生物质木塑环保材料的研发和生产是在国家提倡节能减排，发展绿色循环经济的政策下应运而生的。该产品是以废旧塑料和木材加工边角料、废弃植物纤维等为原料，在特定的生产工艺条件下加工而成的环保材料。产品在生产和使用过程中，不会向周围环境散发危害人体健康的有毒气体，产品具有类似木质的外观，但比木材尺寸稳定性好，不会产生裂缝、翘曲，且无木材疤痕，有类似木材的二次加工性，可切割、粘贴、用钉子或螺栓连接固定。比塑料硬度高，具有热塑性材料的加工性，能百分之百回收再利用，有利于环境保护。产品耐虫蛀、耐老化、耐腐蚀，吸水性小，不会吸水变形，使用寿命长。生物质木塑环保材料还具有轻质、保温、隔音、抗震、防火等特性。在减少环境污染，保护森林资源，促进经济发展方面都有很好的经济效益、社会效益和生态效益，在全球范围内包括中国市场均有巨大的潜力。

      生物质木塑环保材料的成型方法为挤出成型。涉及的关键核心技术主要包括以下8方面内容。

      1、木粉的表面处理和界面相容问题

      木纤维是由纤维素、半纤维素、木质素及少量提取物构成，是一种不均匀的各向异性天然高分子材料。木粉表面有大量的亲水性的极性羟基和酚羟基官能团，极性很强，而热塑性塑料多数为非极性的，具有疏水性，两者之间存在着较高的界面能差，因此两者之间的相容性较差，界面的粘结力很小，通常需使用适当的添加剂来改性聚合物和木粉的表面，以提高木粉与树脂之间的界面亲和能力。已有大量的实验表明，聚合物在填充天然纤维后，复合材料的抗冲击强度明显下降，其他力学性能也有不同程度的下降。而通过改善木塑复合材料的两相界面，可以改善复合材料的力学性能。因此，木塑复合材料挤出成型的关键技术之一是如何使亲水的木材表面与疏水的聚合物大分子界面之间形成良好的相容性，保证木粉表面层与聚合物的表面层分子之间融合，从而复合成比单一材料性能优良的复合体系。

      2、加料问题

      由于加入的木质纤维大部分为粉料, 而木粉结构蓬松，不易对挤出机螺杆喂料，同时塑料基体与填充填料之间并不能形成理想的混合体并均匀一致地加入到挤出机中，这不可避免地会出现“架桥”和“抱杆”现象。特别是木粉中含有较多的水分时，这一现象就更为明显。加料的不稳定不仅直接导致挤出产量低，还会使挤出出现浪涌式的波动现象，造成挤出质量降低。同时由于加料中断，物料在机筒内停留时间延长导致物料烧焦变色，影响制品的内在质量和外观。因此必须对加料方式和加料量作严格的控制。

      3、配方体系和加工工艺

      高填充量木粉在熔融的热塑性塑料中分散效果差, 常以某种聚集状态的形式存在，使得熔体流动性差,挤出成型加工困难，需加入处理剂来改善流动性以利于挤出成型。同时，塑料基体也需要加入各种助剂来改善其加工性能及其成品的使用性能，因此，木塑复合材料的挤出成型配方很复杂。配方的复杂性也决定了木塑复合材料的挤出成型工艺的复杂性，包括原料的混合、挤出造粒、挤出成型以及后处理等，工艺参数的影响包括，挤出温度、挤出转速、挤出压力、牵引速度等。

      4、挤出过程中的排气问题

      木塑复合材料挤出成型对挤出机的排气要求很严格，这是因为木粉中所带有的小分子挥发物质和水分极易为制品带来缺陷，而前处理又无法完全清除这些小分子挥发物和水分。所以木塑复合材料挤出机排气系统的设计要比普通塑料挤出机较复杂，甚至还要进行多阶排气。在很大程度上，排气效果越好，挤出制品质量也越好。

      生物质木塑环保地板挤出成型除了具备普通木塑复合材料挤出成型的加工难点外，还有该新产品新技术自身带来的技术难点，主要包括：

      5、材料设计问题

      生物质木塑环保地板的配方体系包括聚氯乙烯、木粉、热稳定剂、增塑剂、润滑剂、偶联剂、抗氧剂等十多种成份，配方体系中每种成份的含量对复合材料的性能均有影响，如何确定各组分之间的合理配比是制备生物质木塑环保地板的关键技术和难点技术。

同时，硬质聚氯乙烯加工难度大，当加入高比例的木粉时，流动性变得更差。在加工过程中受机械剪切力作用，激烈的内摩擦导致物料产生大量内热，使加工温度难以控制。这就需要从改善物料的加工性能和成型设备设计双方面来克服。

此外，生物质木塑环保地板采用复合材料夹层结构的构造形式，芯层材料的选取，并实现两层面板与中间芯材有效地结合，是制备高性能、高强度以及良好的建筑使用功能的关键技术之一。

      6、一步法挤出成型与混合塑化质量的矛盾

      生物质木塑环保地板的配方体系属于多物料多组分体系，不同物料表面相容性差，流动性差，如何保证这种多种组份材料的混合均匀性和一致性是本项目的难点之一。此外，本项目开发的生物质木塑环保地板采用的是一步法挤出成型，省掉了造粒等中间过程，提高了挤出效率，节约了生产成本，但这无疑会带来原料混合、塑化质量差等不利因素，这些不利因素最终会加大产品的成型难度，并最终影响产品的质量问题。因此，一步法挤出成型对成型设备和配方体系提出了更高的要求，首先要从挤出设备上解决一步法带来原料流动性能差，塑化质量差的技术难点。

      7、大截面尺寸异型材机头的结构设计

      本项目开发的生物质木塑环保地板属于大截面尺寸的异型材产品，技术难度也远超国外，这无疑增加了本项目的开发难度，特别是异　型材机头的结构设计。如何保证机头内三维流动方向上流速的均匀性，温度场、压力厂的均布，芯部冷却水道的合理高效布置以及内部加强筋的质量控制问题都是本课题的技术难点。

      8、阻燃防火性能

      热塑性塑料和木粉均为碳氢化合物，在遇明火或在加热的情况下均可燃烧，因此木塑复合材料易于燃烧，这大大限制了其应用。生物质木塑环保地板属于室内建筑产品，因而如何防止易燃有机保温材料引发建筑火灾问题，是该新型产品能否存亡的关键技术问题。在满足产品质量的同时，必须满足国家的防火阻燃要求。因此，在满足产品力学性能和环保要求的同时，最大程度提高产品的阻燃性能，并最大程度降低产品成本也是本项目的难点之一。

      目前对聚合物进行阻燃采用最广泛的阻燃剂为卤素阻燃剂，该类阻燃剂阻燃性能优越，用量少。但是该类阻燃剂在材料燃烧时会形成有毒或有腐蚀性的物质，因此应用受到限制。无卤阻燃体系中对环境和人体几乎没有危害的当属填料型阻燃剂，如氢氧化铝和氢氧化镁。

      其作用机理是在受热时分解产生水，从而吸收热量。它们的阻燃机理为在裂解过程中，加入的填料发生吸热脱水反应，通过填料的脱水吸收热量而达到阻燃的目的。由热力学参数计算可知，氢氧化铝吸收的热量高达1.20MJ/kg，而氢氧化镁高达1.42MJ/kg。尽管该类阻燃剂属于最环保型的阻燃剂，但是用填料型阻燃剂阻燃聚合物材料时，其用量很大，往往要求在100份以上甚至更高。对于已经填充大量木粉的生物质木塑环保地板来说，高添加量的无卤阻燃体系极大降低了配方体系的流动性能和加工性能，增加了该项目的成型难度。

      生物质木塑环保材料性能

      生物质木塑环保地板主要组分为木材和塑料，此外为改善其加工性能和产品使用性能，还应加入各种加工助剂(如润滑剂、相容剂、偶联剂、防老化添加剂)等。

      木材和塑料

      木材是木塑复合材料的主要成分，一般均采用粉碎工艺制成木粉使用，并以利用废弃木材及加工剩余边角料为主，此外，其它非木植物纤维材料如:农作物秸秆(麦秸、稻秆)、稻壳、甘蔗渣和麻纤维等也可。塑料则主要以通用塑料为主，最常用的是聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯三种。制作生物质木塑环保地板主要使用的是聚氯乙烯。在塑料的选用上从环保以及经济方面考虑以选择废旧回收塑料为宜。在木

塑复合材料的组成中，木纤维与塑料的比例将直接影响产品的加工使用性能及成本。从发展方向看应用高木塑比的木塑复合材料是未来的研究开发方向。

      加工助剂

      为改善木塑复合材料的加工性能，应在木塑复合材料中加入各种加工助剂，其目的是可以改善材料的加工流动性和混合均匀性，使产品易于挤出或注射成型加工。一般加工助剂为润滑剂，如石蜡、硬脂酸、各种脂肪酸盐或酯等。

      相容剂

      为改善木材与塑料复合材料界面相容性，提高材料性能的助剂。主要有各种偶联剂和高分子反应相容剂。偶联剂有硅烷偶联剂、酞酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂。高分子反应增容剂为各种羟酸(酐)基改性高分子，如丙烯酸改性的，或马来酸酐改性的聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯。

      稳定剂

      由于聚氯乙烯熔融温度和分解温度接近，受热易分解，所以需要添加一些加工稳定剂，常用的加工稳定剂为复合铅盐稳定剂。

      防老剂

      由于木纤维和塑料在加工和使用过程中易发生老化现象，故应添加各种防老剂。如抗氧化剂可防止空气中的氧与木塑复合材料作用而性能下降，并提高木塑复合材料的抗热氧化性。另外，还应加入各种紫外光吸收剂如UV-9和UV-531，或者并用炭黑和钛白粉，提高材料的抗紫外光能力。

      阻燃剂

      热塑性塑料和木粉均为碳氢化合物，在遇明火或在加热的情况下均可燃烧，因此木塑复合材料易于燃烧，这大大限制了其应用。通过添加无卤素阻燃剂，实现高效无毒无害助燃效果。无卤阻燃体系中对环境和人体几乎没有危害的当属填料型阻燃剂，如氢氧化铝和氢氧化镁。其作用机理是在受热时分解产生水，从而吸收热量。它们的阻燃机理为在裂解过程中，加入的填料发生吸热脱水反应，通过填料的脱水吸收热量而达到阻燃的目的。

      此外，还可加入各种抗菌剂、防霉剂和阻燃剂以赋予木塑复合材料特殊性能。