塑木板材将催生一个新的材料产业

塑木板材的研发应运而生

木质材料与钢材、水泥、塑料一起被称为四大基础原材料,木质材料是惟一可再生的。近 50年来木质材料主产品已经历了两代,第一代是原木锯材,第二代是人造板。木材的主要成分是木素、半纤维素、纤维素,它一直是纸浆的主要原料。目前我国的木材相当一部分被人造板、纸浆行业用掉,造成森林减少,损害了地球环境,停止和减少森林砍伐量的呼声一浪高过一浪。以造纸为例,现在造 1 吨纸浆要用 5 吨原木,这等于说其中的 4 吨作为废水、废物被排放掉了。生产1 吨人造板要消耗 1.7 吨原木,也就有 0.7 吨木材作为“三废”排出。为了解决这一危机,人们一方面提倡以钢代木、以塑代木,但同时又大量消耗了不可再生的石油和铁矿资源。这已经或必将导致一个又一个原料危机的发生。也加剧地球大气 CO2含量上升,气候变暖。另外一方面,大树不多了,人们就用复合的办法把小材小料胶合起来使用。为此就必须使用大量的胶料。我国每年生产 4000 万吨人造板,一年使用 400 万吨胶料,其中 90%以上为脲醛胶,这是空气中甲醛污染的主要来源。现在城市人正身陷以“室内空气污染”为标志的第三污染期,而且装修越高档室内污染就越严重。大企业达标的材料也要释放甲醛的,用得越多加起来的总和就超标了。尽管人们尽量减少甲醛的含量,但过度减少必将影响人造板的质量。可见第二代木质材料不在技术上升级换代放弃任何含甲醛材料,室内空气污染问题是解决不了的。

塑木板材将催生一个新的材料产业

现在世界上每年的塑材产量 1.3 亿吨左右,我国塑料生产企业 3 万多家,年产量超过 2000 多万吨,居世界第二位。我国每年生产的废旧塑料在 240 万吨-480 万吨左右,塑料废弃物已占垃圾的 1/4-1/3。由于缺乏成熟可靠的技术,造成的“白色污染”已成为中国环保事业的一个棘手问题。

现在我国每年有几亿吨植物光合作用生产的纤维材料是可再生的,找不到利用办法,年复一年的焚烧、废弃,难道人们就不能将其利用起来生产出一种新材料,代替石油和木材利用吗?正是在这一背景下塑木板材应运而生。

国内外现状和发展趋势

塑木产品十几年前发明于日本,日本称之为“爱因木”,在北美发展较快,在欧洲也正在兴起,国际上对塑木统称为“WPC”。据 2005 年第七届国际塑木复合材料(WPC)年会上发布的消息,塑木材料的销售额以年平均 25%的速度递增。在森林资源丰富的北美,平均增长已超过 50%。仅美国和加拿大,2005 年的产量就达 1000 万吨。在我国,山东邹平电力集团与加拿大凯帝集团合作投资 1.45 亿元生产塑木,年产 8000 吨。据塑木网发布的消息,国家已成立塑木协会,湖北近年内引进 20 条塑木生产线,其他地方也都在积极行动。塑木产品在几年内必将走向一个快速发展的快车道。

在国内、国外塑木发展比较快的产品是挤出成型,即窄面积的板和条,用的设备是锥度双螺杆、同向或异向双螺杆挤出机,产品多用于门窗框、地板、装修材料、物流托盘等,窄面、长条的材料,产品有以下几个缺陷:

1.塑木材料生产与塑料盖形,要使用筛选磨制加工的木纤维,不能使用如花生壳、豆杆之类的植物纤维,木材是填充物,所以从根本上讲,它不是木质材料而是石油材料。

2.挤出成型困难,废品率高,因为是挤出成型产品,密度小、强度低、刚性差。

3.使用塑料原料,用量大、成本高,且品种少。

4.设备、模具、辅机价格昂贵。

5.因使用原料和木材,不具备节约型经济特征。

如北美市场上塑木产品市场价格约 2.8 万元/吨,在我国约 2 万元/吨。成本高于塑料和天然木材,但因其塑木材料的特征好、综合性强,还是受到人们的欢迎。

研发的内容及主要创新点

塑木板材在广东研发成功,其主要创新点是:

1.可用废弃的废旧塑料,如机头、模头料、纸塑合成的牛奶袋、饮料袋、纸塑包装等,以上因含有纸,其它行业不能用,却是塑木产品的上好原料。

2.适用木纤维,使用农作物纤维(花生壳、棉花秆、豆杆等)。

3.适用进口设备或仿进口设备,使用自制的设备,节省了大量的投资。

4.实行的是压制工艺,产品面积大、强度高,属补强产品,用途广泛。

主要研究方案和工艺路线

塑木板材产品属新型复合材料,原料使用废旧塑料和植物纤维,制成的材料兼备木材和塑料两者的优良性能,并和塑料一样可 100%多次循环利用。因植物纤维在合成中不适用胶而使用塑料,所以材料无毒无味、环保无污染,属绿色环保、节约循环型材料。它克服了人造板因使用甲醛胶而形成的刺鼻气味和致癌物质,又避免了人造板受潮而分解的弊端;克服了木材因潮湿和干燥等自然条件而产生的变形和腐烂,更能解决金属板材产生的锈蚀等缺陷。核心技术是“脉动排气式塑木混炼挤出机”。现阶段我国使用的挤出棍合技术只能使用单一的材料,它的缺点是不能将两种不同分子结构材料互混,包括木材在内的一系列纤维是不溶不融的弹性固定材料。只能碳化不能塑化,无法进行塑化加工,它与热性塑料是水和油的关系,很难结合。生产塑木首先要突破这一关。欲将塑料和植物纤维相互渗透和混合,达到互相充分浸润,必须具备三大要点:一是高温,二是高压缩,三是高分散。高压缩与高分散是塑料加工的一对矛盾,怎样解决这一对矛盾是塑木材料生产的关键。将功能各异的挤出机采用积木式的方法拼装使其具备综合性。塑木在制造过程中因植物纤维含有大量的极性基团,具有各项异性,极易吸水,与塑料斥水性不易结合,表现在其临界结合力很小,这就要求在加工前改善其上述状况,添加一定比例的助剂,来解决它的润滑性,改善塑料与纤维的界面结合力,根据不同的材料采用不同的配方。

经考察,目前市场上出现的日本、欧美等国的塑木产品。成本高于塑料制品。该产品增加大量的木纤维,注定有极大的摩擦性,设备无论有多强的耐磨性都必然在不长的时间产生磨损。因产品采用一步法挤出,通过模具成型,一旦挤出机螺杆磨损 20 微米以上,其产品尺寸,稳定性表面的平整光洁度将产生很大的变异,产生大量的废品。换一套仿进口部件也很昂贵,动辄几十万元。新研制的设备是将传统的塑料设备进行功能性拼装,将传统的压缩混合变成压缩脉动混炼混合,独创的“脉动混炼器”上多个可调的剪切销钉构成了绝妙的分散混炼效果。单螺杆挤出机起到了比双螺杆挤出机还好的分散混合效果,并且大大地减少了设备的摩擦性。该机合理的结构设计,能吃掉非常粗糙的废旧物料,设备成本仅是进口设备的 1/10。更可贵的是,进口或仿制进口设备只能使用新原料,而我们使用的是废料。形象地说,进口、仿进口的设备吃细料,用的能源是电,新研制的设备能吃粗粮,用的能源是煤,这就决定了产品的成本优势,也就有了很好的经济效益。大量利用废旧物料也必定会产生很好的社会效益,完全符合国家提出的节约可循环型经济。

塑木产品与传统的木质材料相比有以下优势:

1.对环境保护的贡献大,把植物纤维所有成分复合在一起,没有污染排出,把未能利用的材料利用起来,且能 100%回收利用,不产生二次污染。

2.不需要任何胶料,真正是无甲醛产品。

3.制品用途广泛,从理论上讲,现在用塑料、木材、钢材、水泥等制造的绝大部分制品都可以替代。

4.使用寿命长、制品不吸水、抗酸碱、抗紫外线、不腐烂、节省保护费用。

5.节约石油,缓解危机。充分利用废旧塑料,克服白色污染,为解决白色污染找到一条好路子。

6.替代钢、铝、水泥、塑料,减少矿藏的消耗。钢、铝、水泥都是地球上不可再生的原料生产的,早晚都会像石油一样遇到原料问题。科学研究表明,生产 1 吨木质基础材料和生产 1 吨水泥、钢材、塑料、铝材消耗的能源比是 1:4:60:45:130。这就意味着,该产品与其它材料相比要节约几倍、几十倍上百倍的能源,与此相对应也要减少释放几倍、几十倍、上百倍的 CO2。

市场需求与应用产业化前景

本产品是一种基础材料,可广泛用于各种辅板、路板、站台、电板、防潮仓板、护墙板、天花板、装饰板、高速公路隔音板、海边辅地板、建筑模板、栅栏、室外露天桌椅、橱卫板、活动板房、地板等。

近几年来,受国外影响,我国塑木产品在建材的应用上取得了高速的发展,如门窗框架、装饰板条、物流托盘等,已被大量利用,因产出绝大部分是挤出成型,面积窄、长度长,用途单一,只能用于窄而长的制品。在塑木业发达的美国,塑木板材甚至应用在军事上。据网上查询,仅美国在夏威夷的军用码头,维修一次就用掉 8000 万美元的塑木板材。其户外栅栏,景观用材,更是大的惊人。以我国的免熏蒸托盘为例,目前大多利用木质托盘,欧美等国限制中国出口货品用木质托盘进入市场,所以我国对代用包装材料需求越来越迫切。我国目前托盘需求量是 1 亿个。到 2010 年增长到 2 亿个,届时若塑木托盘占有 30%市场份额的话,就是一个很大的市场。目前免熏蒸托盘只有塑料一种,其市场价在 220 元左右。随着石油产品价格的上涨,它的价格也必然上涨,而塑木托盘的成本不足 100 元,仅此一项就给塑木板材带来了一个很大的市场空间和利润空间。再如建筑模板市场,国家已明令禁止使用,在我国大多使用钢模板和竹胶板。这两种模板都不能回收利用,钢模版价格高,维护费用高,自重大,不能任意切割拼装,并且很容易和混凝土粘连。竹胶板比钢板价格低,但是存在拼缝多.平整度差,易变形受潮、易分解等缺陷。因过度使用胶,一旦破损就会产生污染。我国目前用国产胶生产的胶合板用于建筑模板,因胶的质量差,不耐水,很难推广。而用美国生产的胶合板价格每吨高达 13,000 元,也存在不耐水的缺陷。高强度,大型张的塑木板材,一旦应用于建筑模板,都能克服钢模板和竹胶模板的缺陷。塑木制品的好处,不胜枚举。总之,发展塑木就是发展循环经济,就是参与建设节约型社会,就是以实际行动贯彻落实中央提出的科学发展观,对国家及全球的可持续发展都有重大的意义。推广塑木技术,办一个年产 5 万吨的企业,可用植物纤维 35,000 吨,当地农民可增加收入 700 万元,利用废旧塑料 15,000 吨,既缓解了当地环保部门的压力,又可为当地闲置人员增加就业就会,从垃圾中捡回财富 7500 万元。利用 5 万吨塑木可节省木材 8.5 万立方米,用来节省钢材、水泥分别为20 万吨,用来替代塑料和铝材分别是 4 万吨。

塑木产业的发展前景不但在中国看好,在全世界都是看好的。这不仅是因为产品本身的优良特性。更为重要的是由其资源循环利用的意义和对环境保护的重要贡献所决定的。中国和美国的木材需求量相当,美国是世界上森林资源最丰富的地区之一,也是塑木工业最发达的地区,因为他们珍惜天然森林,重视对环境的保护。我们国家是一个森林资源匮乏的国家,由于树木过度采伐,绿色屏障遭到破坏,因此政府特别重视资源循环利用和对生态环境的保护。这为塑木产品的发展提供了一个良好的大环境。

鉴于塑木发展的前景和我国目前塑木业市场的现实,应围绕下列领域开拓新市场:
1.从一般木材制品难以进入的领域进入。如,室外建筑、园林设施,木质包装等;
2.在塑木制品可以发挥优良性能的领域进入,如,建筑模板等;
3.进入价格优势的领域,高速路、铁路围栏等;
4,有特殊环境保护要求的,如家庭装修、橱卫家具、出口包装箱。