用废旧塑料制备高性能wpc的技术途径探索

四川大学高分子科学与工程学院CollegeofPolymerScienceandEngineering,SichuanUniversity黄锐HUANGRui

2011年8月塑木复合材料发展趋势Thedevelopmenttrendsofwoodplasticcomposties市场概况MarketOverview

塑木工业发展很快。WPC市场每年都以两位数增长。TheWPCindustryisevolvingrapidly.InternationallytheWPCmarketsteadilyincreasesbythedoubledigitseachyear.WPC问世以来，应用越来越广泛，现已成为一种通用材料广泛应用。Inlessthanseventyyears,sinceWPCwasintroducedtotheworld,WPChaseacommonmaterialfoundinvariousformsfromstateofthearttechnologyfacilities,toindividualhomes.北美市场NorthAmerica在北美，有超过100家的塑木企业，产值超过十亿美元。InNorthAmericamorethan100AmericanWPCmanufacturerscontributetoanoveronebilliondollarindustry.美国2010年WPC产量约80万吨。TheUnitedStatesremainstheworld’slargestmarket,atabout800,000metrictonsin2010.欧洲Europe2009年，欧洲市场容量大约17万吨，德国市场产量最大，约7万吨。TheEuropeanWPCmarketwasabout170,000metrictonsin2009,withGermanybeingthelargestpartwithabout70,000metrictons.

欧洲市场过去5年增长迅猛。InEuropeWPChasfoundgreatpopularityintheautomotiveindustryaswellasforhomefurnishings,suchasfurniture,potsandeventoolhandles.WhiletheEuropeandeckingindustryislessthantheAmericans’,themarketforWPCdeckingrisesatannualratesofaround14percent.Injustfiveyears,from2005to2010theEuropeanWPCmarketgrewby280percent.亚洲市场Asian亚洲，特别是中国具有出口价格优势。Asian,particularlyChineseWPCholdsexportappealforitscompetitivepricing.2011年，中国WPC产量预计超过100万吨。TheWPCmanufacturinginchinacouldbeover1000,000metrictonsin2011.我国国内市场需求大增。Beyondexports,China’sdomesticmarketisgrowing,withmuchmoreconsumeracceptancethaneventwoyearsago.我国有超过两百家WPC相关生产企业。ChinahasmorethantwohundredWPC-relatedmanufacturers.国内相关部分生产企业

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国内相关部分生产企业

RelevantpartofthedomesticproducersWPC未来发展趋势

ThetrendsofWPC专用助剂SpecialAdditives新型加工装备NewProcessingEquipment生产技术ManufactureTechnology产品应用技术ProductsApplicationTechnologyWPC制品外观和性能大幅提升

Theappearanceandperformanceof

WPCproductssignificantlyenhance

随着WPC行业不断的快速发展，国内外相关工作者做了大量的基础和应用研究工作。伴随着新技术的发展WPC制品的力学性能、蠕变性能、老化性能、褪色、耐磨性能、表面印刷（表面张力）、吸水性、抗微生物侵蚀等方面都得到了显著改善和提高。

AstheWPCindustrycontinuouslydevelopedfast,domesticandforeign-relatedworkershavedonealotofbasicandappliedresearch.Withthedevelopmentofnewtechnologies,WPCproducts’mechanicalproperties,creepproperties,agingproperties,fade,wearresistance,surfaceprinting(surfacetension),waterabsorption,anti-microbialcorrosion,etc.havebeensignificantlyimprovedandenhanced.偶联剂/相容剂CouplingAgents/Compatibilizers偶联剂主要用于聚烯烃基WPC中，对改进和提高聚烯烃WPC制品性能十分重要。由于亲水的木纤维和憎水的聚烯烃塑料间的不相容性，木纤维与塑料界面粘附力小，未经处理木纤维填充的WPC性能不如纯聚烯烃，偶联剂可以改进和提高木纤维与塑料母体树脂间的粘附力，从而提高WPC性能。CouplingagentmainlyusedforpolyolefinbaseWPC,andimprovingthepropertiesofWPCpolyolefinproductsisveryimportant.Becauseofthepatibilitybetweenhydrophilicwoodenfiberandthosehydrophobepolyolefinplastic,theinterfaceadhesionforcebetweenthemisweek,thepropertiesofuntreatedwoodenfiberfillingWPCareworsethanpurepolyolefin.Socouplingagentcanimproveandenhancetheadhesionforcebetweenwoodfiberandplasticresinmatrix,improvingperformanceofWPC.专用助剂的发展

ThedevelopmentofSpecialadditives

偶联剂能够帮助:Couplingagentcanhelp

提高拉伸强度Improvethetensilestrength增强弯曲强度Enhancethebendingstrength加大冲击强度Increasetheimpactstrength降低吸水率Reducethewaterabsorption偶联剂能够增加亲水性木材和憎水性塑料之间的亲和力Couplingagentcanincreasethebondingbetweenhydrophilicwoodandhydrophobicplastic偶联剂

Couplingagent偶联剂通常和其它助剂并用。有些助剂比如润滑剂会和偶联剂反应。Couplingagentsareusedincombinationwithotheradditives.Amongthemarelubricants,heatstabilizers,lightstabilizers,colorants,biocidesandfoamingagents.Sometimestheseadditiveshaveantagonisticeffects-somelubricants,forexample,tendtointerferewithcouplingagents.聚烯烃类WPC用偶联剂多为马来酸酐接枝物。Maleatedpolyolefinsarepossiblythelargestgroupofcouplingagentsispolyolefins.Othercouplingagentsemployedinwood-plasticcompositesincludeorganosilanes,fattyacidderivatives,long-chainchlorinatedparaffins,andpolyolefincopolymerswithacidanhydridesincorporatedintothepolymerbackbones(insteadofgrafted).偶联剂

Couplingagent

改善木粉的混合性、分散性；

Improvethemixinganddispersionofwoodflour

促进塑化，改善流动性

promotplastifying,improvemobility

提高挤出速度，降低设备扭矩和温度

Improvetheextrusionspeed,reducetorqueandtemperature

良好的外观和质感，消除边缘撕裂；

Betterlookandfeel,eliminateedgetear

有助于塑木共混(各项性能更优)；

HelpblendWPC(theperformancebetter);

提高产能，降低综合成本。

Increaseproductivity,reducetotalcost.

润滑剂

Lubricant硬脂酸锌ZincStearate硬脂酸钙CalciumStearateEBS和其它酰胺类润滑剂EBSandotheramides脂类润滑剂EsterbasedLubricants“一包装”润滑剂OnePack润滑剂

Lubricant新的着色剂包含有部分润滑剂和UV稳定剂。ThenewcolorantsarepartofarangeofadditivesthatincludelubricantsandUVstabilizersspecificallytargetedatthegrowingWPCmarket.

着色剂

Colorants硼酸盐类Borates异噻唑啉酮类Isothiazolone(三氯甲基硫代)邻苯二甲酰亚胺Folpet其它Etc抗菌剂

Antimicrobial

Agent改善耐久性Improveddurability紫外光稳定剂Ultravioletstabilizer光氧稳定剂Photo-oxidationstabilizer弯曲性能Bendingproperties色泽变化Colorchange氧化诱导期Oxidativeinductiontime外观变化Appearancechange光稳定剂

LightStabilizer发泡的意义：

TheSignificanceofFoaming：为了节省资源，减少塑料废弃物对环境的危害，塑料制品轻量化（发泡）是发展趋势。Inordertosaveresourcesandreduceenvironmentalhazardsofplasticwaste,plastictolightweight(foaming)isthetrend.微孔发泡能够显著提高材料的抗冲击强度、韧性、疲劳周期、热稳定性等。Microcellularfoamcansignificantlyimproveimpactstrength,toughness,fatiguecycles,thermalstabilityetc.目前，我国的发泡加工成型已形成相当规模的生产能力。Atpresent,thefoammoldingprocesshasafairlylargescaleproductioncapacity.

发泡剂

FoamingAgent发泡原理和过程

PrincipleandProcessofFoaming发泡包括物理发泡和化学发泡两种。Foamingincludingphysicalandchemicalfoaming.物理发泡法是用低沸点的物质作发泡剂，靠加热或减压挥发产生的气体进行发泡。Physicalfoamingistousethelow-boilingmaterialasfoamingagent,itfoamsbyheatingorpressiontovolatilizegases.

化学发泡法是利用化学物质加热时分解或反应产生气体来发泡。ChemicalfoamingistomakeWPCfoambythegaseswhenthechemicalisheatedandposedorreact.工业上发泡材料多采用化学发泡方法。InIndustryfoammaterialmostadoptchemicalfoamingmethod.表1发泡剂基本性能名称缩写分解温度/℃气体产率/(ml·g-1)主要气体偶氮二甲酰胺AC200～230280～320N2,CO2(NH3)柠檬酸及其衍生物200～220110～150CO2,H2O4，4－羟基双（苯甲酰磺酰肼）OBSH140～165120～150N2,H2O5-苯基四唑5-BT240～250190～210N2碳酸氢钠120～150130～170CO2,H2O邻甲苯磺酰肼TSH110～140120～140N2,H2O对甲基磺酰氨基脲TSS215～235120～140N2,CO2发泡剂

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发泡剂

FoamingAgent溴系阻燃剂BrominatedFlameRetardants无卤阻燃剂Halogen-freeretardants铝-镁系阻燃剂Aluminum-magnesiumretardants膨胀型阻燃剂Intumescentretardants磷系阻燃剂Phosphorus-containingretardants其它Others阻燃剂

FlameRetardant新型加工装备

Newprocessingequipment

中国China（部分企业）陕西秦川未来塑料机械有限公司ShaanxiQinchuanMachinerydevelopmentCo.,Ltd南京科亚化工成套装备有限公司NanjingKYChemicalMachineryCo.,Ltd.江苏联冠科技发展有限公司JiangsuLianguanScienceAndTechnologyDevelopmentCo.,Ltd上海金纬挤出机械制造有限公司ShanghaiJwellExtrusionMachineryCo.,Ltd广东联塑机器制造有限公司GuangDongLianSumachinerymanufacturingCo.,Ltd南京诺达挤出装备有限公司NanjingNordaEctrusionEquipmentCo.,Ltd青岛莱美特机械有限公司QingdaoLaminateMachineryCo.,Ltd青岛诚信塑料有限公司SylvanixInternationalInc.青岛威尔塑料机械有限公司QingdaoWeierPlasticMachineryCo.,Ltd.无锡市裕达轻工机械厂WuxiYudaLightIndustryMachineryFactory德国GermanyPALLMANNReiKoFormBerstorf芬兰、瑞士Finland,Switzerland开发出全新木塑加工设备单转子或多转子锥形结构CONEXWOODEXTRUDER日本JapanCTE新型加工装备

Newprocessingequipment

新型加工装备

Newprocessingequipment

美国USA

DavisStandardWoodtruderMaplanWilmingtonMachinery,Entek奥地利Austria

Cincinnati意大利ItalyBausanoGroup生产技术的改进

ManufactureTechnologyImprovement生产技术的改进

ManufactureTechnologyImprovement生产技术的改进

ManufactureTechnologyImprovement复合共挤Compositeco-extruded高性价比原材料的选取及混用Selectionandmixofthehighratioofperformancetocostofrawmaterials由通用塑料扩展到其它塑料

GeneralPlasticsextendedtootherplastics.表面处理（砂带砂光处理、压纹处理、转印、UV印刷、木皮复合）和涂覆技术注塑技术Surfacetreatment(sandingbeltproces