塑料进行复合，不仅可以减缓废弃木材和塑料对城市环境的游在污染问题， 也逶戍现代树辩复合化发展的规律。目前，还蟪聂大鬣的利用鼹堪沸 料生产复合材料 !查! ! 苎些查兰塑：竺! 竺丝兰 的资料，研究和完善术材与塑料在再生的复合材料中的相容性、探讨利用废弃木质材料 lj 塑判制造复合材料的可行性及可循环利川性显得尤为重要。有关专家也指出f 7 ，”，2 1 世纪术材产品的优先发展领域之一就是生产高附加值的、适应于不同场合的木塑复合材 利。 】2 木塑复合材料的分类及国内外研究情况 术塑复合材按木材与塑料的界面可以分为木塑混合复合、术材为基质的塑化复合、 术塑熔合物( w o o d p l a s t j ca l l o y ) 三类。 1 21 混合复合型w p c 的国内外研究情况 木塑混合复合指的是木材与塑料之间的结合是通过适当的胶粘剂进行胶合。木材和 塑料在固化后仍然保持各自的状态。对于此类复合材，常用热塑性塑料如聚乙烯、聚丙 烯、聚乙烯对苯二甲酸盐、聚苯乙烯、高密度聚乙烯、聚酯等。y o u n g q u i s t l 9 1 等在1 9 8 9 年对木材与各种非术质材料包括塑料的复合情况进行了概述，并对其市场前景进行了讨 论。y o u n g q u i s t 等口使用三种不同的木材纤维与合成纤维配方( 1 0 聚丙烯与9 0 铁杉； 1 0 聚酯和9 0 铁杉；1 0 酚醛树脂、1 0 聚酯及8 0 铁杉) 来制造非编织型的复合板， 结果表明，复合板的静曲强度、抗拉强度、内结合强度以及吸水性得到全面提高。s t o c k e 及l i a n g 利用回收的木材纤维、聚苯乙烯在酚醛树脂或偶连剂的作朋下来制造各种的 木塑复合材，结果提高了尺寸稳定性。美国林务局林产品研究所为保护环境和充分利用 水材资源，利用铁杉纤维( h f ) 、聚酯纤维( v p e t ) 、废水材纤维( d f ) 、高密度聚乙烯( v h d p e ) 等废旧术质纤维与塑料，采用p e t 和h d p e 两种方式塑料加ta l 系列小塑复合薄板。 试验表明，( 】) 使用8 0 h f 、】0 酚醛树脂( p r ) ，采j jp e t 塑料加工的a l 系列j 型小塑 复合薄板，其静曲强度为5 0 6 m p a 、拉伸强度为3 3 o m p a ，浸水2 4 h 后的厚度膨胀率为 2 2 3 - - 2 9 8 、吸水率为4 1 3 4 8 2 ，在3 0 相对湿度时的膨胀率为0 1 9 , - , 0 2 0 、6 5 相 对湿度时为0 4 2 0 4 5 、9 0 相对湿度时为o 6 1 o 7 1 。( 2 ) 使_ l 6 0 h f 、5 v p e t 、 3 0 v h d p e 、5 e 1 0 蜡，采月jh d p e 塑料加j ：的a l 系列1 1 型木材复合薄板，其静曲强 度为1 91 m p a , 拉伸强度1 2 4 m p a ，浸水2 4 h 后厚度膨胀率为o 1 5 o 1 7 、吸水率为 5 4 9 5 8 7 ，3 0 相对湿度时的线膨胀率为0 t5 0 1 7 、6 5 相对湿度时为0 3 9 - - 0 4 0 、 9 0 相对湿度时为0 6 4 0 6 8 。( 3 ) 使_ i ；j6 0 h f 、5 v p e t 、3 0 r h d p e ，采用h d p e 塑料加i ：的a l 系列i i 型术材复合薄板，其静曲强度为1 8 7 m p a ，拉伸强度1 1 5 m p a ，浸 水2 4 h 厉厚度膨胀率为4 27 5 28 、吸水率为6 18 6 5 8 ，3 0 相对湿度时的线膨胀率 为01 6 0 1 7 、6 5 ! f l 对湿度时为o 4 2 0 4 4 、9 0 耗1 对湿度时为o 6 9 0 7 4 。美国林 务局林i x 2 ：i l a 卅- 究所为保护环境和充分利h j 小材资源，g jj i j 铁杉纤维f h f ) 、聚酯纤维 ( v p e t ) 、废小材纤维( d f ) 、高密度聚乙烯( v h d p e ) 书i 废i r 小质纤维与塑利，采川p e t 和 h d p e 两种塑料加l ：a l 系列爪塑复合薄板；l i a n g b h 1 筲研究了小木j 纤维与聚苯乙烯 n 0 复合，初步的结果表明复合材料的性能受小丰才纤维的含鲑及偶联剂类7 艘的影响。中因 林科院小行小质纤维复合栩料专题组”2 ，”1 使j l i 红松纤维与聚冈烯纤维进行：复合。结果 表明，添加聚丙烯纤维虽改善材料的模压性能，但导致材料的粹项物理力学性能f 降， 查塑：塑塑望型壅垒型丝堡竺主三苎塑型：壅 ! 对聚丙烯进行预处理后的复合材料模压制品各项技术指标可以达到一汽大众t l v w 9 4 标准。杨庆贤利用木屑与p v c 塑料进行复合，结果表明，层压成型的硬质板材比其他 成型工艺有较好的力学强度。 1 2 2 木材为基质的塑化复合型w p c 国内外研究情况 在木材为基质的塑化复合材中，实木或单板浸以其它高分子有机单体或预聚物，并 通过物理或化学方法引发聚合制成的改性材料。各种乙烯基单体如甲基丙烯酸酯、苯乙 烯、丙烯腈、氯乙烯以及环氧树脂等常用来做浸渍材料。二次世界火战期问，美国林产 品实验室研究成功用酚醛树脂浸渍单板制成层积复合材作飞机螺旋桨。6 0 年代以来，苏 联、美国、德国、意大利、波兰、日本、新西兰等国先后发表或采用t - 射线辐射引发浸 渍于木材中的烯烃单体的聚合或用热引发法制造木塑复合材。我国从1 9 6 5 年开始对木塑 复合材进行研究。中国林科院木工所、北京大学、北京光华木材厂等单位大量研究了用 热引发法生产木塑复合材，而上海原子能研究所及上海科技大学等单位对用r - 射线辐射 法生产木塑复合材进行了研究。1 9 8 2 年东北林业大学李坚对木塑复合材制造中抑制单体 挥发的方法作了对比研究。9 0 年代中后期，东北林业大学李坚等对木材的酯化进行了研 究t ”1 6 l7 1 。岳翠银i l q 等将苯乙烯及顺丁橡胶混合液浸注于沙兰杨( p o p u l u s e u r a m e r i c a n a ) 木材中，经加热聚合而成木塑复合材。这种复合材在力学强度和尺寸稳定性等方面均较 沙兰杨素材有所提高。总之，经此类方法改性后的木材与未改性木材相比，术塑复合材 具有尺寸稳定性好、强度高、硬度火、耐磨、抗压性强等特点，然而，这些单体主要层 积在木材的细胞腔内，而没有进入细胞壁，故尺寸稳定性的提高有限。此外，处理的成 本也偏商。 1 2 3 木塑熔合物( w o o d p l a s t i ca l l o y ) 的国内外研究情况 木塑熔舍物是一种新型的木材塑化技术。在塑料工业中，经常将一种聚合物与另一 种聚合物相熔合，聚合物与聚合物间的连接是同性的。为了制造水塑熔合物，术材单体 或塑料单体必须进行改性，以使得添加到一起的木材纤维与塑料相容。王建军等i ”1 对术 纤维- 聚乙烯复合材料中聚乙烯进行改性研究，结果表明塑料分子的极性有所提高。 1 3 再生木材复合材料的应用前景 就目前国内情况看，木塑复合材料的应_ | _ j 尤以汽车内衬材料的使_ l j 最为突山。它在 园外汽车工业中的应用已有二十多年的历史并且已经得到广泛应j _ j ，丽在我国尚处丁起 步阶段。 “九五”期间，国家对汽车工业计划投入1 2 0 0 亿元，9 7 年我国主要轿下公司 ( 一汽奥迪、上海人众、武汉神龙、天津夏利) 的产蜒达1 5 万辆，国产化率6 0 以上。汽 乍j ：业“三人巨头”中，一汽集团公司、尔风集团公词、上海汽车i ：业公司在“九五” 后期将分别形成3 0 万辆、3 0 万辆、5 0 万辆整下生产能 在“十百”计划纲要报告中， 汽车行业已被国务院列为重点发展的行业之一，国家将支持汽下行业的战略结构调整，支 持一批重点企业技术改造，通过上市、兼并、联合、重组等形式，在汽车等主要行业形成若 千拥有自主知识产权、主业突出、核心能力强的人公司和企业集团。现阶段，国家逐步 创造有利的汽率潲费环境。从2 0 0 0 年7 月1 目起停止征收2 3 8 项地方性交通和币辆收费 4东北林业大学坝十学位论义 项e ：列尾气排放达到欧1 1 标准的环保汽车减征3 0 消费税； 允许汽车企业集团开办 汽卉消费信贷业务、实行机动下登记办法等，这些政策对清理汽车消费的障碍起到 一一定的积极作川。同时，国家止在积极酝酿制定新的汽车消费政策，以促进私人购车消 费，私人购乍市场有望全面启动。2 0 0 1 年我国汽车j ：业发展展望是：( 1 ) 国家新的汽车消 费政策的出台，将有力推动市场经济化进稃。( 2 ) 轿车价格人战可能爆发。( 3 ) 汽车信贷消 费将迅猛发展。( 4 ) 售后服务将得到广泛关注。预计2 0 0 1 年我国汽车f 业仍将保持稳定 增| 王：，汽车产销量有望达到2 2 0 2 3 0 万量水平，增长1 0 1 5 ，预测在2 0 0 3 年左右我 国汽车一r 业将进入大发展阶段。在此环境f ，汽车上市公司整体仍将保持增长发展态势。 与此不相适应的是轿车零部件国产化率还有待提高，国外普遍采用的木塑纤维复合材料 制作的轿车门衬板至今在国内还是空白。这是我国民族= 业亟待开发的领域，也为木塑 复合材料的开发、推广、应用提供了广阔的市场。此外，由于木塑复合材料具有良好的 物理力学性能、比木材小的热伸缩性和吸水性、可挠曲以及耐磨耐化学腐蚀等特点，还 可广泛地用作建筑材料、工艺材料、家具用材、室内装修用材、地板木帛i 文化体育_ l | 品 j j 材等。 木塑熔合物是一种新型的术材塑化技术。在塑料工业中，经常将一种聚合物与另一 种聚合物相熔合，聚合物与聚合物间的连接是同性的。为了制造木塑熔合物，木材单体 或塑料单体必须进行改性，以使得添加到一起的木材纤维与塑料相容。9 0 年代中期中国 林科院水工所的王建军等对木纤维聚乙烯复合材料中聚乙烯进行改性研究，结果表明提 高了塑料分子的极性基团。9 0 年代后期，中国林科院木工所木质纤维复合材料专题组在 吴健身、王正的带领下，对木塑纤维复合材料组分中添加聚丙烯纤维和聚丙烯纤维进行 预处理日i 起材料物理力学性能和模压性能的变化进行了研究，同时还研究了无纺布衬垫 处理术纤维合成纤维复合材料对其性能的影响。就目前国内情况看，木塑复合材料的可 以作为建筑材料、工艺材料、家具用材和文化体育用品用材等，尤以汽车内衬材料的伎 _ j 最为突出。它在国外汽车工业中的戍用已有二十多年的历史并且已经得到广泛应用， 而在我国尚处丁起步阶段。“九五”期间，国家对汽午1 ：业计划投入1 2 0 0 亿元，9 7 年 我国主要轿车公司( 一汽奥迪、上海大众、武汉神龙、天津夏利) 的产量达1 5 万辆，国产 化率6 0 以上。汽车一业“二大巨头”中，一汽集团公司、东风集团公司、上海汽车。j ： 业公司在“九五”后划将分别形成3 0 万辆、3 0 万辆、5 0 万辆整车生产能力，与此不相 适应的是轿乍零部什国产化率还有待提高，国外背遍采州的小塑纤维复合利料制作的轿 1 ：fj 利板至今在国内还是空白。这是我国比族l 业亟待开发的领域，也为水塑复合利糊 的开发、推j 。、席州提供了广阔的市场；其次，在建筑业中的虑j 射也是一人市场。据9 5 年的统计资料表明，我国每年的模板需要撼至少在5 0 0 万m 2 ，随着我国国比经济的发展， 【th | 建筑、路桥建设的规模将不断扩人，模板的需求量将更人。目前的建筑模板t 要以 钢模和胶合板模板为主，钢模为不可再生资源，胶合板模板虽克服了钢模的缺陷，然而， 随着我国人径级原小的持续减少，优质胶合板的产譬会逐渐受剑限制。小质刨花板有和 胶合板相近的性能，而且具有原剌来源j “泛，价格低等优点，而水塑复合刨花板具彳的 低吸水性，更加强了它在该领域的竞争力。 查望：旦些望型堡全型垄堡生主三苎塑型! ! 三 1 4 聚苯乙烯和聚丙烯塑料的用途和回收利用 1 4 1 聚苯乙烯塑料的用途和回收利用 聚苯乙烯( p s ) 是环境学家最为关注的目标。p s 废物随处可见，发泡p s _ l = j 的发 泡剂将损坏臭氧层，且苯乙烯和p s 的燃烧物是有毒性的。但由于p s 性能良好，价格低 廉，它是目前应用很广泛的一种包装、保温、防水、防震材料，约占我国所有塑料废物 中的1 3 左右。这种塑料化学性质稳定、密度小、体积大，在自然界中既不腐烂，也不 降解，是日益严重的所谓“白色污染”的主要来源之，大量废弃的p s 不仅污染了环 境，也造成了原材料的浪费。所以研究p s 的回收利用很有现实意义。 p s 的回收利用大方法归纳起来大致有以下几种：废i rp s 的再造粒；废旧p s 塑料的直接利用；废旧p s 的改性利用；废旧p s 裂解回收苯乙烯及其它化工产品。 1 4 1 1 废旧p s 的再造粒 废旧p s 的熔融造粒是回收再生p s 的摄基本的方法之一，其工艺简单，适合大小不 同的单位生产。熔融造粒包括粉碎、洗涤、干燥、脱泡、挤出、造粒等几个步骤。由于 p s 发泡后体积增大5 0 8 0 倍，运输不方便，所以必须对回收p s 塑料进行脱泡。脱泡的 方法很多，如机压法、热压法、熔融法、溶解法和凝胶法等。其中热压法由于加热温度 低，聚合物降解小，无挥发溶剂，设备简单等特点，使用的场合较多。本论文的研究中 即采用热压法对回收p s 塑料进行脱泡，从试验结果看，脱泡效果很好。 废旧p s 再造粒的另一种方法是再发泡。由于p s 的最大用途是发泡制成泡沫塑料， 而泡沫塑料又多为一次性使用，除少数制成一次性饭盒使用后污染较大外，火部分泡沫 塑料使用后本身性能和成色变化不大，这就为利用这些泡沫塑料再制可发性p s 创造了 最有利的条件。将再生p s 制成可发性p s ，最主要的是通过浸渍等方法在p s 中再加入 发泡荆。根据发泡剂的加入方法以及发泡的方法不同，可以将废旧p s 再发泡的工艺过 程分为溶解聚合浸渍法、球化漫渍法、凝胶浸渍法以及珠粒破碎再模塑法等。 1 4 1 2 废旧p s 的直接利用 1 4 1 2 1 用废旧泡沫p s 制轻质混凝土( 砖) 用废旧p s 制轻质的混凝土( 砖) 是直接把泡沫塑料所具有的质轻、保温、隔音等 特点在建筑材料上体现出来，这不仅变废为宝，符合建筑材料发展要求，而且还可减轻 冈挖十制转造成的农业土地资源的流火。_ 1 1 _ i 废旧p s 泡沫塑料制轻质混凝十( 砖) 的具 体方法是口u j ：将废旧p s 泡沫塑料粉碎成粒释2 m m 左也的细微颗粒，按适当的配比将其 掺合到黄砂、水泥中，加水搅拌均匀，注入各种模具制成各种预制r f ：，然后将其泡在水 中，一周后取出凉干即得到各种轻质混凝十( 砖) 产：品。 1 4 122 用废旧泡沫p s 制作仿木材 这种性能与木材接近的轻质复合材料主要由水泥和( 或) 石膏、泡沫塑料、粘合剂 以及水等组成，其中泡沫塑料主要是利_ l j 包装废弃的p s 泡洙塑料等。水泥和( 或) h i 膏是人造术材的基质材料，二者可以各自单独使j j ，也可以混合使用。泡沫塑料是赋予 人造本材特幢的荚键。用废旧p s 泡沫塑料时必须先进行粉碎，碎料的火小要求一般取 ! 查! ! 丛些! ! 堂竺型：兰竺婆皇 一 决于制品的性能和形状。泡洙塑料的用量占人造术材的体积分数一般约为5 0 6 5 。 粘合荆是使水泥和( 或) 石膏与泡沫塑料紧密结合的重要介质。人造木材专用粘合剂由 聚z 烯粘合剂与糊精按常规的混合方法混合制成o “。 图1 1 是人造术材的结构示意图。】表示 人造术材的表面层，它是由玻璃纤维增强塑判 或环氧狃j 脂所制成；2 表示在表面层( 聚酯层) 和内层( 轻质材料) 之间的一个夹层，可根据 需要在此层涂上不同的颜色；3 表示人造木材的 内层，即轻质水泥或轻质石膏的复合材料。 图1 1 人造木丰j 各层结构示意图 1 4 i 3 废旧p s 的改性利用 废旧p s 的改性利用包括化学改性、共混改性和增强改性。化学改性即在p s 上的苯 q z j ：进行一系列的化学反应，通过这些苯环上的取代反应，可以制得以p s 为骨架的带 有各种功能基的聚合物，如离子交换树脂、高分子试剂和高分子催化剂等。共混改性主 要是将塑料和橡胶共混制得橡塑共混物，这可以显著地提高p s 的韧性。增强改性主要 是指采用纤维材料进行增强，以提高产品的综合性能和附加值，其中p s 玻璃纤维增强 树脂的生产和应用较为普遍“。 1 4 2 聚丙烯塑料( p p ) 的用途和回收利用 聚丙烯薄膜是聚丙烯树脂的主要应用领域之一，1 9 9 5 年产量达3 2 0 k t 。p p 膜可分 为流延p p 薄膜、吹胀聚丙烯薄膜和双向拉伸聚丙烯薄膜( b o p p ) ，以b o p p 膜生产规模 最大，占p p 薄膜总量的6 0 。p p 薄膜的应用形式还有二次加工产品，如镀金属薄膜， 复合薄膜如b o p p p e 、b o p p p v d c 等。p p 薄膜主要用于食品、纺织品、洗涤用品、药 晶等的包装，也用于电气绝缘膜。 聚丙烯的第二大用途是编织制品。有编织袋羊编织布，其中聚丙烯编织制 i ! ll l ， 6 0 7 0 。在我国，由于纸张和黄麻资源的缺乏，所以塑判编织袋可获得广泛的虑川。 除一般编织袋外还有纸塑复合袋、网眼袋等，可用于化肥、水泥、矿物产品、合成树脂、 原盐、食鼎、粮食、棉花和羊毛等的包装。 聚丙烯还可州来制造注射用鼎，各类周转箱如食品周转箱、板条箱，汽车零部件， 1 也了电器埘配件、仪表板、蓄电池壳，日用家庭用晶如家_ l j 盆、捅、壶等以及家川电器 如洗农机、电冰箱、电扇、保鲜箱等。 聚丙烯树脂也是塑判管材的主要原料，其数餐低丁p v c ，居第_ 何。产鼎有水管、 升管、微灌管、波纹管、复合管、燃气管等，j 4 j 丁农利饮水与农刚灌溉，也川丁化1 、 食r 铺、饮料、医药和保健l 业中介质的输送，也可h j 于城市燃气与大然气管道等。 聚丙烯的川途如此、泛，利j 废】月聚丙烯是舟分了材j ：| 同收中的项重要的l 作。 废聚丙烯的利j j 包括直接利川、共溉利j j 和改性利月j 等。 邕 查型：塑些望塑墨鱼型些堡生兰三苎堕型! ! 二 1 4 2 i 废旧聚丙烯的直接利用 业塑料如流道废料、注口废料、修边角料、废品等，可以与原料混合在一起，在 生产厂家就可以进行加工，当然也可以转给回收厂造粒再出售。对污染较严重的废塑料， 可根据污染的程度采用不同的处理方法，如对含有标签的容器可通过“干”过程或“湿” 过程对材料进行处理。 废旧聚丙烯直接利用是指将废旧聚丙烯经过清洗、破碎等工艺后，混入一定量的助 剂，进行塑化加 ：成型或通过造粒后加工成制品，这种利用的加工技术简单，容易获益。 再生塑料制品的性能往往不及新树脂制品，但通过特定的加工技术，可使性能接近新树 脂的水平。 1 4 2 2 废旧聚丙烯的共混利用 回收聚丙烯的耐冲击尤其是耐应力开裂性能差，且低温性能差。这些性能特征是由 聚丙烯聚集态结构和大分子链构造决定的，因此可以用聚乙烯进行改性。在回收聚丙烯 中加入一定量的高密度聚乙烯，其共混物在- 2 0 c 时落球冲击强度可以提高8 倍以上，而 且加工流动性增加。另外聚丙烯还可以和聚氯乙烯( p v c ) 混合，可以改普共混物的成 型流动性和冲击强度。聚丙烯和可以和回收p s 共混，共混物的冲击强度以及延伸率 大大提高，而拉伸强度和模量却降低。 1 4 2 3 废旧聚丙烯的改性利用 废旧聚丙烯的改性利用主要包括增韧改性、增强改性和化学改性等。增韧改性主要 是采用具有良好的耐低温性和高弹性的顺丁橡胶对废旧聚丙烯进行改性，改性后的混合 物具有良好的耐冲击性能和显著的耐低温性能。废旧聚丙烯的拉伸强度较低，用短玻璃 纤维增强后，其拉伸强度可提高一倍以上。另外，还可以对废旧聚丙烯塑料进行氯化、 氟化、接枝改性和交联改性等，这也可以在一定程度地提高废旧聚丙烯塑料的某些性能。 1 5 异氟酸醑胶的特点及应用 二异氟酸酯作为各种聚氨酯制品的主要原料已有相当长的历史，但火量用于胶粘剂 只是近几十年的事。常用的异氰酸酯主要有以下几种： 1 5 ib i d i ( 4 4 - 二苯基甲烷二异氟酸酶) 或p m d i 它可与任何形式的活泼氢发生反应。二异氰酸酯可直接作为胶粘剂，也可将其乳化 厉用于刨花板、中密度纤维板等人造板的制造。m d i 是刨花板制造工业最常_ h j 的二异氰 酸酯类，因其在室温下蒸汽压低，使用安全，粘度小，且价格较其它类型的二异氰酸酯 低。室温时，一i ：业m d i 商品为深棕红色液体，贮存期约1 2 个月，粘度在4 0 p a s 以。卜。 m d i 和术材组分中的羟基反虑，在术材羽i 胶层之间生成氨基甲酸酯共价键，同时雨1 本材中的水分反应生成聚脲。据w i t t m a n 计算，参与键合的m d l 约5 0 以上形成聚脲。 聚脉的生成增大了胶粘剂分子j i = 的分布，产生较好的填缝性能；酰胺基团及其进一步与 异氰酸酯反应生成的氨酯基团将加速i 胡化反席1 2 4 。同时，木材和异氟酸酯共同构成了一 个自催化反应体系。 东北林业大学坝 一学位论义 1 5 2 可乳化的聚合m d i 可乳化的聚合m d i 胶粕剂可以与水在一定的范围内混合而被稀释，正常的稀秆比为 5 0 ：5 0 。可乳化聚合m d i 的出现，可使异氰酸酯胶粘剂通过水介质施加到基材中。t | _ j 可 乳化的m d i 代替m d i 可改进人造板生产工艺，解决了完全无水的计量和泵送系统的难题， 且胶粘剂的毒性得到进一步降低”。 1 5 3 水性乙烯基聚氨酯胶粘剂 将多异氰酸醅或其预聚体的有机溶液分散在酣酸乙烯乳液、丙烯酸酯乳液、 。苯胶 乳液等乙烯基聚合物乳液或聚乙烯醇、羟甲基纤维素的水溶液中，而生成的水性胶粘剂， 成为水性乙烯基聚氮酯胶粘剂，义称为水性高分子异氰酸酯胶粘剂( a p i ) 、乳液聚合物 异氰酸酯( e p i ) 。 一般商品水性乙烯基聚氨酯胶粘剂是双组分型胶粘剂，以水性乙烯基树脂、填料或 表面活性剂的混合物为主剂，以聚合m d i 等具有2 个以上n c o 基团的多异氰酸酯、溶 剂或稳定剂的混合物为交联剂。在使用前，异氰酸酯溶液搅拌分散于主剂中。交联剂中 的异氟酸酯基团与水性高分子及木材等基材中所含有的活性氢基团反应，得到牢固的粘 接层。异氰酸酯化合物及其预聚体在水中几乎没有溶解性，但它们能溶于有机溶剂，无 须再# b ) j n l 化剂，异氰酸酯溶液能在p v a 水溶液或乙烯基合成树脂乳液中很好地分散， 在水分挥发过程及干燥后，异氰酸酯与水性树脂或水反应，产生耐水耐热的圈化物。 1 5 4 异氰酸酯共混复合胶粘剂 木材胶粘剂逐渐从以往单一聚合物为基料的状况进入到采用共混、复合等现代材料 技术的新发展阶段。异氰酸酯活性高，综合性能优异，“泛用于与现有胶粘剂的共混复 合改性，以迅速扩展现埘胶的品种平应h j 范围。最常见的是与甲醛类热同性胶粘剂，如 u f 、m f 以及单宁类树脂混合使用。 采_ h j 木材纤维与塑料纤维之间的混合复合材料的研究前人进行的较多，然而由于生 产术材纤维的单位能耗比刨花火，如果能将水材刨花与废1 月塑料进行复合，生产山一种 新刑的高性能的复合材料，则不但能耗降低且生产成本也可降低。本论文即拟采川异氰 酸酯胶粘剂雨小材刨花对同收的废旧聚苯乙烯塑料( p s ) 雨聚丙烯塑料( p p ) 进行改性 利川。这种改性利州的实质是共混改性和增强改性。通过这种一r 艺获得的小材塑料复合 刨花板不仅具有刨花板的成本低廉的特点，而且提高了刨花板的耐水性平胶合强度。本 论文的创新之处在丁用类似生产刨花板的i 艺路线生产小利塑料复合材判，以前的研究 多采j j 塑料加。i ：的路线；选h j 小材刨花为原利，可降低生产成本；选川废旧同收塑利为 训：究对象，探讨废旧塑料的利j j 方法，将人人提高废旧颦利的利j j 科度，降低废日塑料 对环境的污染；采州异氰酸酯为胶粘剂，所制得的复合刨花扳为绿色产l 捕，无甲醉释放， 不污染环境。该种刨花扳不但在使州过程中不存在有毒物质对州户的伤害问题，而且在 制造过科中也不存在有毒物质对操作人员的伤害问题；另外该种刨花板扩人了刨花板的 j 甘川领域，它具有优异的耐水性和尺寸稳定性，可j j 丁建筑上对尺寸霹求严格的fj 窗枷： 【： 及川t j + 包装、运输、各种室外、高湿度环境条竹i 、。 术材同收塑料复合刨花板生产工艺研究 9 2 木材一回收聚苯乙烯塑料复合刨花板初步工艺研究 2 1 前言 利用水质材料与塑料进行复合生成木塑复合材料的历史已久口1 0 , 4 , ”“。在这些研究 当中，主要以木粉、木纤维、纸纤维或其他纤维与塑料的复合为多。这类材料尺寸一般 多限于通过1 5 m m 筛网的粉末或细碎材料口“。由于将木材加工成木粉或木纤维的工序较 多，故能耗大。如果能以木材刨花与废弃塑料进行复合口6 2 7 j ，则不但能降低处理木材的 能耗，而且还提供了一种对废弃塑料处理的有效途径。 杨树是中国北方的常见速生树种，多用于生产刨花板、中密度纤维板；发泡聚苯乙 烯是一种常见的包装材料，在我国每年真接用于工业缓冲减震包装的聚苯乙烯( p s ) 材料 的需求量约1 0 0 0 多万m 3 ，这无疑是个触目惊心的数据。它多为一次性使用，且它的化 学性质稳定、密度小、体积大，在自然界中既不腐烂，也不降解，是日益严重的所谓“白 色污染”的主要来源之一。大量废弃的包装材料不仅污染了环境，也造成了原材料的浪 费，因此，对废弃聚苯乙烯泡沫塑料的回收利用是近年来人们一直关注和不断探讨研究 的一个重要课题。 本文旨在讨论废弃的泡沫聚苯乙烯与杨树刨花在胶粘剂作用下进行复合的工艺可行 性及复合材料物理力学性能的探讨。 霞 霹膝 翟 。 。一目 、 妻 糕l 霉 一 一l “1 。+ 。- 一 。dg e 目8 目i 口h 一分值f h l 图2 i 刨花粗细百分比 1 0 0 0 0 g8 0o o 墓6 0 0 0 4 00 0 嚣2 0 0 0 00 0 x 44 66 88 、1 0 】0 x 筛分值( 目 图2 - 2 刨花尺寸祟积百分比 2 2 材料与方法 2 2 1 试验设备和仪器 5 0 t 预压机，1 0 0 t 熟压机，自制旋转拌胶机，a g i o t a 岛泮万能试验机，m a n g n a 5 6 0 型傅立叶红外光谱仪( 美国尼高力公司生产) 。 2 2 2 试验材料 杨树术片( 购自哈尔滨市正阳河人造板厂) ，废弃泡沫聚苯乙烯( 由行收集，主要是l 电 视机平计算机显示器减震包装材料) ，液体异氰酸树脂胶粘剂m d i ( 自制，1 0 0 | 司含餐) 。 2 2 3 试验方法 2 2 3 1 术辩的处理 ! ! j _ 查j ! 苎些查兰塑! 兰! ! 笙= j ! ；一 用刨片机将木片处理成刨花( 刨花尺寸见幽2 - 1 ) ，并干燥至含水率2 3 ，用薄膜塑 利袋密闭包装，各_ l j 。到2 - 2 为各种筛分值刨花的累积百分比。 2 2 3 2 泡沫聚苯乙烯的处理 由于泡沫的体积大，与刨花的密度相差大，若在未脱泡条件f 粉碎泡沫t 在与刨 花的混和时难以均匀，故本次试验中先将泡沫脱泡后再粉碎。具体的脱泡方法是将泡沫 先在热压机中热压成薄片，然后在粉碎机中粉碎。粉碎后的塑料密度与刨花接近，这样 就能够得到均匀的塑料、刨花混合物。粉碎后的泡沫塑料利用k b r 压片法进行f t i r 光 谱分析。 2 2 3 3 板坯制备 先将木刨花和粉碎后的p s 塑料拌 均，再投入旋转式拌胶机中，旋转一定 的圈数后再喷入m d i 胶( 施胶量为板坯 绝干重的2 ，注：板坯绝干重= 刨花绝 干重+ 塑料绝干重) ，使胶均匀地分布到 刨花和塑料表面。施胶后的混合物利用 手 铺装成3 2 0 3 4 0 m m 的疏松板坯，同 时将脱模剂均匀地涂在垫板表面，然后 在室温状态下进行预压，预压压力为 1 m p a ，时间3 0 秒。热压工艺为3 段加 压法，热压曲线见图2 - 3 ；最高压力依据 密度的大小在1 5 m p a 2 5 m p a 范围内进 行调整，密度人，相虑选用大的堤高压 t i m e 图2 - 3m d i 胶合的木塑复合材热压曲线 力；每个条件r 试验重复压3 块板，其中2 块川丁物理力学性能的测试，剩余的一块川 了_ 其他州途。复合扳的厚度由厚度规控制，复合板的最终厚度设计为1 2 r a m 。 2 2 3 4 试验设计 本次试验采_ l j 正交试验设计，选1 = jl 9 ( 3 4 ) 止交表，同定网子在本文中2 3 3 1 2 3 3 3 中分别作了详细的说明，选取以f4 个条件作为r 艺参数的多冈素试验变化冈子：小材与 塑料的配比、热压温度、热压时间、板坯密度，变化冈子水平见表2 - 1 ，试验安排见表2 - 2 。 表2 1 变化川了水、卜表 p ! g 查塑二堕些型型堡垒型垄堑竺主三茎型窒 坠 耋：! 要銮苎兰曼盐耋 _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。_ _ h _ 。- _ - _ _ _ _ 。1 。1 a b ( 刨花塑料比)热压温度( ) cd 热压时间( m i n )板密度( c m 3 ) 2 东北林业人学坝1 一学位论文 测试板材在制备试件前均住室温f 至少陈放1 0 天，然后根据相关标准制取试竹及 进行各项主要物理力学性能指标的测试，其中静曲强皮( m o r ) 、干态内结合强度( 于 i b ) 和2 1 1 吸水厚度膨胀率( 2 h t s ) 按照g b t 4 8 9 7 9 2 测试，水煮2 h 后内结合强度( 湿 i b ) 利2 4 h 吸水厚度膨胀率( 2 4 h t s ) 按照德国标准d i n 6 8 7 6 3 v 1 0 0 测试，2 h 吸水率( 2 h w a ) 和2 4 h 吸水率( 2 4 h w a ) 为抽测。 利用极差分析和方差分析对试验结果进行数据分析，试验结果南观分析趋势圈见图 2 4 剑幽2 2 4 。 表3 正交设计试验结果 n om o r m p a i b ( 干) m p a1 1 3 ( 湿) m p a2 h t s ( ) 2 4 h t s 2 h w a 2 4 h w a 3 85 8 3 31 9 1 63 7 9 1 87 2 5 2 48 9 5 2 37 1 6 2 08 9 6 2 29 7 1 3 38 3 7 3 4 2 6 5 l87 4 4 1 8 1 60 0 5 1 48 3 2 2 4 6 5 5 2 20 17 3 44 0 8 09 7 0 10 1 3 04 4 1 05 7 0 06 3 9 0 6 9 2 0 6 3 5 06 1 0 l0 9 8