第6章 生物质材料化利用原理与技术.doc

第6章 生物质材料化利用原理与技术主要内容 .第一节 生物质材料概论 .第二节 生物质重组材料 .第三节 生物质复合材料 .第四节 生物基可降解塑料第1节 生物质材料概论石油化学工业提供了大量合成材料 建材：地板、家具防水材料和油漆 汽车：轮胎橡胶 家用电器：外壳 农业：化肥、农药 生物质材料定义 以灌木、草本植物以及林业剩余物、废弃木材、农作物秸秆等生物质资源为原料，通过物理、化学和生物学等技术手段，加工生产的新材料。 生物质重组材料、生物质复合材料、生物质胶粘剂、生物质基塑料以及生物质化工产品等。 我国生物质资源丰富 农作物秸秆：约为8.4亿吨 林业剩余物：约为1.61亿吨 生物质材料的分类 .生物质重组材料：各种人造板包括麦秸板、稻草板 .生物质复合材料：木塑复合材料、农作物秸秆复合材料 .生物塑料 聚乳酸(PLA) 淀粉基聚合物 聚羟基脂肪酸酯(PHAs) 聚氨酯国内现状 .我国目前发展良好的生物质材料主要有木塑复合材料、麦秸板、稻草板、生物质基胶粘剂和生物塑料等。 .木塑复合材料和农作物秸秆复合材料产量已跃居世界前列。胶粘剂 .胶粘剂应具备的条件 应具有足够的流动性，对固体表面有很好地润湿。 各种胶粘剂使用时的特性不一样，应根据使用要求具备不同的使用性能。使用性能主要有粘度、浓度、活性期、固化条件、固化速度等。 胶粘剂固化后能形成牢固的胶层，具有化学稳定性，制品具有足够的耐久性。 胶粘剂形成的胶接接头在其体积收缩时，产生的内部应变要小，应具备逐渐消逝的能力。 胶粘剂的分类 第2节 生物质重组材料 生物质重组材料人造板 是以木材或其他非木材植物为原料，经一定机械加工分离成各种单元材料后，施加或不施加胶粘剂和其他添加剂胶合而成的板材或模压制品。 人造板的原料 天然林 (竹材 人工林 农作物秸秆)人造板分类根据植物原料形态 (1) 以单板、板、片为主的产品 (Veneer-based Panel) 胶合板 (2) 以刨花为主的产品(Particle-based Panel) 刨花板或碎料板 (3) 以纤维为主的产品(Fiber-based Panel) 旋切 .旋切过程：木段在卡轴带动下回转，旋刀直线进给，沿着旋转的木段切下薄片木材（单板）的切削运动。 .单板厚度：木段回转一周刀的进给量。调节旋刀的进给量，可得到不同厚度单板 。胶合板的特点及应用 .胶合板有变形小、幅面大、施工方便、不翘曲、横纹抗拉力学性能好等优点。 .主要用在家具制造、室内装修、住宅建筑用的各种板材。 .其次是造船、车箱制造、各种军工、轻工产品以及包装等工业部门之用.麦秸均质板 .麦秸均质人造板是以农业废弃物麦秸为主要原料经特殊工艺将麦秸制成所要求的碎料形态后，施加少量生态胶粘剂，高温热压而成的一种复合板材。麦秸均质板 万华禾香板 主要应用于制作家具、制作强化地板等地面材料的基材；用于制作厨房家具的基材；用作建筑材料，如建筑上使用的水泥模板等。纤维板特点.各部分构造均匀 .质地坚密，吸水性和吸湿率低，不易翘曲、开裂、变形 .同一单面内各向强度均匀，隔声、隔热、电绝缘性好 .幅面大，加工性能好，利用率高，来源广，制造成本低 .是小城镇建设的重要发展产品 一次性可降解餐具.产品形式：一次性方便碗、餐盒、碟及托盘 .使用温度：-16-100 .生产线特点：热压成型，成本低于纸制餐具，无三废排放 .原料来源：稻壳、麦秸等 第3节 生物质复合材料生物质复合材料 指以植物碎料为填料，与无机矿物材料或塑料复合而成的一种板材，用作建筑材料或包装材料。木塑复合材料（ Wood-Plastic Composites，WPC）是用植物纤维填充、增强的改性热塑性材料，经挤出、压制或发泡成为型材、板材或其他制品。 .用途：代替木材、代替塑料 .性能：具有两者的综合优点 .是当前生物质材料发展的一个重要方向 木塑复合材料特点 良好的加工性能：木塑复合材料内含塑料和纤维，因此，具有同木材相类似的加工性能，可锯、可钉、可刨，使用木工器具即可完成，且握钉力明显优于其他合成材料。机械性能优于木质材料。握钉力一般是木材的3倍，是刨花板的5倍。 良好的强度性能：木塑复合材料内含塑料，因而具有较好的弹性模量。此外，由于内含纤维并经与塑料充分混合，因而具有与硬木相当的抗压、抗弯曲等物理机械性能，并且其耐用性明显优于普通木质材料。表面硬度高，一般是木材的2-5倍。 具有耐水、耐腐性能，使用寿命长：木塑材料及其产品与木材相比，可抗强酸碱、耐水、耐腐蚀，并且不繁殖细菌，不易被虫蛀、不长真菌。使用寿命长，可达50年以上。 40 优良的可调整性能：通过助剂，塑料可以发生聚合、发泡、固化、改性等改变，从而改变木塑材料的密度、强度等特性，还可以达到抗老化、防静电、阻燃等特殊要求。 具有紫外线光稳定性、着色性良好。 WPC最大优点就是变废为宝，并可100回收再生产，可以分解。 原料来源广泛：生产木塑复合材料的塑料原料主要是高密度聚乙烯或聚丙烯，木质纤维可以是木粉、谷糠或木纤，另外还需要少量添加剂和其他加工助剂。 产品可塑化：可以根据需要，制成任意形状和尺寸大小。木塑复合材料的优势 1、 资源再生化 二、产品可塑化 三、使用环保化 四、成本经济化关键问题 .生物质材料与塑料复合制造生物质塑料复合材料是一项对国民经济和社会的可持续发展均具有重要意义的工程技术 .其技术关键在于生物质材料与塑料之间的界面相容性与复合工艺木塑复合材料组成WPS的组成 基体 添加剂 填充物 用于室外桌椅、庭院扶手及装饰板、花箱、废物箱等 第4节 生物基可降解塑料 可降解塑料是在材料的化学结构上通过新的高分子合成技术引入易分散的基团，易断裂的化学键、易转移的原子或基团，或分子上连接或整体分子中惨合一些微生物可吞食的成分。这样在光照，机械震荡或微生物的作用下使分子链断链，结构被破坏，然后很快在自然中分解。 部分降解塑料 .淀粉基部分降解材料 .普通塑料与可完全生物降解材料的共混物 可完全生物降解塑料 .也叫生物降解塑料：能在堆肥条件（56-60 ,湿度大于80-90%）下, 能完全分解成二氧化碳和水的高分子塑料。 .用天然生物材料如淀粉和纤维素的改性材料制成的塑料 .化学合成的聚酯：聚乳酸（PLA)）、聚己内酯（PCL）、丁二酸丁二醇共聚物(PBS) 、二氧化碳共聚物（PPC）等 .微生物发酵合成的高分子化合物：聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯(PHA) 生物可降解塑料存在的问题 .可控性问题：降解的时效性 .价格偏高：降解塑料比同类塑料产品的价格高4-5倍。 .使用性能：降解性影响力学性能；湿强度差，一遇水则力学性能大降。 生物基聚氨酯 . 聚氨酯是一类用途广泛、性能优良的高分子合成材料 .产品形态多样，广泛地应用于各种绝热、防震、隔音、轻质结构件