基于農作物秸稈制備無膠人造板的研究

孫希陽，蘇 瓊，王鴻靈，任 敏，賀豐洋，王作棟

(1.西北民族大學化工學院，甘肅 蘭州 730030；2.甘肅省高校環(huán)境友好復合材料及生物質利用省級重點實驗室，甘肅 蘭州 730030)

1 引言

隨著社會的進步，人們生活水平的提高，板材在家居、戶外步道、建筑等方面的使用量越來越大，但我國森林面積有限，且大多數(shù)地區(qū)禁止砍伐，僅依靠森林資源已經遠遠不能滿足社會對板材的需求。因此，使用來源豐富的農作物秸稈制造無膠人造板材來緩解木材資源的不足，已經迫在眉睫。

1.1 國外無膠人造板的發(fā)展

國外利用秸稈生產人造板已有很長時間的歷史，在20世紀50年代初期時，位于西部沿海的比利時就建立了一條以農作物亞麻秸稈為原料的生產線。1985年，Germán Quintana及其同事[1]以農作物玉米秸稈和甘蔗渣為主要原料，制備出了復合材料碎料板，該農作物秸稈無膠人造板的強度可達到加拿大國家對板材物化性能的要求。

21世紀初，Xu及其團隊[2]用紅麻桿為原料，研制了紅麻秸稈無膠碎料板，并探究了無膠碎料板的機械性能、IB內部結合強度和WA吸水厚度膨脹率的影響因素。2009年，Halvarsson等[3]人以小麥秸稈為原料，使用FeCl2及H2O2處理后，制備出了無膠纖維板，通過對比不同濃度的H2O2制備出的板材發(fā)現(xiàn)：在同等條件下，H2O2的濃度與小麥秸稈纖維板的強度呈正相關關系。

1.2 國內無膠人造板的發(fā)展

20世紀80年代，我國在南部省份建成10多家甘蔗渣碎料板廠，并且在浙江等地建成了稻殼板生產線。2008年，何翠芳等[4]以棉花秸稈為原料，在200 ℃下進行熱壓并維持6 min，可制備出研制出無膠棉稈纖維板，其厚度為4 mm，密度為0.85 g·cm-3，含水率約為15%，經測試，該農作物無膠人造板可達到國家標準。

2010年，金濤等[5]人以農作物紅麻桿為基礎研究材料，進而制備出無膠碎料板，最終得出該材料的抗彎強度及材料內部強度與材料的密度呈正相關的結論，而吸水厚度率與密度呈負相關關系。2011年，任博文等[6]人選用多種農作物秸稈來作為原料，并采用堿木素來將原料進行活化處理，試驗結果表明，當工藝熱壓參數(shù)為堿木素60 g，熱壓溫度為140 ℃，熱壓壓力4 MPa，反應6 min時，制備出的農作物秸稈無膠人造板具有較好的力學性能。

2 農作物秸稈無膠人造板的制備方法

2.1 氧化法

氧化法即是對原料進行預氧化處理，以此達到活化的目的，并通過使用相關的助劑，在一定的條件下，使用模具將原料制備成板材[7]。在預氧化處理中，一般使用硝酸類鹽、過硫酸鹽以及高氯酸鹽等，通常使用糖醇、單寧和順丁烯二酸酐來填補材料的縫隙。各類的無膠板材可以通過選用不同的原料，并搭配特定的氧化劑制備，也可以使用不同濃度的混酸對材料進行預處理，并通過熱壓的方式，得到不同種類的板材。

2.2 游離基法

游離法又稱自由基法，指材料的預處理一般會選用Fe2(SO4)3、FeCl3或者Fe2(CO3)3等含鐵化合物，H2O2、K2O2、CaO2等過氧化合物，以及相關的酶試劑等。以此來達到使得材料活化并引入一定的自由基，通過一定條件在熱壓下壓板成型。而選用酶試劑，與前兩者相比，具有副產物少、無污染且過程溫和的特點。

2.3 堿溶液活化法

堿溶液活化法不僅可以將原材料更好地活化，還能促使材料表面與界面的膠結，在一定的條件下，通過使用模具，在其內部熱壓成型。一般選用NaOH溶液、NaHCO3溶液以及Ca(OH)2溶液等來作為堿液。通過研究發(fā)現(xiàn)：若NaOH溶液中含有一定的甲基化木素，非木質材料的活化效果將更佳，且這樣壓出的人造板強度較大，耐水性能也相對較好。

2.4 酸溶液法

酸溶液法指的是在預處理中使用酸溶液，從而達到去除原料里部分雜質的目的，之后在一定條件下，通過縮聚的方式，使得板材成型。但是該方法會對原材料結構造成一定的破壞，并產生多余的副產物，加大了生產的難度。

2.5 蒸汽減壓法

蒸汽減壓法指的是在密閉容器內，加入一定的原料，隨后通入高壓蒸汽，維持一段時間后，迅速開閥減壓，從而使得原料的壓力差的作用下膨脹，在短時間內破壞原料的結構并達到分離的效果，在噴料口處通過超高速摩擦的方式，原材料被分為單體纖維和纖維束，并呈棉絮狀。

2.6 噴蒸熱壓法

噴蒸熱壓法的主要特點是噴蒸熱壓機的熱壓板上的蒸汽噴射孔按一定的規(guī)律排列，它們的直徑大約在1～2 mm。通常在熱壓板的邊緣均有密封框，密封框在制板的過程中可以防止蒸汽的泄露。另外，為了提高板坯內的傳熱效率，通常使用噴蒸熱壓機，該設備可通過噴射孔向板坯輸送飽和水蒸氣，從而縮短了板材成型的時間，進而提高了板材的生產效率。

3 結語

國內外研究者均以農作物的秸稈部分作為研究的基礎材料，并對材料進行了不同程度的研究，雖然農作物秸稈無膠人造板的歷程坎坷，但是在世界上許多國家都取得了較大的進展。用農作物秸稈制造無膠板材，不僅使秸稈的利用率大大提高，還有利于保護環(huán)境、減輕環(huán)境壓力、維護農業(yè)生態(tài)平衡。因此，用農作物秸稈生產無膠人造板在未來的發(fā)展將具有更加廣闊的前景。