提高木塑复合材料外观性能的途径

宋玉春

　　木塑复合材料（WPC）是指以经过预处理的植物纤维或粉末（如木、竹、花生壳、椰子壳、亚麻、秸秆等）为
主要组分（含量通常达到60%以上），与高分子树脂基体复合而成的一种新型材料。WPC兼有植物纤维和高分子材料
的诸多优点（维护费用低、耐候性好等），可有效替代木材，主要用于建材、汽车、包装运输、仓储、装饰材料及
日常生活用品等领域，是一种极具发展前途的绿色环保材料。但是要生产出各方面性能优异的产品却不太容易，国
内外生产商都在努力提高WPC产品的美观标准，使用各种方法来提高产品的日晒色牢度和抗菌、抗划和耐污等性能。


  使用添加剂提高性能

　　改善WPC产品耐候性能和外观的一个方法是使用添加剂来保护聚合物和木材。WPC中30%～50%是塑料，这部分
材料由颜料着色；其他白色或者灰色的部分是木材，受到阳光照射后会引起褪色。WPC褪色通常不是由于颜料分解，
而主要是复合材料中木材受到自然光照射而造成的。通常，含有耐候颜料和紫外线稳定剂的配方可以降低产品的褪
色程度。耐候性无机氧化物颜料通常用于给WPC染色。聚烯烃复合材料铺板（包括平台、路板、站台、垫板等）可
以使用氧化铁基颜料，而聚氯乙烯（PVC）复合材料铺板和乙烯基铺板类似，使用同一种复合型无机颜料。
　　造成WPC褪色的第二个原因是聚合物的降解。聚烯烃或PVC复合材料表面裂纹或变黄，都会降低原有的色彩饱
和度。紫外线稳定剂（包括受阻胺类光稳定剂和紫外线吸收剂）一般用来保护聚合物免受紫外线降解。颜料也能够
吸收或者反射紫外光，阻止聚合物降解。此外，新型红外线反射颜料也可减少WPC铺板（露天平台）在光照时吸收
的热量，提高产品的舒适度，也可防止产品变形和减缓产品降解。尽管现有的添加剂技术可以生产高性能的WPC产
品，但业内专家认为在改善产品的色牢度方面仍有极大的发展空间。
　　美国Penn Color公司与木塑材料生产商合作，通过使用新型颜料配方，使WPC制品的耐候性能提高了30%，
而制成铺板的成本每英尺仅增加了几美分。该公司热塑性材料部经理Bob Kaminski表示，目前该公司还在实验通
过稳定木材组分来阻止其分解。目前公司已经研究出将木材纤维进行染色的技术，但增加的成本较大，而且工艺复
杂。
　　美国奥美凯公司（Americhem）耗时两年开发出新的用于聚烯烃基WPC的着色剂方案，该方案综合了添加剂、
颜料和载体树脂技术。公司建筑材料部技术经理Laura Prexta 指出，开发这项技术方案的目标在于提高诸如聚乙
烯壁板等WPC制品的耐候性能，使得产品在户外使用的第一年内不会发生明显的褪色现象。该公司开发的新型母粒
正在进行加速耐候实验和户外曝晒实验，在老化试验机上进行的加速实验包括不同湿度、温度和光照条件，实验结
果令人满意。
　　除提高产品色牢度之外，WPC生产商还引入了天然感更强的木材纹理制品和颜色类似于热带硬木的更深的色彩。
深色比浅色的耐候性更好，但是试验结果表明两者颜色检测数量变化是一样的，只不过用肉眼观察感觉深色样品更
好。
　　为防止铺板发生霉变，应该定期对其进行清洗除去灰尘，添加抗菌剂可以降低霉变速度，因而抗菌剂的使用将
会越来越普遍。铺板的霉变主要是由表面的霉菌引起的，如温度、湿度合适，食物来源（如暴露的木材或者平台表
面有灰尘）充足，霉变的速度将会增加。湿度达到25%以上，木腐菌就能生长。美国Borax公司维护技术经理Mark
Manning指出，室内实验测得WPC的水含量很低，一般在4%左右， 但野外实验测得平台的表面和顶端的水含量较
高，有时高达25%。在这样的条件下，木腐菌就有可能在没有保护的木材上面生长。罗门哈斯公司生产的广谱抗菌
剂如Venyzen DCOIT和三氯生型抗菌剂Microban?誖等可以抑制木腐菌在塑料和木材表面的生长；Rio Tinto
Minerals 公司生产的Borogard?誖硼酸锌也可以抑制表面霉菌的生长，保护暴露的木材，降低WPC的紫外线降解
水平，尤其是与受阻胺类光稳定剂配合使用效果更佳。
　　使用添加剂改善了WPC制品的性能，但也增加了生产成本。Teknor Color公司最近推出名为“TEK Deck ProTM”
的母粒。这种母粒含有颜料、紫外线吸收剂和抗菌剂，通过减少添加剂处理成本节省了工艺成本。

  复合时封装暴露的木材

　　复合工艺包括用塑料涂覆木纤维和将木材、颜料、添加剂分散在塑料中。通过封装木材纤维，复合工艺在提高
WPC产品美观方面发挥着重要作用。复合材料表面暴露的木材将吸收油污及酒精等液体，形成很难清除的污垢；未
经保护的木材还吸潮，易引起霉菌生长。科倍隆公司（Coperion）生产用于WPC挤出工艺的同向双螺杆挤出机，公
司工艺部主任Paul Andersen指出，合适的螺杆构型对于优化混合十分重要，同时木材组分的干燥也十分重要，水
分过大不利于混合，并且在木材和聚合物之间形成界面，不利于封装。Coperion公司可生产两类挤出系统结构，
一类使用预干燥木材纤维，另一类在挤出机内还没有加入塑料之前将木材组分干燥。公司最近又推出了一种新型、
易于安装的侧面排气孔，用来减少粉末。
　　添加剂在复合工艺中发挥着重要的作用。润滑剂和偶联剂有助于分散颜料和预湿木材纤维，提高WPC色彩的一
致度和耐候性。偶联剂还能够将极性的木材与非极性的塑料进行联结，提高材料的强度，改善封装和减少水分吸收。
马来酸酯类聚烯烃是生产WPC最常用的偶联剂，Chemtura公司研制了商品名为Polybond?誖3029的马来酸酐接枝
聚乙烯偶联剂，用于聚乙烯WPC，该偶联剂是一种无粉尘的粉末，对于在加入反向双螺杆挤出机之前混合添加剂的
WPC生产商来说十分有用。杜邦公司研制成功一种商品名为DuPontTM Fusabond?誖WPC-576D的偶联剂，该偶联剂
是一种以酸酐为骨架的乙烯基共聚物，用于PE/木复合材料，在极低用量的情况下可显著提高强度和降低吸水率。
针对传统的硬脂酸盐润滑剂不能与马来酸酐类偶联剂一起使用的问题，Dyneon 公司研究测试了一种聚合物添加剂，
该添加剂是一种功能型烃基嵌段共聚物，能够通过官能团对木材和聚合物表面进行改性，从而具有润滑和偶联特性；
同时，这种添加剂在改进WPC的加工性能和表面美观、减少边缘撕裂度、提高硬度和抗张强度等方面效果明显，在
加速实验和室外耐候实验测试中，这种结构可控的添加剂还可降低褪色和吸潮，提高物理性能。
　　一些木材生产商指出他们的复合技术能够显著改善WPC耐候性能。美国先进环境循环技术公司（AERT）表示他
们的MoistureShield?誖专业级铺板生产工艺在挤出前对木材纤维进行加热和预处理，实现了对木材纤维的“完全
封装”，防腐剂用量少，制造的木板达到真正意义上的防潮效果。Composatron 复合技术公司使用Strandex技术将
木材粉末封装在塑料之中，可以大幅度降低褪色和吸水现象的发生。

  保护性共挤出和涂装

　　一些生产商通过共挤出将聚合物涂装或者涂覆在WPC之上最终制成产品。表面涂装可以保护木材不受环境因素
影响，避免吸潮和污垢。Correct Building Products公司采用专有技术，将含有紫外线稳定剂、抗划剂、耐污剂
和抗菌剂的聚丙烯涂装在聚丙烯木纤维复合材料表面，生产出商品名为“CorrectDeck CX”的木塑复合材料。作为
芯材的复合材料不含抗氧剂、紫外线稳定剂；作为表面的聚合物层则含有较高浓度的添加剂，这就降低了添加剂的
使用量，从而降低了生产成本。Composatron公司使用一种丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物（ASA）共挤出涂料生
产商品名为PremierTM的栅栏制品。ASA具有比聚烯烃更优异的耐候性能，并且可以吸附深色颜料。Royal Crown
公司也使用一种保护性颜料/涂料生产商品名为Harmony SelectTM的铺板，已于2005年投放市场。该公司还使用
PVC封装天然纤维生产名为CelucorTM复合材料。CertainTeed公司也于2005年向市场投放了使用PVC封装生产的
商品名为Panorama的WPC。该复合材料可用于制备栅栏制品，具有木材纹理表面和木材手感，耐候性能优异。
　　罗门哈斯公司正在实验将丙烯酸基聚合物用作薄层涂料，在挤出后涂覆在铺板表面。这种涂料的主要作用是增
强产品的耐磨性、耐污性和抗菌性。该公司还在研究将丙烯酸基聚合物用于WPC铺板的固色和半透明防污，一旦研
制成功，客户就可以象对木材铺板一样对WPC甲板进行防污处理，目前研究过程中主要的难点是如何找到一种涂料
能够将所有用于WPC铺板表面的树脂固定。