桉木單板和木塑復合材料的現狀與發展

【摘 要】本文論述桉木單板和木塑復合材料的現狀與發展，提出開發無二次污染的環境友好型復合材料，改善原有人造板釋放甲醛等有害氣體的缺陷，尋求復合材料的可持續發展，并闡述以南方速生桉（鄧恩桉、巨尾桉）、熱塑性聚合物薄膜（聚丙烯、聚乙烯）為主要原材料，通過改進優化傳統木材膠合板生產工藝，優化原材料處理方法，制備出速生桉/熱塑性聚合物復合材料。

【關鍵詞】桉木單板 木塑復合材料 速生桉 聚合物薄膜 制備工藝

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）01C-0164-02

木塑復合材料主要由木質材料（植物纖維材料）、塑料以及其他添加劑加工而成，不加入任何含甲醛成分的化學助劑，可以有效地解決甲醛污染的問題。木塑復合材料本身還具有卓越的物理力學性能，滿足不同使用環境的要求，因此被作為一種新型、綠色環保型材料，替代無甲醛人造板進行推廣。木塑復合材料的研究及發展利用，能克服木材及人造板的一些性能缺陷，如木材的干縮濕脹、人造板的耐水性和甲醛釋放等問題，因此合理使用木塑復合材料也是一種有效的木材改性與利用手段。近年來，隨著人們環境意識的提高以及國家對環保經濟、循環經濟的倡導，人們充分認識到保護環境和有效利用資源對實現社會和經濟可持續發展的重要性。以木材單板和聚合物薄膜為主要原材料，采用近似傳統木材膠合板的制備工藝，制備出木塑復合材料因其具有生態環境友好性，且這種材料的各種物理力學性能已基本接近玻璃纖維增強復合材料，同時可以和傳統木質資源人造板相媲美，而被廣泛地應用于裝飾裝修、包裝等諸多領域，具有廣闊的應用領域和發展前景。

一、木塑復合材料現狀與發展

無論是國內還是國外，木塑復合材料的研究主要集中在木粉或者木纖維與各類塑料基體的復合，復合形式也主要采取擠出或模壓成型，而對采用傳統膠合板熱壓工藝，以木材單板以及聚合薄膜為主要原材料制備熱塑性樹脂膠合板的研究還較為少見，而對于以桉木單板為主要木質材料的研究也鮮有報道。

中國林業科學研究院王正教授最先利用熱塑性樹脂膜與木材單板復合替代傳統的脲醛樹脂膠粘劑制造復合膠合板，創新木塑復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）等回收廢舊塑料薄膜和楊木單板制備環保型膠合板，并分析了熱壓溫度、熱壓時間以及薄膜用量等三個熱壓工藝條件對楊木膠合板強度和耐水性能的影響，其研究結果表明：當熱壓溫度達到150℃及以上時，楊木膠合板的膠合強度沒有明顯的增大，熱壓時間為5 min時，楊木膠合板的膠合強度達到最大值，而隨著熱壓時間的繼續增加，膠合強度反而有下降的趨勢，研究還表明隨塑料薄膜用量的增加，楊木膠合板的膠合強度沒有明顯的增加。用塑料薄膜直接代替傳統膠粘劑使用制備膠合板安全環保，具有很大的發展潛力，但研究者并未對熱壓壓力對復合材料的性能進行研究。

中國林業科學研究院常亮博士以楊木單板、高密度聚乙烯（HDPE）為主要原材料，制備熱塑性樹脂膠合板，并系統分析了熱壓時間、熱壓溫度和塑料添加量等復合熱壓工藝影響因子對楊木熱塑性膠合板的膠合性能的影響，通過響應面數學分析方法篩選出的膠合板的最佳工藝復合因子為熱壓時間3 min、熱壓溫度140℃、塑料添加量0.34 kg/m2。經反復試驗證明，膠合板的膠合強度遠高于膠合板國家標準II類膠合板的性能使用要求。同時，該課題組的方露博士以HDPE薄膜為木材膠粘劑，基于傳統木材膠合板的生產工藝，在改進創新的基礎上，與楊木單板復合制備出楊木單板/高密度聚乙烯薄膜木塑復合膠合板，評價了HDPE薄膜的流變和膠黏性能，探討了改性方法、工藝因子及濕循環老化對木塑復合膠合板物理力學性能及膠接結構的影響。

二、桉樹人工林資源和木材利用現狀

桉樹人工林資源廣西占全國首位。我國桉樹資源豐富，作為速生材正發揮著越來越大的作用。桉木雖生長快，但在干燥過程中易于嚴重開裂、反翹、扭曲和皺縮，是一種加工難度較大的木材，加之材性差，因此在加工利用上有一些難度。相對于巨大的種植量，加工利用比較緩慢；只能用于電桿，建筑和細木工、膠合板和單板層積材芯材、墊木貨盤、農具、家具及紙漿等用材，其附加值較低。自國家施“天保工程”后。桉樹人工林的種植可以保護森林資源，對改善生態環境、促進國民經濟和社會可持續發展具有十分重要的意義。

桉樹資源豐富，研究如將其用于人造板和家具等行業，不僅會解決人造板和家具行業原材料短缺問題，同時也可以提高桉樹的使用價值。但桉樹自身也存在著一些缺陷導致其利用價值降低，如干燥和鋸解后板材容易翹曲開裂，并且不耐腐，有節疤和蟲眼等缺陷。這些缺陷使得目前桉木的高值化利用進程受到阻礙。

隨著木材加工技術的進步，無卡旋切機的推廣使用，8 cm小徑桉木也能旋切出合格單板，并且投資少，見效快。因此兩三年時間，以速生桉為原料的旋切單板產業迅速發展，至2009年，全廣西旋切單板廠發展到四五千家，安排農村就業4萬余人，每年加工桉木600余萬m3，為林農增收5億多元。

三、新型無甲醛聚合物基膠粘劑膠合板的應用

研究和開發出一種應用于膠合板的新型無甲醛聚合物基膠粘劑。該膠粘劑主要由馬來酸酐、小的氯原子側鏈和高密度聚乙烯等組成，首先將馬來酸酐接枝到高密度聚乙烯表面，同時促進聚合物的氯化，制備出膠粘劑。研究結果表明，使用這種膠粘劑制備出的木材膠合板完全滿足膠合板國家標準I類膠合板的使用要求。

但國外主要研究木粉與塑料的復合形式，采用擠出注塑等成型工藝方式，對熱塑性樹脂膠合板的研究較少。國內的學者對熱塑性樹脂膠合板的研究也局限于楊木和松木等木材，將桉木用于制造熱塑性樹脂膠合板研究也較少，并且塑料也以聚乙烯PE居多，對高密度聚乙烯和聚丙烯的使用與研究并不多見。與傳統的擠出、注塑等工藝制備的木復合材料相比，熱塑性樹脂膠合板以其優良的性能和環保特性而具有廣泛的用途。由于熱塑性樹脂膠合板性能達到或優于普通膠合板性能，不僅具備木材自然美麗的紋理，也具備普通膠合板不具備的環保性能和良好的耐水性。熱塑性樹脂膠合板用于室內可以有效解決甲醛釋放量超標問題，對居室環境和人體健康均有重要意義。也可用于建筑行業，做建筑混凝土模板、門窗等，用于包裝材料可以作為貨物托盤等。由于我國的天然林保護政策，膠合板生產所用木材受到很大限制，因此未來熱塑性樹脂膠合板的發展方向應是以速生林木材為主，尤其是桉木在我國的大力推廣種植后，將桉木用于生產熱塑性樹脂膠合板應是未來發展方向之一。我國在20世紀70年代就提出用塑料代替部分木質材料，目前塑料的廣泛應用，使得一次性餐盒、水杯、塑料袋、農作物薄膜等大量塑料垃圾污染著環境。用回收的廢舊塑料制造熱塑性樹脂膠合板不僅能有效地解決白色污染問題，還能為膠合板制造提供廉價的原材料來源。治理垃圾如今已成為全球熱門話題，用回收廢舊塑料制備木塑復合膠合板也會是將來發展趨勢。未來發展趨勢應向提高產品附加值方向發展，同時開發多種功能的熱塑性樹脂膠合板，如阻燃性、抗靜電和表面裝飾性能等。

不同種類的木質資源可用于制造塑木復合材料。在塑木復合材料方面，常用的木材品種包括松、楓木、橡木。其他的自然纖維像麻、黃麻、亞麻和大米殼也可以使用。在木塑復合材料物理力學方面，不同的木材纖維種類表現作用不同。研究者研究杰克松、火炬松、楓木、橡木四個木材品種在聚丙烯木粉板成型組成的機械性上的影響。硬木木粉提供更高的抗彎強度，比軟木面粉有更好的拉伸性能。然而，在使用所有材料中，杰克松的組成復合材料表現出最高的沖擊強度。

木塑復合材料中的木質材料可以是木顆粒、木粉、木纖維、各種類型的紙漿以及再生紙產品。木粉顆粒的大小對復合材料的力學性能影響與增容劑相比不明顯。兩個粒子大小的范圍（小于180目和355-425目）的木粉。木材的添加量從0到14%。相比于顆粒較大的木粉，尺寸比較小的木粉則具有更高的彈性模量和靜曲強度。這主要是由于木粉的尺寸比較小，二者的界面結合性能好。木粉的效果大小復合材料的力學性能也被研究。木粉的粒徑有四個范圍：53-75目、106-150目、180-250目和425-600目。木材添加量固定在40%。他們的研究結果表明，強度和彈性模量的拉伸試驗和彎曲試驗最大化的粒徑約250目。使用的熱塑性塑料材料應該有一個熔化或軟化溫度不到木材的熱降解溫度（約210℃）。常用的熱塑性塑料材料包括PE、PP、聚氯乙烯（PVC）和聚苯乙烯（PS）。未經利用的和可以使用回收的塑料能夠被使用。

四、小結

我國擁有豐富的桉木資源，如果將其大量用于人造板和家具行業，不僅能解決人造板行業和家具行業木材原料匱乏的問題，也能提高桉木的利用價值和經濟效益。在澳大利亞，桉木歷來就是高檔家具和建筑裝修材料的首選材料。桉木的色澤顏色美麗，紋理交錯可用于家具制造、建筑裝修用材和人造板生產等。目前，桉木在我國這些行業的使用并不普遍，這也使得桉木的實木利用化具有很大的發展潛力。如何充分合理地利用我國的桉木資源顯得尤為重要。針對不同的桉木資源，根據其材性特征研究制定出不同的加工工藝和生產技術加工制造成不同的工業產品具有重大的社會經濟和環境效益，以最大限度地提高桉木的使用有很大的研究價值。木塑復合材料越來越引起人們的廣泛關注，市場的需求刺激了木塑復合材料的研究與發展，如何創新木塑復合材料的應用以及加工方式，同時合理有效地利用我國豐富的速生桉資源，其研究具有十分重要的意義。

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【作者簡介】韋文榜（1980— ），男，廣西柳州人，博士，廣西生態工程職業技術學院副教授，高級工程師。

（責編 蘇 洋）