木塑复合材料发展概论

1前言

传统设计中材料的选择主要考虑材料的物理力学性能、产品的功能结构要求、安全性等产品使用的工作环境等因素的影响，往往很少考虑对环境的污染问题，因而导致一系列的环境问题。资源危机和生态问题引发的全世界对可持续发展和保护生态环境研究的热潮，许多满足环保要求的新材料如雨后春笋般涌现，木塑复合材料（wood-plasticcomposites,缩写为WPC）作为一种真正的绿色产品已成为代塑代木的最佳选择。木塑复合材料是指由热塑性塑料（主要是PE、PP、PS等聚烯烃和PVC，包括新料、回收料和二者混合料）与木质纤维（主要有废木粉、刨花、锯木，植物纤维为粉碎处理过的稻杆、花生壳、椰子壳、甘蔗、亚麻、泽麻、黄麻、大麻等）作原料混合，加入各种助剂，通过挤出、模压、注射等工艺生产出来的一种环保型产品。木塑复合材料集木材和塑料的优点于一身，不仅有像天然木材那样的外观，而且克服了其不足，具有防腐、防潮、防虫蛀、尺寸稳定性高、不开裂、不翘曲等优点，比纯塑料硬度高，又有类似木材的加工性，可进行切割、粘接，用钉子或螺栓固定连接，可涂漆。它经挤出或压制成型为型材、板材或其他制品，可替代木材和塑料。作为一种新型绿色材料，木塑复合材料在当今社会具有非常广阔的应用前景，可被用于包装物流、园林、建筑、家装、家具等领域。

2国外研究与应用现状

20世纪80年代，使用1：1的木粉和聚丙烯PP混合而成的wood-Stockor木塑复合材料在意大利崛起，凭借其价格低廉、强度好、硬度高的独特优势，成为Ford汽车的内衬板材，至今依然被广泛使用。近年来，国外的木塑制品和产品在生产技术和研究应用方面又更上一层楼，在改性塑料中提高木粉的含量在近年更是有了越来越快的发展。日本知名“爱因木”就是该类产品的最佳代表产品。日本从环境和商业角度出发，一直致力于产品设计和材料处置、加工及装配等过程的绿色化生产与制造。因此日本的木塑技术发展飞快，其爱因木产品凭借其高端的定位、高附加值的优势在世界上取得了诸多专利。加拿大的协德公司采用挤出或热压工艺开发出与此类似的木塑制品；奥地利辛辛那提公司采用先进的挤出工艺开发出各种形式和结构的木塑板材制品；韩国的大山株式会社利用挤压联用工艺开发出了木塑板材制品；美国的一些公司也正积极开发和推广木塑产品。2004年，木制托盘被有些国家禁止使用，木塑托盘便大展身手，缩小了木托盘的生存空间；混凝土枕轨被木塑轨枕取代，各国都很中意这一产品，美国已经初步少部分的投入使用。2010年2月英国的木塑复合材料制造商Tech-Wood推出其木塑新产品Tech-Plank，此款新型墙板比传统纤维增强水泥墙板强度更高、重量更轻（降低35%），可循环使用，更富经济性，主要瞄准北美的住宅建筑市场。木塑复合材料产品在西方发达国家已基本实现了产业化，其典型产品是轿车内衬件，诸如美国的Ford和通用、德国的大众和奔驰、日本的本田和丰田、瑞典的沃尔沃等公司的诸多汽车的门护板、后搁板、仪表板骨架、行李箱衬垫等都不同程度地使用了木塑复合材料。

3国内研究与应用现状

我国对木塑复合材料的开发研究起步比较晚，在这方面的开发和研究只是近10年的事情。与国外相比，我国对木塑复合材料的开发及应用差距还是很大。国家已经意识到差距并对WPC的开发和研究加大了投入，2002年国家科技部“863”项目和国家林业局“948”计划将木塑复合材料列入了生物质重组课题；2001～2007年国家发改委将木塑复合材料项目列入“国家高科技产业化新材料专项”；北京奥组委早在2006年9月就推荐WPC作为部分场馆、设施建设的专用材料；北京奥运会世奥森林公园破例为WPC指定了一处近2000m的空地搭建实验建筑，目前上海世博会也开始采用WPC作为建设用材。我国木塑复合材料主要用于建筑领域的门窗产品、塔式建筑的太阳能屏幕等，包装范围的托盘等，园林领域的公园长椅、花盆花架、桥梁、亭廊、标牌等。在汽车等工业领域中的应用相对很少，这与国外距离相差较大。当今我国一些厂家对国外普遍采用的木塑复合材料制成的轿车内衬件的需求量愈来愈旺盛，为木塑复合材料的应用提供了无限光明的前景和空间。

4木塑复合材料各应用领域专利现状

国家知识产权局专利检索与服务系统的专利文献数据，以公开的专利申请中，涉及木塑复合材料的有3119篇，其中对于常见的木塑复合材料应用领域，涉及层状材料的有942篇、地板的有559篇、防火应用的有167篇、桌椅的有93篇、托盘的76有篇。以下引用专利文献中记载的内容对复合材料应用发展现状进行详细介绍：中国专利ZL201410044031.7公开了一种木塑地板。包括平衡层、设置在所述平衡层上的基材、设置在所述基材上的强韧层、设置在所述强韧层上的装饰层和设置在所述装饰层上的耐磨层。其中基材包括一定比例的聚氯乙烯和改性植物粉。将得到的基材与平衡层、强韧层、装饰层和耐磨层结合，得到具有抗菌抗病毒作用的木塑地板。中国专利ZL2014100578933公开了一种木质装饰板贴面的木塑复合材料及其制备方法。木质装饰板贴面的木塑复合材料是由木塑复合板材、无纺布、木质装饰板和木材胶黏剂制成或是由木塑复合板材、无纺布和木质装饰板制成。将木塑复合板材或木质薄木表面覆上无纺布，然后再用胶黏剂将薄木粘贴在木塑复合板材的上、下两面。无纺布的细纤丝有利于均匀施胶和形成胶钉，提高胶合强度；对无纺布进行偶联剂接枝处理可以提高极性薄木与非极性塑料之间的胶合强度；涂胶后晾置一段时间有利于水分散发，减少热压时水蒸气过多造成薄木鼓泡；与木塑复合板组合后预压有利于胶黏剂对薄木表面的润湿和渗透，提高胶合强度。中国专利ZL2014106183985公开了一种防火阻燃PVC木塑复合材料及其制备方法。采用了一定配比的PVC、锯末粉、糯米粉、高铝粉、钡锌复合稳定剂、季戊四醇硬脂酸酯、硅酸铝纤维、蓖麻油、三聚磷酸铝、聚乙烯蜡、AC发泡剂、乙酰柠檬酸三丁酯、发泡调节剂和复合助剂，使制得的木塑复合材料有良好的机械性能和防火阻燃性能，增加了使用的安全性，适用于各种场合的使用；并且通过添加复合助剂，使产品具有优异的抗菌性、抗老化性和抗蠕变性，质量稳定，使用寿命长。中国专利ZL2012103997075公开了一种木塑复合托盘及其制备方法。采用一定比例的高密度聚乙烯、共聚型聚丙烯、改性木粉以及助剂注射成型制得托盘，降低了成本，并且该托盘具有良好的机械性能，可锯、可刨、可钉，耐用性好，可回收利用，不怕虫咬，抗酸碱，耐老化，不易吸水，不易变形。现在全球都在提倡低碳经济，倡导低排放、低污染、低消耗的原则，利用废弃塑料和废弃木料生产木塑复合材料，既缓解了急剧上升的木材原料的供需矛盾，又利于环保，符合国家大力提倡对废弃物进行回收利用的方针政策。

作者：靳艳英 单位：国家知识产权局专利局