生物質木塑環(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)濟的政策下應運而生的。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。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。生物質木塑環(huán)保材料還具有輕質、保溫、隔音、抗震、防火等特性。在減少環(huán)境污染，保護森林資源，促進經(jīng)濟發(fā)展方面都有很好的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益，在全球范圍內包括中國市場均有巨大的潛力。

      生物質木塑環(huán)保材料的成型方法為擠出成型。涉及的關鍵核心技術主要包括以下8方面內容。

      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、木質素及少量提取物構成，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，極性很強，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，界面的粘結力很小，通常需使用適當?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。已有大量的實驗表明，聚合物在填充天然纖維后，復合材料的抗沖擊強度明顯下降，其他力學性能也有不同程度的下降。而通過改善木塑復合材料的兩相界面，可以改善復合材料的力學性能。因此，木塑復合材料擠出成型的關鍵技術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，從而復合成比單一材料性能優(yōu)良的復合體系。

      2、加料問題

      由于加入的木質纖維大部分為粉料, 而木粉結構蓬松，不易對擠出機螺桿喂料，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，造成擠出質量降低。同時由于加料中斷，物料在機筒內停留時間延長導致物料燒焦變色，影響制品的內在質量和外觀。因此必須對加料方式和加料量作嚴格的控制。

      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，木塑復合材料的擠出成型配方很復雜。配方的復雜性也決定了木塑復合材料的擠出成型工藝的復雜性，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、擠出轉速、擠出壓力、牽引速度等。

      4、擠出過程中的排氣問題

      木塑復合材料擠出成型對擠出機的排氣要求很嚴格，這是因為木粉中所帶有的小分子揮發(fā)物質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。所以木塑復合材料擠出機排氣系統(tǒng)的設計要比普通塑料擠出機較復雜，甚至還要進行多階排氣。在很大程度上，排氣效果越好，擠出制品質量也越好。

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

      5、材料設計問題

      生物質木塑環(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木塑環(huán)保地板的關鍵技術和難點技術。

同時，硬質聚氯乙烯加工難度大，當加入高比例的木粉時，流動性變得更差。在加工過程中受機械剪切力作用，激烈的內摩擦導致物料產(chǎn)生大量內熱，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備設計雙方面來克服。

此外，生物質木塑環(huán)保地板采用復合材料夾層結構的構造形式，芯層材料的選取，并實現(xiàn)兩層面板與中間芯材有效地結合，是制備高性能、高強度以及良好的建筑使用功能的關鍵技術之一。

      6、一步法擠出成型與混合塑化質量的矛盾

      生物質木塑環(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目的難點之一。此外，本項目開發(fā)的生物質木塑環(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)品的質量問題。因此，一步法擠出成型對成型設備和配方體系提出了更高的要求，首先要從擠出設備上解決一步法帶來原料流動性能差，塑化質量差的技術難點。

      7、大截面尺寸異型材機頭的結構設計

      本項目開發(fā)的生物質木塑環(huán)保地板屬于大截面尺寸的異型材產(chǎn)品，技術難度也遠超國外，這無疑增加了本項目的開發(fā)難度，特別是異　型材機頭的結構設計。如何保證機頭內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部加強筋的質量控制問題都是本課題的技術難點。

      8、阻燃防火性能

      熱塑性塑料和木粉均為碳氫化合物，在遇明火或在加熱的情況下均可燃燒，因此木塑復合材料易于燃燒，這大大限制了其應用。生物質木塑環(huán)保地板屬于室內建筑產(chǎn)品，因而如何防止易燃有機保溫材料引發(fā)建筑火災問題，是該新型產(chǎn)品能否存亡的關鍵技術問題。在滿足產(chǎn)品質量的同時，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)品成本也是本項目的難點之一。

      目前對聚合物進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，因此應用受到限制。無鹵阻燃體系中對環(huán)境和人體幾乎沒有危害的當屬填料型阻燃劑，如氫氧化鋁和氫氧化鎂。

      其作用機理是在受熱時分解產(chǎn)生水，從而吸收熱量。它們的阻燃機理為在裂解過程中，加入的填料發(fā)生吸熱脫水反應，通過填料的脫水吸收熱量而達到阻燃的目的。由熱力學參數(shù)計算可知，氫氧化鋁吸收的熱量高達1.20MJ/kg，而氫氧化鎂高達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，增加了該項目的成型難度。

      生物質木塑環(huán)保材料性能

      生物質木塑環(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)濟方面考慮以選擇廢舊回收塑料為宜。在木

塑復合材料的組成中，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)展方向看應用高木塑比的木塑復合材料是未來的研究開發(fā)方向。

      加工助劑

      為改善木塑復合材料的加工性能，應在木塑復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，故應添加各種防老劑。如抗氧化劑可防止空氣中的氧與木塑復合材料作用而性能下降，并提高木塑復合材料的抗熱氧化性。另外，還應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氫化合物，在遇明火或在加熱的情況下均可燃燒，因此木塑復合材料易于燃燒，這大大限制了其應用。通過添加無鹵素阻燃劑，實現(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屬填料型阻燃劑，如氫氧化鋁和氫氧化鎂。其作用機理是在受熱時分解產(chǎn)生水，從而吸收熱量。它們的阻燃機理為在裂解過程中，加入的填料發(fā)生吸熱脫水反應，通過填料的脫水吸收熱量而達到阻燃的目的。

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