孫希陽，蘇 瓊，王鴻靈，任 敏，賀豐洋，王作棟

(1.西北民族大學(xué)化工學(xué)院，甘肅 蘭州 730030；2.甘肅省高校環(huán)境友好復(fù)合材料及生物質(zhì)利用省級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730030)

1 引言

隨著社會的進(jìn)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(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會對板材的需求。因此，使用來源豐富的農(nóng)作物秸稈制造無膠人造板材來緩解木材資源的不足，已經(jīng)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(chǎn)人造板已有很長時間的歷史，在20世紀(jì)50年代初期時，位于西部沿海的比利時就建立了一條以農(nóng)作物亞麻秸稈為原料的生產(chǎn)線。1985年，Germán Quintana及其同事[1]以農(nóng)作物玉米秸稈和甘蔗渣為主要原料，制備出了復(fù)合材料碎料板，該農(nóng)作物秸稈無膠人造板的強(qiáng)度可達(dá)到加拿大國家對板材物化性能的要求。

21世紀(jì)初，Xu及其團(tuán)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(jī)械性能、IB內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)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(qiáng)度呈正相關(guān)關(guān)系。

1.2 國內(nèi)無膠人造板的發(fā)展

20世紀(jì)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(chǎn)線。2008年，何翠芳等[4]以棉花秸稈為原料，在200 ℃下進(jìn)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(jīng)測試，該農(nóng)作物無膠人造板可達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。

2010年，金濤等[5]人以農(nóng)作物紅麻桿為基礎(chǔ)研究材料，進(jìn)而制備出無膠碎料板，最終得出該材料的抗彎強(qiáng)度及材料內(nèi)部強(qiáng)度與材料的密度呈正相關(guān)的結(jié)論，而吸水厚度率與密度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。2011年，任博文等[6]人選用多種農(nóng)作物秸稈來作為原料，并采用堿木素來將原料進(jìn)行活化處理，試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)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(yīng)6 min時，制備出的農(nóng)作物秸稈無膠人造板具有較好的力學(xué)性能。

2 農(nóng)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(jìn)行預(yù)氧化處理，以此達(dá)到活化的目的，并通過使用相關(guān)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(yù)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(bǔ)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(jìn)行預(yù)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(yù)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(guān)的酶試劑等。以此來達(dá)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(chǎn)物少、無污染且過程溫和的特點(diǎn)。

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(jié)，在一定的條件下，通過使用模具，在其內(nèi)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(zhì)材料的活化效果將更佳，且這樣壓出的人造板強(qiáng)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(yù)處理中使用酸溶液，從而達(dá)到去除原料里部分雜質(zhì)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(jié)構(gòu)造成一定的破壞，并產(chǎn)生多余的副產(chǎn)物，加大了生產(chǎn)的難度。

2.5 蒸汽減壓法

蒸汽減壓法指的是在密閉容器內(nèi)，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(nèi)破壞原料的結(jié)構(gòu)并達(dá)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(diǎn)是噴蒸熱壓機(jī)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(nèi)的傳熱效率，通常使用噴蒸熱壓機(jī)，該設(shè)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(jìn)而提高了板材的生產(chǎn)效率。

3 結(jié)語

國內(nèi)外研究者均以農(nóng)作物的秸稈部分作為研究的基礎(chǔ)材料，并對材料進(jìn)行了不同程度的研究，雖然農(nóng)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(jìn)展。用農(nóng)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(hù)環(huán)境、減輕環(huán)境壓力、維護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)平衡。因此，用農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)無膠人造板在未來的發(fā)展將具有更加廣闊的前景。