1. 研究目的与意义
随着社会的快速发展，人们对木材资源的需求越来越大。但是木材是有限的，所以，就要找出一个来代替木材。而木塑材料是一个很好能代替木材的一个产品。所以本文用菊花杆、银杏叶等中药材作为填充物来制造木塑材料。在现在的研究中一般都是利用木粉、稻壳、秸秆来制造木塑复合材料。而利用中药废弃物来制造木塑材料还是很少有人研究的，这就造成了一定的资源浪费，所以利用中药材废弃物来作为木塑材料的填充物不仅是对资源合理，充分的利用而且填补了这一市场空白。
本文以中药材废弃物为主要填充原材料，经过干燥、粉碎后进行材料表面的预处理，再与塑料进行相融合，最后制成木塑材料。这一研究结果将会开拓另一市场。
2. 文献综述
木塑复合材料的研究进展
摘 要：木塑复合材料（Wood-Plastic Composites,WPC）是国内外近年蓬勃兴起的一类新型复合材料，指利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等，代替通常的树脂胶粘剂，与超过50%以上的木粉、稻壳、秸秆等废植物纤维混合成新的木质材料，再经挤压、模压、注射成型等塑料加工工艺，生产出的板材或型材。主要用于建材、家具、物流包装等行业。目前我国对木塑复合材料的研究也越老越重视。突破木塑复合材料的关键的地方在于如何有效的提高界面相容性和防腐的研究。我主要是采用中药材的废弃物进行木塑材料的制造。
关键词：木塑复合材料；新型；制备工艺；前景良好
Abstract: Wood Plastic composite material (Wood Plastic Composites, WPC) at home and abroad is booming in recent years a new type of composite materials, the use of polyethylene, polypropylene and PVC, etc., instead of the usual resin adhesive, with over 50% of Wood powder, rice husk, straw waste plant fiber blend into a new wooden material, then through extrusion, Plastic mold, injection molding processing, production of the sheet or shaped. Mainly used in building materials, furniture, logistics packaging, etc. At present our country the study of wood plastic composite material is more old more attention. The key to break through the wood plastic composite is how to effectively improve the interfacial compatibility and corrosion research. I mainly adopts traditional Chinese medicinal materials of wood-plastics material manufacturing waste products.
.Keywords: wood plastic composite materials; model; preparation technology; Prospect
我国的木材资源十分短缺，但是在木材的加工和使用过程中却有 20％-30％的木粉和边角余料被作为废料，而这些废料通常会被直接燃烧或直接扔掉。这就造成了巨大的浪费，并且造成很严重的环境污染。所以回收和利用废弃木粉是保护环境和社会的发展必不可少的[1]。木塑复合材料的最主要用途之一是替代实体木材在各领域中的应用，其中运用最广泛的是在建筑产品方面，占木塑复合用品总量的75%]。木塑材料具有良好的加工性能，其成型具有良好的强度和耐水、耐磨性能。木塑材料的它的使用寿命长，可调整性大。同时它还对紫外光具有一定的稳定性，它的着色性能良好，来源广泛[2]。
1.木塑复合材料的填充物原料分类
木塑复合材料的来源比较广泛，他可以来源于农业种植过程中的废弃物，比如说秸秆；也可以是树木。从自然属性和社会来源进行分类。
表1 按照自然属性分类
部位 | 优缺点 | ||
草本 | 果实(壳) | 例如--稻壳 | 来源广泛、价格便宜，但是收集起来比较麻烦。 |
茎杆 | 例如--菊花杆 | ||
根部 | 例如--玉米根 | ||
乔木 | 树叶 | 例如--银杏叶 | 来源少、收集比较麻烦 |
茎 | 例如--松树 | 价格比较高，收集比较方便 | |
根 | 例如--松树根 | 来源很少 |
表2 按照社会来源分类
来源 | 废弃物来源形式 | 备注 | |
木材加工厂 | 木材加工后的废弃物 | 如木粉、木屑等 | |
中药材及饮片加工厂 | 中药材产地加工及饮片生产时去除的非药用部位 | 如--废弃的果皮、表皮等 | 注意区分有毒和无毒 |
医院及中药制药厂 | 提取药材后的药渣 | 如注射剂提取后剩余药渣 | |
粮食加工厂 | 加工粮食所产生的废弃物 | 如--稻壳、花生壳 | |
园艺及园林部门 | 加工过程剪切的多余部位 | 如--叶、茎杆 |
2.提高界面相容性的方法
目前木塑材料的难点在于两种物质的相容性，现在主要有两种办法来解决。使用偶联剂和相容剂，但只能在一定程度上改变界面效果,若要工业生产和应用,其性能还不够理想。下面对前人研究中所采用的界面改性方法作以概括性介绍：
偶联剂的分类 | 化学通式 | 机理 | 加入方法 | 注意事项 |
硅烷偶联剂 | YSiX3 | 同无机物形成硅烷键 | 干法、湿法、喷涂法、直接共混法 | Y基团必须能与树脂相溶并能起偶连反应 |
钛酸酯偶联剂 | ROO(4-n)Ti(OX-RY)n | 同无机物形成有机质膜 | 直接加入、预处理法 | 适用于热塑性塑料长链的缠绕，可转移应力应变，提高冲击强度，伸长率，剪切强度。 |
铝酸酯偶联剂 | (C3H7O)xAl(OCOR)m(OCOR)n(OAB)y | 同无机物形成有机质膜 | 先干燥填料10分钟，然后分3次加，每次间隔2分钟 | 其热稳定性优于钛酸酯偶联剂。在配方中还要加入少量的硬脂酸。 |
浸渍处理 | 使亲水表面被亲油表面覆盖 | 将木粉在助剂中进行浸渍处理 | 助剂的形态以粉状或片状最好,熔点在40-250℃为好 | |
高分子包覆 | 木粉粒子表面形成一层高分子包覆层,包覆木粉成了亲油性。 | 将含有一定量水分的木粉，用含有引发剂和聚合促进剂的浸渍剂（即一些不饱和有机化合物）进行处理。 | ||
用高分子化合物接枝改性--马来酸酐 | C4H2O3 | 增强极性 | 马来酸酐做为单体，在合适的温度下与一些材料进行接枝。主要有（溶液法、熔融法、辐射法和固相法）最常用的是熔融法。 | 熔融接枝的机理很复杂，并伴随有严重的副反应，表现为聚乙烯接枝反应的交联，聚丙烯的降解，以及乙丙橡胶中两种副反应的同时出现。 |
表3 提高界面相容性的方法[3]
偶联剂价格都比较昂贵，浸渍处理工序复杂，不适合于工业生产。交联材料不可回收，而且这些产品的最大缺点是力学性能低。用高分子化合物接枝改性后作界面相容剂,如接枝丙烯酸，马来酸酐，丙烯酸缩水甘油酯，其效果优于其他界面相容剂。其中最常用的是马来酸酐接枝[4][5]。
除了这些能影响木塑材料的性能还有一些影响因素。比如：挤出机组的选型、木粉颗粒大小对复合材料有影响、不同种类的植物纤维、木纤维和不同种类塑料也有一定的影响。
3.工艺流程
3.1原材料的干燥
由于原材料中含有大量的水分，而且都具有吸水的能力。水分会影响原材料的粉碎和木塑材料的功效。所以在加工之前要先干燥。由于所选用的填充物不同，就导致干燥的程度也有所不同。木粉、稻壳类的填充物水分要低于3%，而秸秆类的水分则要在8%-12%之间[6]。
3.2 原材料的粉碎
木塑材料的填充物在进行粉碎时，由于其中含有大量的长纤维，而且长纤维的韧度比较高，并且批量生产时难以先行处理，导致粉碎效果不佳。在粉碎过程中由于长纤维顺着刀片行走的方向排列，导致刀片无法切断纤维。这就增加了粉碎机的负荷，这不仅导致粉碎不能更好的进行，还有可能导致粉碎机损坏。所以，本团队选用锯齿状的锤刀进行切割，这种切割装置能有效的解决长纤维的缠绕和难切割的问题[7]。
3.3原料表面的预处理
由于原材料亲水性的，它不容易与热塑性塑料粘合，在进行融合时比较困难。所以要先对原材料的表面进行处理。使用硅烷偶联剂或者钛酸酯偶联剂进行对表面的预处理。
3.4复合材料样品的制备
将热塑性塑料、预处理之后原材料、HDPE-g-MAH、润滑剂 以及其他助剂按着不同配比，不同加料次序在高速混料机上混合,控制一定的混料温度以及混料时间,加工成挤出待用品在双螺杆挤出机上挤制成样品。
复合材料制备完了之后还要进行性能的测试。有拉伸、弯曲性能的测试；冲击性能的测试[8]。
4. 制备工艺的研究
木塑材料在我国的研究相较与欧洲国家还是有许多的不足之处，目前我国的木塑材料的加工技术主要是依据废旧塑料复合再生工艺，它是以废弃的塑料和锯末为主要原料，采用增容共混工艺生产技术，将经过处理的混合废旧塑料与填充剂等改性剂一起熔融混炼，制成复合再生材料，最后再制成相关的产品。现在主要有以下3种方法制备：
4.1挤出成型工艺
挤出成型在塑料加工中又称为挤塑，在非橡胶挤出机加工中利用液压机压力于模具本身的挤出称压出。是指物料通过挤出机料筒和螺杆间的作用，边受热塑化，边被螺杆向前推送，连续通过机头而制成各种截面制品或半制品的一种加工方法。
4.2热压成型工艺
热压成型是塑料加工业中简单、普遍之加工方法，主要是利用加热加工模具后，注入试料，以压力将模型固定于加热板，控制试料之熔融温度及时间，以达融化后硬化、冷却，再予以取出模型成品即可。
4.3挤压成型工艺
挤出机和压机联用的一种挤出和加压的同步工艺。其成型的板材长度要大于热压成型的板材,制品综合性能优于挤出工艺的板材制品。
木塑材料的挤出与塑料挤出的机理有着很大的区别。由于植物纤维中的主要成分是纤维素，纤维素中含有大量的羟基，他们会形成分子间氢键或分子内氢键，这就让植物纤维具有很强的极性和吸水性；但是由于塑料大多是非极性的，所以他们之间的相容性就很差，界面的粘结力很小，从而导致混炼和挤出成型的难度加大。所以制备木塑材料的技术关键是解决木粉与塑料树脂的界面结合[9]。
5. 木塑材料的防菌
虽然木塑材料有很多的优点，但是在使用的过程中人们发现木塑复合材料会发生腐蚀，其表面出现不同程度痕迹，颜色变黄。由于材料中的木纤维容易被霉菌腐蚀，要防止这一现象就要对其进行防菌处理。
常用抗菌剂的分类比较[10]
类别 | 方法 | 优缺点 | |
无机抗菌剂 | 例如--银、铜、锌等金属 | 通过物理吸附离子交换等方法将其固定在氟石、硅胶等多孔材料的表面制成抗菌剂 | 具有很好的抗菌能力，但是对人有害体。而且有些金属带有颜色，将影响产品的美观。 |
有机抗菌剂 | 例如--香草醛、乙基香草醛类 | 通过化学合成的方法 | 目前有机抗菌剂的安全性还在研究中，有机抗菌剂耐热性差些，容易水解，有效期短 |
天然抗菌剂 | 例如--蒿属植物的粗提物 | 来自于天然植物的提取 | 结合了有机无机的优点。既有即效性、持续性，又有安全性和耐变色性 |
6.木塑材料的前景
木塑复合材料未来的发展方向是实现原料多样化、设备工艺专业化、产品高档化,开发纤维含量高,应用领域广、综合性能高、使用寿命长的木塑制品。利用废旧塑料和废弃的木材加工生产的木塑复合材料,不仅有利于治理污染,而且节约木材资源,具有良好的社会效益和经济效益,将是一种极有应用前景的复合材料[11]。在本次实验的过程中本团队向其中加入一些抑菌剂，使制成的木塑材料具有防止霉菌的侵染。不仅有效的保护木塑材料而且使之使用范围更加广泛。
参考文献
[1] 霍中玲,谢兆设,陈猛等.木塑复合材料型材配方工艺研究[J]. 工程塑料应用,2007,35(5):33-35.
[2] 蔡绍祥,喻云水. 木塑复合材料的应用及其发展前景[J]. 西部林业科学,2005,34(2):113-117.
[3] 石恒冲,李斌. 木塑复合材料界面相容剂的研究进展[J]. 化学与粘合,2007,29(1):44-48, 62.
[4] 高华, 王清文, 王海刚等. 马来酸酐接枝PP/PE共混物及其木塑复合材料[J]. 林业科学,2010,46(1):107-111.
[5] 蔡红珍,彭思来,柏雪源等. 木塑复合材料的加工技术[J]. 山东理工大学学报(自然科学版),2006,20(3):103-106.
[6] 吴亚坤. 葵花秆/聚乙烯轻质复合材料制备工艺及性能研究[D].内蒙古农业大学,2013.
[7] 零胜,陆坛锋,蓝华云. 用于粉碎含有长纤维的作物的高效粉碎机[P]. 广西：CN104028352A,2014-09-10.
[8] ] 欧阳彦辉,徐春雷,张娜娜等. 木塑复合材料原料、工艺和设备的研究进展[J]. 木材加工机械,2007,06:40-44.
[9] 栾晓春. 塑木复合材料力学性能及其制备工艺的研究[D].东北大学,2006.
[10] 余旺旺. 木塑复合材料耐腐性能研究[J]. 南京工业职业技术学院学报,2012,12(4):22-24 31
[11] 沈凡成,贾润礼. 木塑复合材料的研究进展与发展前景[J]. 塑料助剂,2010,01:5-9.
3. 设计方案和技术路线
研究方案：
1.中药材的废弃物的粉碎，干燥。原材料首先要经过干燥，然后进行粉碎成所需要的大小。
2.粉碎好的材料要提高他们的界面相容性，使之能更好的与塑料进行相融合。
4. 工作计划
2022年1月 课题的确定，资料的查询
2022年2月 撰写综述和开题报告
2022年3月 对实验进行准备工作
5. 难点与创新点
1.使用中药材废弃物来代替传统的木粉、稻壳；
2.在粉碎的过程中由于含有长纤维所以要使用专业的粉碎机进行切割；
3.由于使用的填充物是废弃的中药材，所以使用的助融剂要不同与木粉的助融剂；
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