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1、木塑复合材料的生态学效应 作者：池冰 专业：林学院 林业硕士 学号：S20136511 指导老师：操国兴摘 要：木塑复合材料(WPC)具有比单独的植物纤维和塑料产品的双重优点，是木质资源材料的理想代用品，具有显著的生态学效应。从固体废弃物中分离出木材和塑料进行复合，不仅可以减缓废弃木材和塑料对城市环境的潜在污染，同时可以对绿色生态系统的建立及林业可持续发展起到推动作用。本文对木塑复合材料的原料、特点及户外应用等方面进行了详细地阐述，提出了实现木塑复合材料生态建设的措施。关键词：木塑复合材料；原料；生产工艺；产品种类；生态学建设Effect of ecology on wood-plastic
2、compositesAuthor: Chi Bing Major: College of forestry Master of Forestry Student Number: S20136511 Adviser: Cao Guoxing Abstract: Wood plastic composites(WPC) is better than single plant fibers and the advantages of plastic products and an ideal substitute for wood resource materials due to the sign
3、ificant effect of ecology . Wood plastic composites is compounded by the solid waste out of the wood and plastic composite, it can not only slow down the waste wood and plastic potential of urban environmental pollution, as well as to the establishment of a green ecological system and promote forest
4、ry sustainable development. The raw material of wood plastic composites characteristics and outdoor application aspects are elaborated, the implementation measures of wood plastic composite about the ecological construction are proposed. Keywords: wood plastic composites; raw materials; outdoor appl
5、ications; ecological construction随着人们对环境资源重视程度的提高，以废旧物资回收和资源综合利用为核心的循环型经济发展模式已成为世界经济发展的趋势。大力开发资源循环利用技术，将对国民经济发展、生态环境、林业可持续发展产生深远影响。而利用废旧塑料和木制纤维生产的木塑复合材料制品是近年来才出现的新型绿色环保材料。木塑复合材料（Wood-Plastic Composites，简称WPC）主要由利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等热塑性树脂，代替通常的树脂胶粘剂，与木粉、竹粉、农作物秸秆等植物纤维按一定比例混合，并加入适当的填料和添加剂，再经挤出、模压、注射成型等加工工艺，生
6、产而得板材或型材1。1 木塑复合材料的原料1.1 植物纤维1.1.1 木材加工废料近年来，随着经济的发展，人民生活水平的提高，在建筑、装修等行业中产生了大量的木材废料。而现今，木材资源的短缺已经开始制约我国木材工业的进一步发展。所以，合理有效地对回收的木材废料进行重加工是节约木材的有效途径之一。木塑复合材料的出现，不但使木材加工废料得到合理利用，而且大大节约了木质资源2。对于创建节约型社会、发展循环经济具有重要的意义。1.1.2 竹材由于全球森林资源锐减，世界各国出于环保目的，纷纷限伐、木材的产量逐年降低，迫使各国努力寻求木材的替代品，争相开发非木质板材。而且随着社会和经济的发展，科技技术日新
7、月异，我国的木材工业得到了飞速的发展，但森林资源的严重不足与蓬勃发展的市场需求这一矛盾显得更加的突出和明朗。为了能够有效地缓减这一供需矛盾，加快我国竹材产业的发展，能够有效地缓减这一矛盾。1.1.3 农作物秸秆我国是农业大国，农作物秸秆产量大、分布广、种类多，长期以来一直是农民生活和农业发展的宝贵资源。于旻等3利用麦秸秆纤维与聚丙烯基体复合，采用复合处理法对麦秸秆纤维进行表面处理，用熔融共混、模压成型方法制备麦秸秆/废弃PP木塑复合材料。利用农作物秸秆生产出高性能的木塑复合材料，为提高农作物秸秆利用率开辟了新的途径4-5。通过对农作物秸秆的利用，不仅有效减少生态环境的污染，同时能够为农民增加收
8、入，提高其经济价值。1.1.4 花生壳我国是花生生产大国，年副产花生壳400万t，占花生果的30%左右，除少部分用作饲料和燃料外，大部分被白白扔掉，造成资源的极大浪费。据报道，花生壳的最大成分是粗纤维，含量65.7%79.3%6。对花生壳综合开发利用进行了多领域研究，如农用肥料、饲料、食品、胶粘剂、活性炭等，其中将花生壳作为复合材料的原料也取得了可喜的进展。1.2 废旧塑料1.2.1 塑料成本的控制塑料主要分为热固性塑料和热塑性塑料两种，生产中常将热塑性塑料用于木塑复合材料的生产。与普通的人造板生产工艺相比，木塑复合材料的生产工艺多样且操作简单，可采用挤出、模压、注塑等生产工艺。在实际生产工程
9、中，原料的生产成本是作为产品利润率评估的重要因素。为了控制原料成本，主要通过增大原料中植物纤维的含量、减小木塑复合材料的密度、合理利用废旧塑料等方法来加以改善7-11。1.2.2 废旧塑料供过于求，环境问题突出据不完全统计，我国塑料制品年产量为2500万吨，按20%可回收量计算，一年应回收废弃塑料约500万吨，而2012年的实际回收量只有200万吨，废旧塑料制品的回收任重道远。目前，主要采用焚烧和填埋的方法来处理废旧塑料，这两种方法存在着较大的缺点。其中，焚烧法处理对焚烧炉要求较高，而且在焚烧过程中会产生大量有毒的气体而对大气环境造成二次污染。填埋也有明显的缺点，如塑料废弃物由于密度小占用空间
10、体积大；塑料废弃物难以降解，填埋后将成为永久垃圾；塑料中的添加剂析出后还会污染土壤和水体资源。为了从根本上防治废旧塑料的污染，科技人员已经研制出可降解塑料。1.2.3 废旧塑料回收途径新尝试可降解塑料主要有光降解塑料、生物降解塑料、光-生物联合降解塑料12。但是由于产量有限且价格较高，不可能在短时间内广泛推广使用，因此如何综合利用废旧塑料，防治废旧塑料污染的研究便成为了热点13。在2012年度国家科学技术奖励大会上，东北林业大学主持完成的一项新技术可将它们变废为宝，制成耐水、耐腐、无甲醛的“生态木”，用来做地板、家具，由东北林业大学王清文教授领衔申报的“木塑复合材料挤出成型制造技术及应用”项目
11、获得国家科技进步二等奖。这一重大的研究突破，为废旧塑料的回收利用提高了重要的途径，且可有效缓解因资源结构不合理导致的生态环境污染。2 木塑复合材料的生产工艺在木塑复合材料工业化生产中，主要通过热压、挤出、注塑等生产木塑复合材料。2.1 热压成型工艺此工艺可生产一定规格的不连续板材，加工工艺类似于中密度纤维板的成型工艺。热压成型工艺过程，如下图。 塑料颗粒清洗干燥 施胶铺装热压冷却成品 植物纤维干燥改性2.2 挤出成型工艺挤出机和压机联用的一种挤出和加压的同步工艺。其成型的板材长度要大于热压成型的板材，制品综合性能优于挤出工艺的板材制品，如下图。 塑料颗粒清洗干燥 配方混合混炼挤出热压成品 植物
12、纤维干燥改性2.3 注塑成型工艺这种成型工艺是将原料加热到固化状态然后经压力由注塑机注入到模具，从而得到产品。注塑成型工艺过程，如下图。 塑料颗粒清洗干燥 配方混合混炼注塑成品 植物纤维干燥改性3 木塑复合材料与普通人造板材的区别随着社会的不断进步，人们的健康意识逐渐加强，同时也对木质结构产品提出了更高的要求。一般来讲，人造板材主要是指利用木质纤维、刨花或单板等与胶黏剂（脲醛树脂、酚醛树脂等）复合，经热压成型工艺制备而成14。其实，严格意义上讲，木塑复合材料属于人造板的一种。但是，普通的人造板多采用含甲醛类的树脂胶进行生产，会存在甲醛残留甚至超标，而木塑复合材料生产过程中则不会产生甲醛。3.1
13、 普通人造板的最大缺点是释放甲醛甲醛的释放不仅对环境有污染，同时会严重危害人体健康。当甲醛浓度在每立方米空气中达到0.060.07mg/m时，儿童就会发生轻微气喘；当室内空气中甲醛达到0.1mg/m时，就有异味和不适感；甲醛达到0.5mg/m时，可刺激眼睛，引起流泪；甲醛达到0.6mg/m，可引起咽喉不适或疼痛。浓度更高时，可引起恶心呕吐，咳嗽胸闷，气喘甚至肺水肿；甲醛达到30mg/m时，会立即致人死亡。3.2 木塑复合材料成本低利润空间大木塑复合胶合板生产与普通胶合板非常近似，因此在基建投资和设备投资上相差无几，其生产成本的差别主要体现在胶粘材料上，前者使用塑料作为胶粘材料，而后者使用胶粘剂
14、。木塑复合胶合板的目标是室内用胶合板，因此与相同用途的UF树脂胶合板进行对比，前者几乎无甲醛的胶合板材料可以作为高档室内装饰材料、家具材料及包装材料。3.3 木塑复合材料的缺点木塑复合板解决了塑料、木材行业废弃物资源再利用的问题，其主要特点是原料资源化、产品可塑化、使用环保化、成本经济化、回收再生化、耐水性好、强度高。相对于普通人造板，木塑复合板具有更好的尺寸稳定性及表面强度大、材质均匀。但是木塑复合材料也有缺点：(1)密度高，通常为木材的24倍；(2)产品的安装费用相对较高(由于复合材料的密度较大，在组装时需要使用射钉枪或自攻螺钉)；(3)耐热性和耐紫外线能力较差；(4)制品的硬度和载荷能力
15、较木材差。4 木塑复合材料的产品种类4.1 建筑木塑复合材料有一定力学强度，并且防潮、防腐蚀、防霉性能与塑料相似、聚氯乙烯木塑材料的密度较大，实心WPC的密度也较高。而且，它的全方位环保特性，可以大量在建筑上使用，比如：建筑外墙、公共场合的地板等等。4.2 物流木塑复合材料采用回收塑料，可有效缓解废弃塑料对环境造成的“白色污染”。该产品废弃后可以回收利用，作为木塑复合刨花板及挤出型木塑复合材料的原料。因此，该产品的产业化发展是有利于环境保护和我国工业的可持续发展。木塑复合材料良好的加工性能、良好的强度性能并且具有耐水、耐腐性能，使用寿命长等优点，被广泛应用于物流上，比如：托盘等。4.3 交通木塑复合材料有优良的可调整性能、耐寒、隔热、绝缘且具有紫外线光稳定性、着色性良好，在交通领域得到迅速发展，比如人造小廊桥、路面、栏杆等。实木在户外受到的环境影响因素有：真菌或白蚁等的腐蚀；紫外线和湿度的侵袭，气候如冰冻-解冻等的影响15，相比之下，木塑复合材料的耐久性能更好。主要是由于木塑材料加工过程中，塑料能较好的包覆植物纤维表面，从而有效地阻隔氧气、水
