塑木产业rd黄老师绪论稿

1章塑木复合材料产业概塑木复合材料的基本概塑木复合材料(wood-plasticscomposites,WPC)是生物质材料与热塑性塑料或热固性塑料等。WPC与木材、塑料相比，有以下主要优点：容易，防水和防火性能好可加入剂、抗菌剂、发泡剂等，赋予其需要的功能，使制品具有抗菌、抗藻、使用长，成本低具有塑料的成型加工性，易加工，可挤出、注塑、成型各种尺寸、形状制品。1(2.62.6)。其中成材的木料较源，可作为WPC的生物质材料来源。制定统一的标准，相关WPC的仍在制订中。从科学、规范的角度讲，WPC翻译为“塑木复合材料”（1）首先塑木复合材料的中文名称是来源于Wood-plasticComposites的翻译，英文翻译时通常采用逆序翻译，比如Carbondioxide、Calciumcarbonate翻译为二氧化碳、碳酸钙而不翻译（2“amadeprimarilyfromwood-orcellulose-basedmaterialsandplastic(s)”。直译为“是一种由木材或（3PC的主要用途是替代木。50%塑木较为贴切；（4）国内外对这种材料还起了一些别名，如防水木、环保木等，都是与木相提并论前也有合成木材的说法因此我们认为称其为塑木复合材料（简称塑木更为合理些2007年3月中国塑料加工工业新成立的专委会也命名为塑木制品专业，引导1.6塑木复合材料发展历史及现齿轮等。随着科技的发展，从中添加木粉、纤维素及无机粒子“合成木材”到发1907年（kland对酚醛树脂进行系统深入研究后发现在酸催化合成酚醛树脂中加入木粉或某些填料组成的混合物料可以克服酚醛树脂脆性大的缺点，并研究了加入六次甲基四胺（优洛托品）剂后，加热、加压下的模压成型，获得了真正意义上的世界第一种合成塑料——酚醛塑料，并广泛用作电灯头、电器开关等。由于受科学发展水平和技术条件的限制，除木粉外，最早的纤维主要是尺寸较长的韧皮类纤维，如亚麻、黄麻等，被填充的树脂基体多为热固性树脂，如酚醛树脂和脲醛、三聚胺等树脂，其产品有飞边、毛刺等缺点，以后则采用树脂与棉布、玻璃布等复合，得到了性能优良的材料，用于制作齿轮、绝缘板等。1910年，申请酚醛树脂加压、加热的专利后，成立了巴克兰(klite)公司，是世界上第一家生产酚醛树脂和酚醛树脂与木粉及剂构成的模塑料的企业，同时也是世界上第一家生产合成高分子化合物的企业。1914年，引进巴克兰技术在东京开始生产酚醛树脂，首开亚洲之先河工业产品。但由于木粉和塑料之间的相容性差，该技术并没有得到推广[1]1923年，投产苯酚糠醛模塑粉；1924年，英国氨公司研制成功脲醛树脂，1928年始出售产品，脲醛树脂与填料（纸浆、木粉）、色料、润滑剂、剂、稳定剂、增塑剂等组分混合，再经过干燥、、球磨、过筛，即得脲醛压塑粉；1930年，酚醛塑料在美国投产；1939年，氨公司开始生产三聚胺-树脂的模塑粉和层品；1945年，高邻位酚醛树脂及其快速成型模压粉在工业化生产；1946年，投产丁腈橡胶改性酚醛树脂及其模塑粉；，苯胺改性酚醛模塑粉商品面市；1952年，原首先有尼龙改性酚醛模塑粉商品；1961年，英国和德国推出三聚胺改性酚醛树脂及其模塑粉。会上，的了在单体中引入化学剂，用催化加热法制造塑木复合材料的论1967年，国际原子能在曼谷召开了大型国际会议，塑木复合材料被列为和平利用原子能的研究项目。1980年代，WPC开始逐渐应用于汽车行业，1990年代，WPC开始进入建材市场。21世纪，塑木行业得到了更快、更全面的发展。截至2012年，全球P总产量已超过230万吨，其中产量约100万吨[2]，中国约100万吨，近10万吨。德国塑木复合材料用量现已超过7万吨，在欧洲处于领先地位。其地区用量相对较少。2外塑木复合材料发展历史和现2.11966年AMF公司Bouling分部建成了世界上第一条催化加热法生产塑木复合材料的1968年，(ARCO)化学公司采用γ射线生产的塑木复合材料，用其制作镶木地板。同年，Meyer第一次将偶联剂引入到木材纤维和塑料的复合过程中。偶联剂的出现使木1973SonnessonPlastABSonwoodPVC/木粉复合材料。该材料PVCBausanoICMASanGiorgio50％50％聚丙烯(PP)的热成型板材。1983年，LearCorp.’s公司获得意大利的挤出技术专利权，生产汽车内饰材料，产品是约含50％木粉的PP复合材料，（该材料以前叫woodstock，由意大利ICMASanGiorgio和G.O.RApplicazioniSpecialiSpA公司共同发明并申请专利，后者于1971用其生产菲亚特车为福特汽车的内衬板材[3]。此后，WPC在汽车领域的应用不断，制造商也开始逐步使用天然纤维代替木粉增强，专利[4-16]逐渐增多，应用领域不断扩大。1991年在（美）威斯康星州召开了有关塑木复合材料的第一次国际会议。首次聚[17,181990年代初，StrandexCorporation公司发明了高木粉含量（大约70％重量比）的WPC。后来Strandex公司将该专利技术转让给几家其它公司[19]，推广后使得WPC中木粉含量逐渐提高，成本大幅度降低，提高了WPC产品竞争力。1991年，先进环保回收技术公司(ndEnvironmetnlylingThlologi，ETuntionTx)及其莫比化学公司(obilhmilompany后成为Trx公司)5020]1993年，公司(AndersenCorPoratin)开始为法式门生产木质纤维增强的PVCPVCPVC基塑木复合窗发展成一个很1996年，一些公司开始用木材纤维与塑料混合生产颗粒型原料，造粒后直接提供给1997年，DoroudianiSHDPE与牛皮纸浆、木粉混合，经造粒，注塑成样条，将WPC的应用领域从挤出拓展到注塑,基材料也扩展到PS和ABS等。目前WPC生产开发和应用技术均居全球领先地位应用量世界第一据PrincipiaPartners咨询公司专题报告，WPC需求约占世界总量的85％，2001年400kt，2006年1000kt，产值超过10亿，年增长超过25%[21]。增长较快的为各种板材、窗框、门框栅栏和围墙。其中用量最大的板材，产值从2001年的4.10亿增加为2006年的9亿元，塑木栅栏和围墙产值从2001年的1.63亿，提高到2006年的3.15亿，而塑窗框和门框的产值也从2001年的0.65亿，提高到2006年的1.35亿。2007年年WPC年需求总量已超过700kt[22]，2010年，消费量达900kt。2010年底统计表明WPC原料树脂中PEPP和PVC分别占75％12％和10%统的挤出型材和屋面板、板。2.2欧欧洲WPC生产企业不多，产业总体发展不如地区，但其拥有强大的生产设备制造能力，发展潜力不可小视。欧洲对WPC品种花色的要求高于，室内装修、装饰和户外12004~2009年，WPC11%WPC产量（栅栏和花园家具138.9%；产量最高的是汽车片材。2009年，62 200418表 2004~2009欧洲WPC制品应用情况%滚塑制品(大部分是热固性树脂热成型片材（热塑性树脂鞋0近年受欧债影响欧洲PC发展相对放慢未来随着年全球经济逐步复苏PC预计到2015年欧洲PC需求量将达到360kt除了在欧洲制造来自和亚洲的PC进口也将越来越多。[26]2.3亚洲(除中国亚洲WPC开发比较成主要是。由于地理和环保意识等原因，塑木材料的应用比较普遍，产品质量亦较优良。以EINWOOD（艾因木）株式会社为代表的塑木研究机构还开发出了专门用于医院、诊所、候诊室、厕所等场所的抗菌塑木复合材料技术。虽然原因主要有：市场容量小；墙板受到防火的限制；还不能很好的适应大部分结构材料；量和有害物质的溶出量有严格的指标规定；造价比较高妨碍出口。除外，亚洲其它国2.2我国塑木复合材料发展历史及现我国解放以来，塑料工业取得很大进展。从1950年生产200吨T，到2010年5000多万吨，国家历来重视塑料的发展及木材的节约和合理利用。1974年在哈尔滨召开的塑料科技工作会上，即有不少高校、科研院所及企业，热烈地讨论“合成木材”的发展目前，我国高能耗、高污染、低效率经济增长方式的性日益凸显，向可再生、清洁、高效利用能源的绿色经济、低碳经济迫在眉睫。节能减排、循环经济是国家今后的长期政策。2009年末，在世界气候变化大会上，中国向世界郑重承诺，到2020GDP200540%～45%。为了实现这个宏伟的目标，其2020200540002005年增加13亿立方米。但我国是一个森林资源贫乏的国家，第七次森林资源报告显示，2/31390.145公顷，1/410.1511/7。预2015年,4.8亿立方米,1.9亿立方米。在木材材的替代。WPC是木材的理想替代品，它充分利用木材工业的废弃物（木粉）、不成材的1m³1.831.62吨氧气。1吨WPC2.5m³，100％（60％）1吨WPC3.50m³天然木材，替代木材应用，相当于吸收（减排）6.4吨二氧化碳，释放5.67吨氧气。由于WPC的使用远高于天然木材，因此在计算二氧化碳减排效益时还要考虑到使用的因素。WPC的使用为天然木材的2.5倍，因此每使用1吨WPC2.5×6.4=16吨。9.7亿吨，如按常规处理方法将这些材料，将会有大量的二氧化碳排放。如将这些资源用于塑源的综合利用和循环经济的发展。WPC合材料为例，计算塑木复合材料的含碳量。WPC28%wt，聚乙烯中43%wtWPC71%wt，1WPC7101WPC，12.61WPCCO217.6（16＋2.6－1）2035210元/吨（1欧元≈9.1779）计算，每年通过二氧化碳减排可创造经济价值约3.23亿制造塑料所用原料大部分来自于石油，随着石油、煤资源的日益枯竭，如何减少这些非可再生资源的用量，提高其利用率也具有重要意义。20105000万吨，废旧塑料使用量超1000万吨，废塑料回收行业已成为国家一系列资源的成功典范55万吨，其中聚氯乙烯（P）30万吨，聚乙烯（PE）约25万吨，每年生产塑木复合材料节约的树脂折合约262万吨标准煤（电石法生PVC4.21.6吨标准煤，用量各按一半算；生产每吨聚7吨标准煤）。塑木制品在建筑节能上也有良好的效益，如塑木型材导热系数仅仅是铝合金的1/1250,1/357530％以上。由于WPC主要利用废弃生物质材料和废旧塑料，产品节材、节能、环保、符合循环经济发委）将塑木复合材料项目列入“国家高技术新材料专项”。2005年6月，下发《关于做好建设节约型社会近期重点工作》中，就完善资源综合利用和废旧物资回收保2005年10月28日联合公布的《国家鼓励发展的资源节约综合利用和环境保护技术（发改委公告2005年第65号第52项技术为“利用城市中混杂废塑料制造代木材料的技术”。国家发展、科学技术部联合（发改高技［］号）国家重大产业技术开发专项规划明确确定塑木复合材料的发展方向也在2005年年底向国引导，加大技术支持力度。把木材节约和代用作为完善资源综合利用政策的重要内容。粉、纤维、棉布酚醛塑料、α纤维脲醛、三聚胺塑料及工业化，七、八十年产“合90年代后期，开始了当前定义上的塑木复合材料生产[28]。2012200PE、WPC近50万吨，加上PVCWPC总量超过100万吨，年产值近百亿。出口规模达30亿并且每年以增长25%的速度递增为了促进塑木行业的发展及与世界的交流，中国塑料加工工业塑木制品专业自2007年3月成立会上就进行了多项WPC研发与生产的学术报告交流。此后与伊始每年均主办国际。2007年11月，首届中国国际塑木复合材料(WPC)发展及现状研讨会在陕西西安召开，来自中国、、、奥地利、墨西哥、等12个国家的200多名代表共同探讨了WPC发展及现状；2008年10月，第二届国际塑木在辽宁沈阳召开，2009年11月第三届国际塑木在深WPC的学习培训班。2010、、年，第四~六届国际塑木分别在江苏、黄石、浙江慈溪召开，行WPC正向更次的方向发展迈进。[29]基材（这部分可供 生物质材P中使用的生物质材料主要是木质材料，它是由纤维素、半纤维素、木质素以及各农业植物纤维的年产量几千万吨以上，木质材料100万吨以上，其它天然纤维也有500~1000纤维素、木质素以及各种抽出物的组成含量各种植物间均有差异，因此，P中，选择不自由能、填充量、粒径、形状、含水量等[31-39，结合实际情况，找出来源丰富、性价比优越的木质材料。木质材料一般根据外形可分为木粉(/Dl~2)、木纤维(/D10)，应根据不同的产品要求PPC20～2001废旧塑我国的表观消费量 年超过 万吨，同年作为原料使用的废弃塑料进口超过700万吨，加上国内每年产生约1000多万吨的废弃塑料（其中大部分已得到不同程度的再生利用）[49]。要高性价格比的塑木复材料，必须首先选择好基体树脂。通常情况下，在树脂中加入木质材料后，其流动性能下降，耐高温能力降低，在有氧气的条件下，200℃左右时木质材料会剧烈发烟，减重510%，产品有明显的烧焦味，色泽变深变黑，性能下降。故一般选用能在200℃以下熔融加工的热塑性塑料为基体，以尽量避免在成型加工过程中植物纤维的热降解。目前基体主要为P、P、PP、PS等。新的塑料成本过高，一般采用废旧、回收塑料。企业应用主要关注回收塑料的分拣、检测，多种废料细分、掺混尽量保证质量稳定、可控。以往我国P主要采用单一木质材料与单一塑料，最近使用回收的多组份废旧塑料和经过表面改性的植物纤维进行混合成型，值得关注。[50]助剂的开偶联生产中为得到综合性能良好的P，通常采用加入偶联剂提高塑料与木粉间界面的相容性。在合适的条件下使用偶联剂，可以提高P的弯曲和拉伸强度两倍左右，提高弯曲模量40％左右，提高冲击强度2～3倍（与测试方法有关），降低吸水率2～4倍以及提高其它性能[52]P中界面粘结强度的三个重要因素，通常太高用量对界面粘结强度有影响，而增大偶联剂平均相对分子质量有利于提高界面连接强度。偶联剂的主链结构也影响界面粘结强度。例如在酸值、平均相对分子质量相同或接近时，E和PEE为主链结构的偶联剂效果优于E和PE[53].润滑塑料中加入生物质材料后，熔体流动性差，挤出生产效率低，加工成本高，制品表面粗WPC改进疏水的聚合物和亲水的木纤维界面的结合状况[54]。一般采用内润滑剂和外润滑剂结合的因为熔体强度低和含有硬脂酸钙（消泡剂），PP和PEWPC[55-57]。聚烯烃和PVC基WPC常用的润滑剂有石蜡、双硬脂酰胺(EBS)、硬脂酸锌(ZnSt)、硬脂酸、脂肪烃蜡、环氧大豆油、氧化聚乙烯等[58]。WPC润滑剂用量大约是一般塑料加工的2倍。EBSZnStWPC1∶1[59]。后来发展EBSZnSt分别与其他不同润滑剂的新复配物，提高功效，降低用量，产品种类更为丰富，用户有更大的选择空间。须的是硬脂酸金属皂会使马来酸酐(MAH)接枝共聚物偶联剂失去偶联作用，润滑剂、偶联剂功效均降低[60,61]ZnSt，避免了ZnSt与偶联剂的[62]。其它助WPC由于某些功能性需要，可选择性加入其它助剂，赋予其相应功能。包括紫外光稳定（UV木纤维的羰基可充当发色基团(老化剂)，对聚合物的老化有加速作用造成复合材料表面UV因此相应的UV助剂和剂成为研究热点。为了提高WPC防老化性能，研究者对气WPC的抗腐蚀作用做了全面详细的研究，得到了一些经验性规律[63-用均不方便，制品轻量化（发泡）是发展趋势。目前发泡WPC占WPC20%左右，使对防火有要求的地方，可添加阻然剂使其符合相应,但同时也使制品力学性能等下降。加工设备的开简单，多采用多层法。现今，塑木复合材料的生产工艺主要以挤出成型为主，其产量合做塑木制品。目前国内外己有系列塑木复合材料 加工设备，如我国的秦川未来塑、uno，的x、visStandrd、rupp、&P、Ente，奥地利的incinnti，德国的Pllmann、iKoForm、u-ffi、rstorf，的E公司等。但这些公司开发的塑木复合材料生产设备也无统一的标准，有的采用锥形双螺杆、有的采用同向平行双螺杆、也有采用异向平行双螺杆挤出机；在加料方式上有的是原料混合后一起加入设备料筒，有的用单螺杆挤出机将塑料熔融后从侧面加入主机；设备结构上，有的是一体的，有的是双阶的挤出机，各有优缺点。近年来，我国的通用塑料挤出设备性能有很大的提高，有的已出口到国外。保持制品的使用性能下提高木质材料填充量，提高挤出量，提高生产塑木材料的[74]0.5m/min提高到2m/min或更高。伴随着更复杂注塑品的出现，PC注塑设备的开发也会成为热点。1.4结塑木工业必将快速进步和发展，世界最先进的行列。参考文献GordonJE.TheNewScienceofStrongMaterials(orWhyYouDon’tFallThroughtheFloor).2nded.[M].PrincetonUniversityPress,Princeton,NJ.1988:179.MarkarianJ.Outdoorlivingspacedrivesgrowthinwood-plasticcomposites[J].PlastAdditCompd,前瞻院.2013-2017年中国塑木复合材料行业深度调研与投资规划分析报告[R].前瞻资SchutJH.ForCompounding,Sheet&Profile:Woodisgood[J].PlastTechnol,1999,3:46-PelikanHD,TitzS.Processforproductionofcellularcavitiesinthermoplasticmaterialinwhichthemediumwhichformsthegasbubblesisboundtoacarrier[P].USPatent: 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