桉木单板和木塑复合材料的现状与发展

【摘 要】本文论述桉木单板和木塑复合材料的现状与发展，提出开发无二次污染的环境友好型复合材料，改善原有人造板释放甲醛等有害气体的缺陷，寻求复合材料的可持续发展，并阐述以南方速生桉（邓恩桉、巨尾桉）、热塑性聚合物薄膜（聚丙烯、聚乙烯）为主要原材料，通过改进优化传统木材胶合板生产工艺，优化原材料处理方法，制备出速生桉/热塑性聚合物复合材料。

【关键词】桉木单板 木塑复合材料 速生桉 聚合物薄膜 制备工艺

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2018）01C-0164-02

木塑复合材料主要由木质材料（植物纤维材料）、塑料以及其他添加剂加工而成，不加入任何含甲醛成分的化学助剂，可以有效地解决甲醛污染的问题。木塑复合材料本身还具有卓越的物理力学性能，满足不同使用环境的要求，因此被作为一种新型、绿色环保型材料，替代无甲醛人造板进行推广。木塑复合材料的研究及发展利用，能克服木材及人造板的一些性能缺陷，如木材的干缩湿胀、人造板的耐水性和甲醛释放等问题，因此合理使用木塑复合材料也是一种有效的木材改性与利用手段。近年来，随着人们环境意识的提高以及国家对环保经济、循环经济的倡导，人们充分认识到保护环境和有效利用资源对实现社会和经济可持续发展的重要性。以木材单板和聚合物薄膜为主要原材料，采用近似传统木材胶合板的制备工艺，制备出木塑复合材料因其具有生态环境友好性，且这种材料的各种物理力学性能已基本接近玻璃纤维增强复合材料，同时可以和传统木质资源人造板相媲美，而被广泛地应用于装饰装修、包装等诸多领域，具有广阔的应用领域和发展前景。

一、木塑复合材料现状与发展

无论是国内还是国外，木塑复合材料的研究主要集中在木粉或者木纤维与各类塑料基体的复合，复合形式也主要采取挤出或模压成型，而对采用传统胶合板热压工艺，以木材单板以及聚合薄膜为主要原材料制备热塑性树脂胶合板的研究还较为少见，而对于以桉木单板为主要木质材料的研究也鲜有报道。

中国林业科学研究院王正教授最先利用热塑性树脂膜与木材单板复合替代传统的脲醛树脂胶粘剂制造复合胶合板，创新木塑复合材料的加工以及利用方式。以聚乙烯（PP）、聚丙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）等回收废旧塑料薄膜和杨木单板制备环保型胶合板，并分析了热压温度、热压时间以及薄膜用量等三个热压工艺条件对杨木胶合板强度和耐水性能的影响，其研究结果表明：当热压温度达到150℃及以上时，杨木胶合板的胶合强度没有明显的增大，热压时间为5 min时，杨木胶合板的胶合强度达到最大值，而随着热压时间的继续增加，胶合强度反而有下降的趋势，研究还表明随塑料薄膜用量的增加，杨木胶合板的胶合强度没有明显的增加。用塑料薄膜直接代替传统胶粘剂使用制备胶合板安全环保，具有很大的发展潜力，但研究者并未对热压压力对复合材料的性能进行研究。

中国林业科学研究院常亮博士以杨木单板、高密度聚乙烯（HDPE）为主要原材料，制备热塑性树脂胶合板，并系统分析了热压时间、热压温度和塑料添加量等复合热压工艺影响因子对杨木热塑性胶合板的胶合性能的影响，通过响应面数学分析方法筛选出的胶合板的最佳工艺复合因子为热压时间3 min、热压温度140℃、塑料添加量0.34 kg/m2。经反复试验证明，胶合板的胶合强度远高于胶合板国家标准II类胶合板的性能使用要求。同时，该课题组的方露博士以HDPE薄膜为木材胶粘剂，基于传统木材胶合板的生产工艺，在改进创新的基础上，与杨木单板复合制备出杨木单板/高密度聚乙烯薄膜木塑复合胶合板，评价了HDPE薄膜的流变和胶黏性能，探讨了改性方法、工艺因子及湿循环老化对木塑复合胶合板物理力学性能及胶接结构的影响。

二、桉树人工林资源和木材利用现状

桉树人工林资源广西占全国首位。我国桉树资源丰富，作为速生材正发挥着越来越大的作用。桉木虽生长快，但在干燥过程中易于严重开裂、反翘、扭曲和皱缩，是一种加工难度较大的木材，加之材性差，因此在加工利用上有一些难度。相对于巨大的种植量，加工利用比较缓慢；只能用于电杆，建筑和细木工、胶合板和单板层积材芯材、垫木货盘、农具、家具及纸浆等用材，其附加值较低。自国家施“天保工程”后。桉树人工林的种植可以保护森林资源，对改善生态环境、促进国民经济和社会可持续发展具有十分重要的意义。

桉树资源丰富，研究如将其用于人造板和家具等行业，不仅会解决人造板和家具行业原材料短缺问题，同时也可以提高桉树的使用价值。但桉树自身也存在着一些缺陷导致其利用价值降低，如干燥和锯解后板材容易翘曲开裂，并且不耐腐，有节疤和虫眼等缺陷。这些缺陷使得目前桉木的高值化利用进程受到阻碍。

随着木材加工技术的进步，无卡旋切机的推广使用，8 cm小径桉木也能旋切出合格单板，并且投资少，见效快。因此两三年时间，以速生桉为原料的旋切单板产业迅速发展，至2009年，全广西旋切单板厂发展到四五千家，安排农村就业4万余人，每年加工桉木600余万m3，为林农增收5亿多元。

三、新型无甲醛聚合物基胶粘剂胶合板的应用

研究和开发出一种应用于胶合板的新型无甲醛聚合物基胶粘剂。该胶粘剂主要由马来酸酐、小的氯原子侧链和高密度聚乙烯等组成，首先将马来酸酐接枝到高密度聚乙烯表面，同时促进聚合物的氯化，制备出胶粘剂。研究结果表明，使用这种胶粘剂制备出的木材胶合板完全满足胶合板国家标准I类胶合板的使用要求。

但国外主要研究木粉与塑料的复合形式，采用挤出注塑等成型工艺方式，对热塑性树脂胶合板的研究较少。国内的学者对热塑性树脂胶合板的研究也局限于杨木和松木等木材，将桉木用于制造热塑性树脂胶合板研究也较少，并且塑料也以聚乙烯PE居多，对高密度聚乙烯和聚丙烯的使用与研究并不多见。与传统的挤出、注塑等工艺制备的木复合材料相比，热塑性树脂胶合板以其优良的性能和环保特性而具有广泛的用途。由于热塑性树脂胶合板性能达到或优于普通胶合板性能，不仅具备木材自然美丽的纹理，也具备普通胶合板不具备的环保性能和良好的耐水性。热塑性树脂胶合板用于室内可以有效解决甲醛释放量超标问题，对居室环境和人体健康均有重要意义。也可用于建筑行业，做建筑混凝土模板、门窗等，用于包装材料可以作为货物托盤等。由于我国的天然林保护政策，胶合板生产所用木材受到很大限制，因此未来热塑性树脂胶合板的发展方向应是以速生林木材为主，尤其是桉木在我国的大力推广种植后，将桉木用于生产热塑性树脂胶合板应是未来发展方向之一。我国在20世纪70年代就提出用塑料代替部分木质材料，目前塑料的广泛应用，使得一次性餐盒、水杯、塑料袋、农作物薄膜等大量塑料垃圾污染着环境。用回收的废旧塑料制造热塑性树脂胶合板不仅能有效地解决白色污染问题，还能为胶合板制造提供廉价的原材料来源。治理垃圾如今已成为全球热门话题，用回收废旧塑料制备木塑复合胶合板也会是将来发展趋势。未来发展趋势应向提高产品附加值方向发展，同时开发多种功能的热塑性树脂胶合板，如阻燃性、抗静电和表面装饰性能等。

不同种类的木质资源可用于制造塑木复合材料。在塑木复合材料方面，常用的木材品种包括松、枫木、橡木。其他的自然纤维像麻、黄麻、亚麻和大米壳也可以使用。在木塑复合材料物理力学方面，不同的木材纤维种类表现作用不同。研究者研究杰克松、火炬松、枫木、橡木四个木材品种在聚丙烯木粉板成型组成的机械性上的影响。硬木木粉提供更高的抗弯强度，比软木面粉有更好的拉伸性能。然而，在使用所有材料中，杰克松的组成复合材料表现出最高的冲击强度。

木塑复合材料中的木质材料可以是木颗粒、木粉、木纤维、各种类型的纸浆以及再生纸产品。木粉颗粒的大小对复合材料的力学性能影响与增容剂相比不明显。两个粒子大小的范围（小于180目和355-425目）的木粉。木材的添加量从0到14%。相比于颗粒较大的木粉，尺寸比较小的木粉则具有更高的弹性模量和静曲强度。这主要是由于木粉的尺寸比较小，二者的界面结合性能好。木粉的效果大小复合材料的力学性能也被研究。木粉的粒径有四个范围：53-75目、106-150目、180-250目和425-600目。木材添加量固定在40%。他们的研究结果表明，强度和弹性模量的拉伸试验和弯曲试验最大化的粒径约250目。使用的热塑性塑料材料应该有一个熔化或软化温度不到木材的热降解温度（约210℃）。常用的热塑性塑料材料包括PE、PP、聚氯乙烯（PVC）和聚苯乙烯（PS）。未经利用的和可以使用回收的塑料能够被使用。

四、小结

我国拥有丰富的桉木资源，如果将其大量用于人造板和家具行业，不仅能解决人造板行业和家具行业木材原料匮乏的问题，也能提高桉木的利用价值和经济效益。在澳大利亚，桉木历来就是高档家具和建筑装修材料的首选材料。桉木的色泽颜色美丽，纹理交错可用于家具制造、建筑装修用材和人造板生产等。目前，桉木在我国这些行业的使用并不普遍，這也使得桉木的实木利用化具有很大的发展潜力。如何充分合理地利用我国的桉木资源显得尤为重要。针对不同的桉木资源，根据其材性特征研究制定出不同的加工工艺和生产技术加工制造成不同的工业产品具有重大的社会经济和环境效益，以最大限度地提高桉木的使用有很大的研究价值。木塑复合材料越来越引起人们的广泛关注，市场的需求刺激了木塑复合材料的研究与发展，如何创新木塑复合材料的应用以及加工方式，同时合理有效地利用我国丰富的速生桉资源，其研究具有十分重要的意义。

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【作者简介】韦文榜（1980— ），男，广西柳州人，博士，广西生态工程职业技术学院副教授，高级工程师。

（责编 苏 洋）