陈友治1　　高文健2(1.武汉理工大学材料学院,湖北　武汉　430070;2.湖北荣德实业有限公司,武汉　430078)

1 引　言
　　我国经济的飞速发展和农村能源结构的调整,使农业剩余物不再是农民生活用燃料的全部,过量的农业剩余物,特别是秸杆等如何处理,已经成为农民的包袱。过去很长一段时间,农民利用焚烧的办法,还肥于田,但效果并不明显。这不仅浪费了资源,而且污染环境,对交通运输和航空安全也构成威胁。因此,如何综合利用农作物秸杆资源,已引起政府等有关部门的高度重视,成为全社会十分关心的话题。我国是个农业大国,特别是小麦种植面积广泛,麦秸年产量达到1亿t,其资源十分丰富。麦秸的化学成分与木材很相似,纤维素和木质素含量高。如何利用麦秸代替部分木材制造人造板,使其变废为宝,达到综合利用,已成为世界上研究和应用的热点。近年来,我国木材加工行业,特别是人造板生产行业,进行了大量的麦秸人造板方面的研究与生产实践,取得了一些可喜成果。
2 意义和前景
　　我国森林资源贫乏,森林覆盖率仅16.55%,远低于25%的世界平均水平;人均拥有森林蓄积量8.6m3,远远低于世界平均水平71.8m3。木材在我国已呈匮乏之势,目前年人均消耗量只有0.22m3,而世界平均水平为0.65m3,发达国家平均为1.16m3。随着经济发展,对木材的需求量会越来越大,靠过去那种过量的采伐,不仅满足不了需求,而且已造成水土流失、旱涝灾害频繁、土壤沙漠化、沙风暴严重、生态环境日益恶化等严重后果。为此,国家制定了禁伐、限伐政策,启动了天然林保护工程。因而,节约木材、发展木材代替品,将是国家林业和建材行业长期的发展方向。人造板生产是木材消耗大户,自20世纪70年代起,世界人造板消耗量就以年均3%的速度递增,到2000年已达到1.5亿m3。其中,人造板在我国的年均消耗速度远高于世界平均水平。根据统计和预测,2000年我国人造板消耗量达2200万m3,2005年将达2800万m3,2010年将达3300万m3,市场容量逐年增加。这是因为随着人民生活水平的提高和居住环境美化意识的增强,室内外装饰装修已成为城市和乡镇建设发展的重点和经济增长的热点,因而对主要作为装饰装修材料的人造板的需求不断增长,年耗量巨大。但当前乃至很长一段时间,传统的木质人造板在我国发展的空间十分有限,其生存将面临木材资源紧缺、保护生态环境等重大挑战。根据国内外已形成的工业化生产实践证明,利用农业剩余物秸杆生产的人造板,质轻、高强、保温、隔音、机械加工性能好,生产和使用过程中无游离甲醛放出,可锯、钻、刨、钉,产品性能可以达到美国标准中级工业要求,完全可以与木质人造板相媲美。在非木质人造板工业中,当属麦秸资源丰富,化学成分与木材也很相似,纤维素和木质素含量高。若利用其中的3%～5%,就可以生产300～500万t人造板,可以替代1000～2000万m3的原木,相当于减少了20%～40%木材的缺口。若将其焚烧掉,将产生二氧化碳近100亿m3,灰尘50万t,给环境造成极大污染。可见,利用麦秸生产人造板,技术可行,市场前景广阔。
3　发展中急需解决的问题和建议
3.1 麦秸的收购和贮存
　　麦秸是季节性农业剩余物,尽管年年用年年有,是取之不尽的资源,不存在原料短缺的风险,但其资源分布面广、质轻、易着火,要求收购范围较广,贮存面积大,加上麦秸糖分较多,易霉烂,这些都给麦秸的收购、运输、贮存、防火等带来一系列问题。解决方法可参考大型造纸厂对原料的处理经验,也可参照国外一些生产厂家的做法,如在麦秸收集地对原料先进行粗加工等。
3.2 确定麦秸人造板生产工艺
　　制造麦秸人造板的工艺有两种:一种是中密度纤维板工艺,工艺流程为:原料→先期处理→切断→风洗→纤维制备(热磨)→施胶→纤维干燥→纤维铺装、预压→热压→冷却→锯边→砂光→检验→入库。其中,纤维制备和热压工序十分关键。这种工艺的最大优点是可用传统的、价格比较便宜的醛类树脂胶做胶粘剂,但缺点是麦秸出纤维率较低。另一种是刨花板生产工艺,与前种工艺的最大区别在于没有纤维制备工序,工艺中施胶、原料铺装和热压十分关键。其最大优点在于麦秸利用率高,缺点是需要采用一种特殊的胶粘剂——异氰酸酯胶(MDI)。这种胶的前夕贮存期较短,且价格昂贵,还需特殊保存。至于采取何种工艺,需比较各自优缺点,做出最佳选择。但根据目前国内外的实践情况,采用刨花板工艺生产麦秸人造板技术较成熟,并积累了一些经验。
3.3 热压工艺的选择和参数确定
　　热压工艺是整个板材成型中最重要的工艺。板坯在热压机中通过温度、压力和时间的作用,使胶固化并与原料交织成为坚固的板材。目前国际上比较流行的有3种热压成型方式:第1种是连续平压法,此法是当今最先进的技术,主要由几家德国人造板机械供应商提供,其优点是产品厚薄误差小,可达±0.1mm,成品板不用砂光,成品截边损耗少,且对胶粘剂粘性要求低;缺点是机器占地大,一次性投资大。第2种是辊压法,这种工艺方法比较经济,指标也很好,缺点是不能生产10mm以上的中厚板。第3种是多层压机平压法,对于8～32mm厚度范围的板材来说,这是最经济的选择,但该工艺由于进出板系统的影响,对板坯的要求较高,对前夕的粘性和施胶量都有较高的要求,产品厚薄误差较大,砂光量较大。从人造板的发展方向来看,厚板和薄板是并行的2种,将长期存在。因而选择第1种和第3种工艺较佳。笔者认为,年产量10万m3以上的麦秸人造板生产线,宜选择国外热压设备,采取连续热压法为佳;年产量为5万m3左右的麦秸人造板生产线,从节省投资的角度看,可选择国产热压设备,第1种和第3种工艺均可。
3.4 胶粘剂
　　前面谈到目前较成熟的经验是采用刨花板工艺生产麦秸人造板。由于麦秸中SiO2和石腊含量较多,它们在麦秸表面形成非极性的表层结构,影响了胶粘剂与麦秸之间的结合力,因而传统的脲醛树脂胶等不适于做麦秸人造板粘合剂,需采用一种特殊的胶粘剂,即二苯基甲烷二异氰酸脂(MDI)。它是一种化学性很强的物质,含有R-N=C=O基团,能与含有活性氢的物质如水、醇、胺、酸等起反应,形成强度高、耐水、耐化学性好的固体聚合物,且无毒、无害、固化快、抗水性极好。但MDI胶贮存期较短,需特殊保存,而且价格昂贵。为此,宜引进国外先进技术,在中国合资或合作办厂,提高中国MDI胶的质量和产量,降低其成本,推动麦秸人造板工业的发展。
3.5 麦秸
　　人造板的贴面进行人造板深加工,是人造板工业的发展方向,其中最重要的深加工产品是各种各样的贴面板。通常以脲醛树脂等醛类胶做胶粘剂的人造板,贴面常采用经济适用的三聚氰胺浸渍纸,它们之间的相容性很好。而麦秸的表面是含有较多SiO2和石腊的非极性结构,与三聚氰胺的胶粘性可能会不理想。另外三聚氰胺胶与MDI胶的相容性、贴面参数的确定等方面的工作几乎还是空白,这些将是下一步科研和生产过程中必需解决的重大课题。3.6　提高麦秸人造板的耐腐蚀性
　　由于在麦秸的化学成分中,糖及淀粉含量较高,麦秸经粉碎后,表面的SiO2和石腊膜被破坏,因而易受腐蚀菌的侵蚀,使板失去原有的强度和性能。因而,研究麦秸人造板的耐腐蚀性,延长其使用寿命,保持其强度和性能就显得十分重要。此外,在麦秸人造板生产过程中,还有很多重要问题需要解决,如怎样确保施胶均匀、如何解决粘板及如何铺装等。麦秸人造板是通过加工农业剩余物而制成的一种绿色环保板材。麦秸人造板的发展具有广阔的市场,其生产应用对解决我国木材供应量的日趋紧张,有效利用农业剩余物,解决农业废料燃烧给环境造成的污染,保护生态环境,都将起到十分积极的作用。当然,目前发展麦秸人造板工业还有很多必需解决的重大问题,相信经过同行的努力,在不久的将来,麦秸人造板作为生态环保材料,会越来越多地代替木质制品,产生巨大的经济、社会和环境效益。