人造板工业的环保问题.doc

我国非木质人造板与无甲醛人造板的研究现状及前景关键字 竹/木复合人造板 秸杆人造板 无甲醛人造板 环保摘要 本文从环保的角度出发，分析了我国人造板工业所面临的情况，讲述了我国非木质人造板的研究现状及前景；结合现今甲醛污染问题，讲述了我国无甲醛人造板的研究现状及前景，以及，非木质和无甲醛人造板的加工与制备情况。 人造板产业是我国国民经济重要的产业之一，其产品用途十分广泛，主要用于建筑和装饰装修材料、家具、木地板、包装材料以及汽车和体育文化用品等方面。2005年我国人造板总产量为6393万立方米，位居世界第一，其中胶合板2515万立方米，纤维板2061万立方米，刨花板576万立方米，细木工板982万立方米；人造板产业的总产值已经超过1000亿元人民币1。然而随着经济的发展和人口的增长,人类对木材和木制品的需求不断上升。因森林资源的减少和森林砍伐的限制,使得木材供需矛盾日益突显。我国是一个森林资源贫乏的国家，森林资源不足是困扰我国林产工业发展的一个瓶颈。我 同时在我国，由于人造板产品主要用于家具和室内装修（木地板和各种装饰板等），大多数人造板生产使用含甲醛的胶粘剂（其中脲醛胶用量已经达到含甲醛胶粘剂用量的8 0），因此，随着人造板产品在室内的广泛使用，其甲醛污染对人体健康的危害，已成为亟待解决的社会问题。早在2002年世界卫生组织在其发布的2002年世界卫生报告中，明确将室内空气污染列为威胁人类健康的十大因素之一。在2004年6月5日世界卫生组织发布第153 号公告中，宣布甲醛为强烈致癌物。在现今，森林资源的锐减，甲醛这类有毒气体的排放，给人类身心发展带来严重的影响，更是给人类赖以生存的家园地球带来了大灾难。当今世界，走和谐社会，注重环保，坚持可持续发展的道路是最重要的课题。我国的人造板的需求量很大，但是我国又是一个森林资源匮乏的国家。为了能保证国家资源的良好发展，有很多人开始致力于非木质资源的人造板生产的研究。是 我国的竹材资源相对丰富,产量和面积均位于世界第一,大力开发利用竹材资源,是缓解我国木材供需矛盾的有效途径之一。竹材强度高、韧性大、耐磨性好,作为工程结构材料具有广阔的应用前景,尤其以竹材和人工林木材制造竹/ 木复合材料,可以充分合理地发挥竹材和木材各自的特性,获得既降低生产成本,又保证产品内在和外观质量的双重效益,具有极大的发展潜力2 。我国的竹/ 木复合材料研究范围广, 内容丰富。南京林业大学竹材工程研究中心近20 年来,一直从事竹材材性、结构、物理力学等应用研究以及竹材产品的开发,成功开发出价格低于木质集装箱底板、各项性能符合使用要求的竹/ 木复合集装箱底板。此外,以国内速生材马尾松和毛竹为原料,应用正交异性复合层积板的弯曲理论,对竹/ 木复合集装箱底板的结构和性能进行了理论设计和验证,系统地研究了压缩率和成型工艺对竹/ 木复合集装箱底板性能的影响,并与传统热带阔叶树材集装箱底板的性能作了对比 3 。结果证明:合理的结构和工艺制造的竹/ 木复合板,其综合性能优良。 通常竹/ 木复合地板的结构是以竹材作为表层材料(利用其强度大、装饰性好的优点) ,以木条、木单板、中纤板作为芯层材料。产品按表面结构分为弦切和径切竹/ 木复合地板;按颜色可分为素色和碳化竹/木复合地板。竹/ 木复合地板可以充分利用径级小、材质较差的人工林木材,竹材利用率高、投资少、见效快, 国内已有许多厂家生产此类产品,但规模较小。某些竹/ 木复合材料品种存在着竹材利用率低的问题。据统计:竹材层压板的竹材利用率为50 %左右;竹席、竹帘胶合板45 %50 %;竹材胶合板35 %40 %;竹地板的直接利用率仅为20 %25 %。其原因一方面是竹秆自身结构决定,另一方面与加工工艺和技术密切相关 。因此,竹/ 木复合材料的开发研究应侧重竹材利用率高的竹/ 木复合产品,充分利用径级小的丛生竹等杂竹资源,通过合理匹配及界面调控,加之科学先进的复合工艺,生产新型竹/ 木复合材料,提高竹材综合利用率。如径切竹/ 木复合板,采用竹材径向剖篾、径向胶合的方法,使难以胶合的竹青、竹黄处于板材中的非胶合部位。此方法可大大提高竹材利用率,且可利用小径杂竹4 。 竹材与木材是两种性质不同的材料,需要设计合理的复合工艺,以达到最佳的复合性能。目前,开发的竹/ 木复合材料产品主要是应用在工程结构材领域,如集装箱底板、汽车车厢底板、水泥模板等,多偏重于复合材料的力学性能研究,而对于材料的其他性能,如尺寸稳定性、防腐、阻燃性等则鲜有报道。随着竹/ 木复合材料的发展及其使用范围的拓展,这些性能的改进和提高也将成为研究的重点。密度是人造板重要的指标之一,密度的大小决定了人造板的其他物理力学性能。竹/ 木复合材料由于具有结构和性能的可设计性,可以通过科学的结构设计复合工艺,在保证复合材料力学性能的同时,降低其密度,不仅可以降低成本,减少原料消耗,而且可以改善使用性能。因此,开发轻质高强竹/ 木复合材料产品亦是今后的发展方向之一。 发展竹/ 木复合材料,对维护自然生态环境,保障天然林保护工程的顺利实施,促进林业的可持续性发展也将起到积极的作用。以竹/ 木复合集装箱底板为例,在开发竹/ 木复合产品之前,热带木材一直被当作集装箱底板的理想材料,竹/ 木复合集装箱底板的问世,不仅解决了集装箱原料的来源,也为维护热带雨林的生态平衡作出了贡献。 我国是一个农业生产大国, 每年产生将近亿的农作物秸秆。如何有效地利用农作物秸秆来替代木材资源,是近年来人造板行业关注和研究的一个热点。 早在上个世纪七八十年代到旧事年代初, 我国就发展了一批以一年生非木质植物纤维为原料的人造板企业, 诸如亚麻屑刨花板、稻壳刨花板、棉秆刨花板和纤维板、花生壳刨花板、甘蔗渣纤维板和刨花板等, 约新建及改建了17条生产线, 形成了约40.3万立方米的非木质人造板的生产能力。但由于生产技术不成熟、原料收集及贮存成本较高、市场较难开拓及资金不足等方面的原因, 大多生产线最终被迫转产或关停。近年来随着以麦秸刨花板为代表的以一年生植物纤维秸秆为原料的人造板生产技术的日臻完善, 许多企业将投资重点转移至秸秆类人造板行业当中, 其中有麦秸刨花板、稻草刨花板等。但是, 农作物秸秆毕竟不同于木材, 利用其进行工业化生产还有相当多的难题需要解决, 还有许多艰辛的工作需要做。在利用秸秆生产人造板的工业化道路上, 存在着两种工艺方案。一种以机械破碎方式制备秸秆碎料,通过铺装、热压、后处理后制得刨花板或碎料板的方案。此种方案是目前大多数已经投产的秸秆人造板工厂采用的技术方案。其制成的产品从工艺上说是碎料板, 从外观和物理力学性能上说接近于纤维板。另一种方案是以脉醛树脂为胶猫剂, 采用机械热磨的方式制备秸秆纤维, 通过铺装、热压、后处理后制得纤维板。刨花板或碎料板的生产方案是目前广泛采用的一种技术方案, 近年来以对麦秸、稻草秸秆剩余物研究和实践进行的最多。因为麦秸、稻草秸秆原料表面富含蜡质层和灰份等不利于胶合的成分, 制得的秸秆碎料不经过改性处理, 难以用脉醛树脂胶合, 因此各工厂均采用异氰酸醋作为胶薪剂。尽管该方案在生产过程中遇到了原料制备困难、粘板、铺装板坯初猫性不够等一系列问题, 但随着科研技术和生产实践的不断深人, 上述问题一一得到了解决。纤维板生产方案近年来采用不多, 但是在以甘蔗渣为原料生产蔗渣纤维板的实践中, 国内外均有成功的经验。因此无论是碎料板还是纤维板生产方案, 尽管不象木质人造板生产技术那样成熟完善, 尽管还存在着一些技术上的难点和瑕疵, 但是从工艺技术总体上说,只要在生产实践中认真对待、重视这些问题并加以研究, 是可以解决秸秆板生产技术问题的。发展竹/木复合人造板和秸秆人造板,促进了我国人造板产业的多方发展,同时节约了我国的木质资源,保护了我国的环境,维护了自然生态环境。在人造板工业中,另一个严重影响人类身心健康的就是甲醛的排放,违背了“和谐发展”这个大前提。在众多防治人造板甲醛污染的解决方案中，采用无甲醛人造板生产工艺技术制造无甲醛人造板是行之有效的解决途径之一。无甲醛人造板是指在人造板生产过程中，以原生态的木材或木质组元（如木材单板、刨花、纤维等）为原料，以完全无甲醛材料，如淀粉、动植物蛋白、塑料以及异氰酸酯等为胶粘剂，按相应的人造板工艺加工制造的人造板材及其各种二次加工产品。根据不同的木材组元形态和加工工艺，无甲醛人造板可以分为无甲醛胶合板，无甲醛刨花板，无甲醛纤维板，无甲醛细木工板；根据板材的最终用途，可将这些板种进行不同的表面加工，如贴面、模压等，形成各种二次加工产品，如无甲醛装饰板，无甲醛家具板，无甲醛实木复合地板，无甲醛强化木地板等。人造板的甲醛主要来源于胶粘剂。无甲醛人造板采用无甲醛材料为胶粘剂，根据胶合材料的不同，无甲醛人造板的生产工艺也需相应的改变。目前，制造无甲醛人造板使用的胶粘剂主要有3类：异氰酸酯胶粘剂，生物质胶粘剂和热塑性树脂（塑料等）胶粘剂。以异氰酸酯为胶粘剂的无甲醛人造板技术在国内已经得到应用，目前主要用于难胶合的、以稻麦秸等农业秸秆为原料的刨花板生产。由于异氰酸酯的价格较高，在刨花板生产中需通过工艺和设备的改进达到既可降低施胶量又能保证产品质量。使用特殊的高效喷胶技术，将异氰酸酯胶粘剂形成细小雾滴均匀地喷在刨花上，既可以保证施胶的均匀性，又可以达到降低施胶量的目的，该技术是解决异氰酸酯人造板制造的关键技术之一。生物质胶粘剂人造板是指以淀粉和各种动植物蛋白质，例如豆粉、骨胶、血胶等生物质材料为胶粘剂制造的人造板材。该种人造板材在上世纪初中期曾经非常流行。由于生物质胶粘剂的耐水性较差，在低价质高的脲醛胶被发明并用于人造板制造技术之后，逐步被脲醛胶人造板取代。近几年来，由于脲醛胶人造板的游离甲醛释放问题越来越引起人们的关注，用生物质材料替代脲醛胶制造人造板的问题又被重新提起，并逐步成为无甲醛人造板的一个新的研究热点。在当代生物质胶粘剂的研究中，解决生物质胶粘剂的耐水性能差的问题是一个需要突破的重要方面。因此必须对淀粉、豆粉等生物质材料进行改性，即通过对淀粉、豆粉的物理和化学改性以及通过探索新的人造板制造工艺，来提高以这类材料为胶粘剂的板材的耐水性能，使其能够达到现有脲醛胶人造板的物理力学性能指标。 国内以各种塑料或回收塑料（热塑性树脂）为胶粘剂制造人造板材的研究工作开始于上世纪9 0年代初。目前热塑性树脂刨花板（木塑复合刨花板）的生产技术已经成熟，并建成多个示范生产线。热塑型树脂胶合板（木塑复合胶合板）和以该种胶合板为基材的无甲醛实木复合地板的加工生产线也正在建设之中。与传统的人造板加工工艺不同，在热塑性树脂人造板的加工工艺中取消了涂胶或拌胶工段，但是热压后的板材要经过冷处理。根据“ 无甲醛人造板是以原生态的木材或木质组元为原料，用无甲醛胶粘剂通过一定的加工工艺形成的一种人造板材” 这一定义，无甲醛人造板的首要特征是“无甲醛”。在对无甲醛人造板进行甲醛含量检测时，有时会检测出极微量甲醛，这主要是由于木材在生长代谢过程中，甲醛作为其代谢物留存在木材内部所致。这种微量甲醛含量不会对人体造成危害。无甲醛人造板必须遵循的一个原则是：所制造的无甲醛人造板的物理力学性能必须达到现有普通人造板的相应标准指标，否则将不准进入市场和使用。生物质胶粘剂人造板至今难以形成成熟技术，关键是没有解决好该种板材的耐水性问题。但是，对于以热塑性树脂为胶粘剂的无甲醛人造板，其板材耐水性能优于普通人造板则是其特征之一。 用无甲醛人造板产品替代现有的人造板材用于室内装饰、家具等，将有效地解决我国室内环境的甲醛污染问题。为我国的人造板产品摆脱游离甲醛释放问题提供一条新的解决途径5 。 日本横滨国立大学的研究结果表明, 人造板中的甲醛释放期为3至15年。为了降低环境中甲醛的浓度, 国内外目前采取了以下措施控制材料中甲醛的释放量、增大换气量、使用空气净化器、喷涂甲醛捕捉剂及使用甲醛吸附纸等。针对目前清除环境中游离甲醛的措施所存在的问题, 以及家具和室内装饰、装修材料中甲醛释放周期长的特点, 研究了一种清除环境中游离甲醛的新产品甲醛清除膜。在室内、家具或车内贴、挂或铺一定数量的甲醛捕捉膜, 可以经济方便地清除环境中的游离甲醛。甲醛清除膜由多孔性载体材料、高效吸附剂和触媒组成。多孔性载体材料除承载高效吸附剂和触媒外, 其本身大量的经基和由不同孔径组成的毛细管网, 对甲醛有一定的吸附作用。高效吸附剂是由十几种无机化合物经水化、活化反应形成的多孔性物质。在范德华力、吸附剂与甲醛分子之间化学键的共同作用下, 甲醛清除膜周围的气态甲醛被吸附到甲醛清除膜中, 并在毛细管中凝结。甲醛清除膜是一种厚度为一的膜状材料, 提供了吸附剂与被吸附物之间最大的接触面。人造板的制作和胶粘剂密不可分，要限制甲醛的含量，必须采用新技术新材料来发展胶粘剂的制作。同时要注意环保，不能随意的对生态环境排放污染气体。发展非木质材料的复合人造板也是从节约国家森林资源，保护生态环境的着力点出发。现在的人造板工业，还有很多不