用廢舊塑料制備高性能wpc的技術途徑探索

四川大學高分子科學與工程學院CollegeofPolymerScienceandEngineering,SichuanUniversity黃銳HUANGRui

2011年8月塑木復合材料發(fā)展趨勢Thedevelopmenttrendsofwoodplasticcomposties市場概況MarketOverview

塑木工業(yè)發(fā)展很快。WPC市場每年都以兩位數增長。TheWPCindustryisevolvingrapidly.InternationallytheWPCmarketsteadilyincreasesbythedoubledigitseachyear.WPC問世以來，應用越來越廣泛，現已成為一種通用材料廣泛應用。Inlessthanseventyyears,sinceWPCwasintroducedtotheworld,WPChaseacommonmaterialfoundinvariousformsfromstateofthearttechnologyfacilities,toindividualhomes.北美市場NorthAmerica在北美，有超過100家的塑木企業(yè)，產值超過十億美元。InNorthAmericamorethan100AmericanWPCmanufacturerscontributetoanoveronebilliondollarindustry.美國2010年WPC產量約80萬噸。TheUnitedStatesremainstheworld’slargestmarket,atabout800,000metrictonsin2010.歐洲Europe2009年，歐洲市場容量大約17萬噸，德國市場產量最大，約7萬噸。TheEuropeanWPCmarketwasabout170,000metrictonsin2009,withGermanybeingthelargestpartwithabout70,000metrictons.

歐洲市場過去5年增長迅猛。InEuropeWPChasfoundgreatpopularityintheautomotiveindustryaswellasforhomefurnishings,suchasfurniture,potsandeventoolhandles.WhiletheEuropeandeckingindustryislessthantheAmericans’,themarketforWPCdeckingrisesatannualratesofaround14percent.Injustfiveyears,from2005to2010theEuropeanWPCmarketgrewby280percent.亞洲市場Asian亞洲，特別是中國具有出口價格優(yōu)勢。Asian,particularlyChineseWPCholdsexportappealforitscompetitivepricing.2011年，中國WPC產量預計超過100萬噸。TheWPCmanufacturinginchinacouldbeover1000,000metrictonsin2011.我國國內市場需求大增。Beyondexports,China’sdomesticmarketisgrowing,withmuchmoreconsumeracceptancethaneventwoyearsago.我國有超過兩百家WPC相關生產企業(yè)。ChinahasmorethantwohundredWPC-relatedmanufacturers.國內相關部分生產企業(yè)

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國內相關部分生產企業(yè)

RelevantpartofthedomesticproducersWPC未來發(fā)展趨勢

ThetrendsofWPC專用助劑SpecialAdditives新型加工裝備NewProcessingEquipment生產技術ManufactureTechnology產品應用技術ProductsApplicationTechnologyWPC制品外觀和性能大幅提升

Theappearanceandperformanceof

WPCproductssignificantlyenhance

隨著WPC行業(yè)不斷的快速發(fā)展，國內外相關工作者做了大量的基礎和應用研究工作。伴隨著新技術的發(fā)展WPC制品的力學性能、蠕變性能、老化性能、褪色、耐磨性能、表面印刷（表面張力）、吸水性、抗微生物侵蝕等方面都得到了顯著改善和提高。

AstheWPCindustrycontinuouslydevelopedfast,domesticandforeign-relatedworkershavedonealotofbasicandappliedresearch.Withthedevelopmentofnewtechnologies,WPCproducts’mechanicalproperties,creepproperties,agingproperties,fade,wearresistance,surfaceprinting(surfacetension),waterabsorption,anti-microbialcorrosion,etc.havebeensignificantlyimprovedandenhanced.偶聯劑/相容劑CouplingAgents/Compatibilizers偶聯劑主要用于聚烯烴基WPC中，對改進和提高聚烯烴WPC制品性能十分重要。由于親水的木纖維和憎水的聚烯烴塑料間的不相容性，木纖維與塑料界面粘附力小，未經處理木纖維填充的WPC性能不如純聚烯烴，偶聯劑可以改進和提高木纖維與塑料母體樹脂間的粘附力，從而提高WPC性能。CouplingagentmainlyusedforpolyolefinbaseWPC,andimprovingthepropertiesofWPCpolyolefinproductsisveryimportant.Becauseofthepatibilitybetweenhydrophilicwoodenfiberandthosehydrophobepolyolefinplastic,theinterfaceadhesionforcebetweenthemisweek,thepropertiesofuntreatedwoodenfiberfillingWPCareworsethanpurepolyolefin.Socouplingagentcanimproveandenhancetheadhesionforcebetweenwoodfiberandplasticresinmatrix,improvingperformanceofWPC.專用助劑的發(fā)展

ThedevelopmentofSpecialadditives

偶聯劑能夠幫助:Couplingagentcanhelp

提高拉伸強度Improvethetensilestrength增強彎曲強度Enhancethebendingstrength加大沖擊強度Increasetheimpactstrength降低吸水率Reducethewaterabsorption偶聯劑能夠增加親水性木材和憎水性塑料之間的親和力Couplingagentcanincreasethebondingbetweenhydrophilicwoodandhydrophobicplastic偶聯劑

Couplingagent偶聯劑通常和其它助劑并用。有些助劑比如潤滑劑會和偶聯劑反應。Couplingagentsareusedincombinationwithotheradditives.Amongthemarelubricants,heatstabilizers,lightstabilizers,colorants,biocidesandfoamingagents.Sometimestheseadditiveshaveantagonisticeffects-somelubricants,forexample,tendtointerferewithcouplingagents.聚烯烴類WPC用偶聯劑多為馬來酸酐接枝物。Maleatedpolyolefinsarepossiblythelargestgroupofcouplingagentsispolyolefins.Othercouplingagentsemployedinwood-plasticcompositesincludeorganosilanes,fattyacidderivatives,long-chainchlorinatedparaffins,andpolyolefincopolymerswithacidanhydridesincorporatedintothepolymerbackbones(insteadofgrafted).偶聯劑

Couplingagent

改善木粉的混合性、分散性；

Improvethemixinganddispersionofwoodflour

促進塑化，改善流動性

promotplastifying,improvemobility

提高擠出速度，降低設備扭矩和溫度

Improvetheextrusionspeed,reducetorqueandtemperature

良好的外觀和質感，消除邊緣撕裂；

Betterlookandfeel,eliminateedgetear

有助于塑木共混(各項性能更優(yōu))；

HelpblendWPC(theperformancebetter);

提高產能，降低綜合成本。

Increaseproductivity,reducetotalcost.

潤滑劑

Lubricant硬脂酸鋅ZincStearate硬脂酸鈣CalciumStearateEBS和其它酰胺類潤滑劑EBSandotheramides脂類潤滑劑EsterbasedLubricants“一包裝”潤滑劑OnePack潤滑劑

Lubricant新的著色劑包含有部分潤滑劑和UV穩(wěn)定劑。ThenewcolorantsarepartofarangeofadditivesthatincludelubricantsandUVstabilizersspecificallytargetedatthegrowingWPCmarket.

著色劑

Colorants硼酸鹽類Borates異噻唑啉酮類Isothiazolone(三氯甲基硫代)鄰苯二甲酰亞胺Folpet其它Etc抗菌劑

Antimicrobial

Agent改善耐久性Improveddurability紫外光穩(wěn)定劑Ultravioletstabilizer光氧穩(wěn)定劑Photo-oxidationstabilizer彎曲性能Bendingproperties色澤變化Colorchange氧化誘導期Oxidativeinductiontime外觀變化Appearancechange光穩(wěn)定劑

LightStabilizer發(fā)泡的意義：

TheSignificanceofFoaming：為了節(jié)省資源，減少塑料廢棄物對環(huán)境的危害，塑料制品輕量化（發(fā)泡）是發(fā)展趨勢。Inordertosaveresourcesandreduceenvironmentalhazardsofplasticwaste,plastictolightweight(foaming)isthetrend.微孔發(fā)泡能夠顯著提高材料的抗沖擊強度、韌性、疲勞周期、熱穩(wěn)定性等。Microcellularfoamcansignificantlyimproveimpactstrength,toughness,fatiguecycles,thermalstabilityetc.目前，我國的發(fā)泡加工成型已形成相當規(guī)模的生產能力。Atpresent,thefoammoldingprocesshasafairlylargescaleproductioncapacity.

發(fā)泡劑

FoamingAgent發(fā)泡原理和過程

PrincipleandProcessofFoaming發(fā)泡包括物理發(fā)泡和化學發(fā)泡兩種。Foamingincludingphysicalandchemicalfoaming.物理發(fā)泡法是用低沸點的物質作發(fā)泡劑，靠加熱或減壓揮發(fā)產生的氣體進行發(fā)泡。Physicalfoamingistousethelow-boilingmaterialasfoamingagent,itfoamsbyheatingorpressiontovolatilizegases.

化學發(fā)泡法是利用化學物質加熱時分解或反應產生氣體來發(fā)泡。ChemicalfoamingistomakeWPCfoambythegaseswhenthechemicalisheatedandposedorreact.工業(yè)上發(fā)泡材料多采用化學發(fā)泡方法。InIndustryfoammaterialmostadoptchemicalfoamingmethod.表1發(fā)泡劑基本性能名稱縮寫分解溫度/℃氣體產率/(ml·g-1)主要氣體偶氮二甲酰胺AC200～230280～320N2,CO2(NH3)檸檬酸及其衍生物200～220110～150CO2,H2O4，4－羥基雙（苯甲?；酋ｋ拢㎡BSH140～165120～150N2,H2O5-苯基四唑5-BT240～250190～210N2碳酸氫鈉120～150130～170CO2,H2O鄰甲苯磺酰肼TSH110～140120～140N2,H2O對甲基磺酰氨基脲TSS215～235120～140N2,CO2發(fā)泡劑

FoamingAgentTable1ThebasicpropertiesoffoamingagentNameacronympositiontemperature/℃gasyield/(ml·g-1)MaingasAzodicarbonamideAC200～230280～320N2,CO2(NH3)Citricacidanditsderivatives

200～220110～150CO2,H2O4,4-hydroxydouble

(Benzoylsulfonylhydrazide)

OBSH140～165120～150N2,H2O5-phenyl-tetrazole5-BT240～250190～210N2Sodiumbicarbonate

120～150130～170CO2,H2OO-benzenesulfonylhydrazide

TSH110～140120～140N2,H2OMethylsulfonylsemicarbazide

TSS215～235120～140N2,CO2發(fā)泡劑

FoamingAgent溴系阻燃劑BrominatedFlameRetardants無鹵阻燃劑Halogen-freeretardants鋁-鎂系阻燃劑Aluminum-magnesiumretardants膨脹型阻燃劑Intumescentretardants磷系阻燃劑Phosphorus-containingretardants其它Others阻燃劑

FlameRetardant新型加工裝備

Newprocessingequipment

中國China（部分企業(yè)）陜西秦川未來塑料機械有限公司ShaanxiQinchuanMachinerydevelopmentCo.,Ltd南京科亞化工成套裝備有限公司NanjingKYChemicalMachineryCo.,Ltd.江蘇聯冠科技發(fā)展有限公司JiangsuLianguanScienceAndTechnologyDevelopmentCo.,Ltd上海金緯擠出機械制造有限公司ShanghaiJwellExtrusionMachineryCo.,Ltd廣東聯塑機器制造有限公司GuangDongLianSumachinerymanufacturingCo.,Ltd南京諾達擠出裝備有限公司NanjingNordaEctrusionEquipmentCo.,Ltd青島萊美特機械有限公司QingdaoLaminateMachineryCo.,Ltd青島誠信塑料有限公司SylvanixInternationalInc.青島威爾塑料機械有限公司QingdaoWeierPlasticMachineryCo.,Ltd.無錫市裕達輕工機械廠WuxiYudaLightIndustryMachineryFactory德國GermanyPALLMANNReiKoFormBerstorf芬蘭、瑞士Finland,Switzerland開發(fā)出全新木塑加工設備單轉子或多轉子錐形結構CONEXWOODEXTRUDER日本JapanCTE新型加工裝備

Newprocessingequipment

新型加工裝備

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美國USA

DavisStandardWoodtruderMaplanWilmingtonMachinery,Entek奧地利Austria

Cincinnati意大利ItalyBausanoGroup生產技術的改進

ManufactureTechnologyImprovement生產技術的改進

ManufactureTechnologyImprovement生產技術的改進

ManufactureTechnologyImprovement復合共擠Compositeco-extruded高性價比原材料的選取及混用Selectionandmixofthehighratioofperformancetocostofrawmaterials由通用塑料擴展到其它塑料

GeneralPlasticsextendedtootherplastics.表面處理（砂帶砂光處理、壓紋處理、轉印、UV印刷、木皮復合）和涂覆技術注塑技術Surfacetreatment(sandingbeltproces