关于稻秸秆人造板的几点思考

关于稻秸秆人造板的几点思考

中国是一个拥有众多农业国家的国家，水稻是主要的收获品种。按照传统的吨粮吨草估算,每年约生产2.5～3亿t稻秸秆。资料表明,传统的稻秸秆利用方式主要有如下几种:(1)作为墙体和屋面的建筑材料;(2)用于纸浆造纸;(3)作为燃料;(4)用作肥料;(5)用作手工业的原料等。随着科学技术的发展和人民生活水平的不断提高,传统的稻秸秆利用方式逐步弱化,有的已经被淘汰。大量的稻秸秆迫切地需要寻找出路,每到收获季节,农民常常在农田中焚烧稻秸秆,污染环境,影响交通,已成为严重的社会公害。有关部门已经多次下文,明令禁止焚烧秸秆,但由于未给稻秸秆指出一条行之有效的出路,致使有令难行,有禁不止。科技工作者经过长期的探索和攻关,提出了以稻秸秆为原料,发展稻秸秆人造板生产,并最终形成稻秸秆人造板产业的构想。我国科技人员在这方面的研究保持了紧跟世界发展步伐的态势,在基础理论研究和工业化生产方面处于世界先进水平。在发展稻秸秆人造板生产的过程中,有必要处理好下列八个问题。1原料供应充足我国许多地区都种植水稻,据统计,全国常年水稻种植面积约为4.3亿亩,产生稻秸秆约2.5～3亿t。除了部分被用于还田、作燃料和造纸等用途外,至少还有50%没有找到出路。根据生产试验的统计结果,每m3稻秸秆人造板约消耗1.2t稻秸秆。以目前我国已经建好的稻秸秆板生产模式而言,一条年产5万m3稻秸板生产线,年消耗稻秸秆6万t,按每亩地产600kg稻秸秆计,需要10万亩农田支撑。一般说来,原料的提供半径以圈定在50km内为宜。考虑到现在公路交通已相当发达,也有把原料半径扩大到100km的趋向。在筹备建厂时,必须首先考虑原料供应。稻秸秆的价格视地区和供货情况不同而有所区别。在发达的东部和沿海地区,价格高于西部和经济落后地区。据调查,在田间收购原料每t售价为70～100元,将原料粉碎成碎料装袋后每t售价达150～200元。据此推算,一个年产5万m3稻秸板生产线,农民通过向该厂提供原料而收入1200万元,通过出售秸秆每亩农田可以增收120元,相当于多收了80kg粮食。有些地区可能存在这种情况,即稻秸秆原料的供应量不能满足建厂的需要,但该地区尚有其他原料补充,比如,麦秸,豆秸,油菜籽秆,桑条,棉花秆以及树木采伐枝丫材,可以把稻秸秆和其他品种原料按一定比例混合使用,完全可以制造出质量符合有关标准要求的产品。由于稻秸秆是一年生植物,原料分布广,给原料的收集和贮存带来了一定的困难,如果处理不当,常常会产生腐烂、霉变甚至自燃现象。经过广大企业和农民的探索,提出了“贮草于民”的模式,形成了“农民—中介经纪人—企业”三位一体的联合体。由中介经纪人分别与农民和企业签订购销合同,以乡镇作为原料收集贮存、初期加工与供需调节的原料供应基地。2稻秸秆表面元素组成稻秸秆原料鉴于生长条件的不同而呈现出不同的性状。比如,北方的稻秸秆因为生长时间长以及由于品种基因的缘由,秆儿长,秆径粗,密度大,强度高,较南方地区的秸秆更适于制造秸秆人造板。目前,水稻收割都是用联合收割机实行机器作业,机器作业的起点高度往往高于人工收割的起刀高度。扣除叶片和穗梢,则可用作原料的部分大为减少,这就是稻秸秆制造人造板原料得率不高的原因之一。经分析,稻秸秆的细胞结构如下:纤维长度0.47～1.43mm,平均纤维长度1.22mm,纤维宽度6.0～9.5μm,长宽比114,稻秸秆细胞形态如下:纤维细胞占46%,薄壁细胞占46.5%,导管占1.3%,表皮细胞占6.2%,其他细胞占1.4%。稻秸秆的化学组成如下:灰分17.1%,热水抽提物28.5%,苯醇抽提物7.83%,1%NaOH抽提物47.70%,木质素11.71%,纤维素38.04%,聚戊糖24.04%。仪器测试的结果表明,稻秸秆表面覆盖有一种不能用传统的脲醛树脂胶实行胶合的蜡状物质,还富含大量的硅物质,阻碍了稻秸秆与胶黏剂的胶合反应,这也是长期以来,稻秸秆人造板得不到快速发展的原因所在。目前,稻秸秆界面进行改性的主要方法有物理方法(包括水热处理、微波处理、等离子体处理等)和化学方法(包括酸碱溶液处理、生物预处理等)。研究结果表明,通过上述处理,可以使稻秸秆表面的硅物质和蜡状物质的含量有所减少,界面的活性有所增强,胶合性能有所提升。作为工业化生产,上述处理方法都受到一定的限制,工厂通常采用机械粉碎的方式,使物料的粒度控制在合理的范围内,筛网孔直径保持在Φ6～10mm。把机械粉碎前后的稻秸秆碎料用ESR、红外光谱和电子显微镜等仪器进行对比分析发现,经过机械粉碎后,碎料的表面自由能有所提高、自由基浓度有所增加,物料表面的羟基明显增多以及外露的纤维细胞大幅度增加,对提高胶合强度发挥了积极作用。用经过机械粉碎处理的稻秸秆碎料制成的板材,其物理力学性能可以达到木质刨花板国家标准的要求。3稻秸秆断裂剂生产胶黏剂基于稻秸秆表面属于非极性,因而用传统的氨基类树脂(包括酚醛、脲醛和三聚氰胺)制板均不能得到满意的物理力学性能,能够适用的胶种是异氰酸酯类胶黏剂。异氰酸酯类胶黏剂系从天然石油中提取,分为水溶性和溶剂性。目前,我国分别在烟台和宁波建有国产化的异氰酸酯树脂厂,在上海建有外商独资的异氰酸酯树脂厂,年总产量达50万t。异氰酸酯树脂的主要特点:(1)树脂中不含有甲醛,所以固化后的板材中不存在游离甲醛问题,属于环保类胶黏剂;(2)以水作为反应介质,对原料的含水率要求较宽松;(3)用该胶制得的板材可获得良好的力学强度和防水性能;(4)在生产过程中,若吸入雾化后的异氰酸酯,会引起呼吸系统的疾病,因此,要做好劳动保护工作;(5)异氰酸酯胶黏剂有粘板的特性,常用的防粘方法有如下诸种:(a)添加内脱模剂;(b)采用含聚四氟乙烯物质的垫板;(c)采用以纸、不施胶的原料作为表面隔离层;(d)施加外脱模剂。目前,异氰酸酯胶黏剂最大的问题是价格偏贵,大约为脲醛树脂的10倍左右,占产品成本和价格的70%左右,成为制约稻秸秆刨花板产业发展的一个主要因素。据介绍,已经进行了以下一些尝试,以期降低生产成本:(a)采用适当比例的脲醛树脂与异氰酸酯相混合,在保证产品质量符合要求的前提下,使生产成本有大幅度的下降;(b)以木材和秸秆按一定比例混合,降低异氰酸酯用量,从而降低总成本;(c)改变板材的生产工艺,减少异氰酸酯施胶量;(d)研制新型胶黏剂,降低胶黏剂价格。稻秸秆和麦秸秆相比表面特性有所区别,故在制造碎料板时,二者的工艺过程和所用设备大致相同;但具体的工艺参数存在着明显差别,其中异氰酸酯施加量有明显差异。一般说来,稻秸秆原料施胶量在4%～5%,麦秸秆原料施胶量为3%。所以,在条件许可的情况下,在稻秸秆原料中掺和一部分麦秸秆原料不失为一种降低产品成本的有效措施。4水稻人造板的产品模式据已经报道的资料,用全部或部分稻秸秆参与制造的产品有如下诸种:4.1墙体材料的选择将稻秸秆纤维或碎料与塑料、无机材料(如水泥、菱镁材料等)和必要的胶黏剂,经压制而成为墙板或模压成的墙体材料。目前,国内已有多家企业生产此类产品,该产品也已广泛地应用于房屋建筑。4.2压压板压压面为接枝密度较低参照木质刨花板的生产工艺流程,以稻秸秆为原料,经切草、粉碎、干燥、分选、拌胶、铺装、预压、热压、后处理(包括冷却、裁边、养生等)和砂光、检测等各道工序,以异氰酸酯为胶黏剂制成的一种板材,按照密度高低,分成低密度、中密度和高密度三类。目前国内已有15万m3的产能。4.3脂胶黏剂复合中密度纤维板的生产为了解决稻秸秆刨花板因使用异氰酸酯胶黏剂而导致成本增大的矛盾,提出了以稻秸秆和木材混合作原料(比如各占50%),以改性的脲醛树脂为胶黏剂,制造草木复合中密度纤维板的思路。该产品生产过程与木质中密度纤维板生产线相似,主要需要对原料进给、软化处理和纤维研磨进行改进设计。通常配套两台热磨系统,形成一线多产品的柔性生产机制。用该工艺生产的草木复合中密度纤维板其物理力学性能可以达到木质中密度纤维板国家标准的要求。在江苏灌云正在建设一条年产8万m3的草木复合中密度纤维板生产线,预计在2008年上半年可望投入生产。4.4其它秸秆保温材料这是我国从英国引进的技术,在辽宁建有两条生产线,上海人造板机器厂通过消化吸收,曾制造了国产化生产线,工业化生产出了称为“斯强板”的稻秸秆板。该板不需要添加任何胶黏剂,也不需要事先将原料加工成碎料,而是借助秸秆本身中所含的木质素在高温高压作用下,将原料挤压成长条状矩形墙体,再切割成方块状墙块,外表履有厚纸。据查阅有关资料,该材料具有隔热保温的特点,可以作为框架式结构建筑的内衬材料。除了上述产品品种以外,国内外还有稻草定向结构板(OSSB)、稻秸秆内衬保温平压板、稻秸秆包装垫块和稻秸秆保温纤维材料等产品。据查阅有关资料,目前国外农作物秸秆人造板生产主要集中在以麦秸秆为原料,生产国家集中在北美地区。我国现有的人造板厂主要用稻秸秆为原料外,还用到麦秸、油菜秆、棉花秆等。5工艺上的难点虽然稻秸秆板生产线与木质刨花板非常相似,但是毕竟二者所用的原料差异很大。因而在工艺上存在一些难点。除了以上叙述到的以外,还包括以下几点:5.1干燥负载不通常储存的原料含水率在10%左右,当年送到工厂的麦秸秆原料含水率在15%左右。由于使用异氰酸酯胶黏剂,允许干燥后的含水率稍高,约在6%～8%左右,这就表明稻秸秆原料的干燥负载不大,一般仅相当于木质刨花板生产的40%～50%。所以,要根据具体情况设计干燥系统和进行设备选型,以避免造成机械动力、能源和生产线能力的浪费。5.2雾化喷胶和环式拌胶的连接起来由于稻秸秆碎料堆积密度小,因而秸秆原料的表面积就相应增大。而异氰酸酯的施加量仅为4.5%～5.0%。可产生的胶液雾化粒子直径受限,故难于实现均匀拌胶的目的,影响了板材的胶合质量。通过反复研究,应用雾化喷胶和摩擦拌胶的理论,采用滚筒式拌胶机和环式拌胶机两者连接起来的组合式拌胶模式,使物料拌胶均匀度有了明显的提高。在其他条件不变的前提下,可使板材的内结合强度提高15%～20%5.3板坯强度低由于异氰酸酯的初黏性较差,加之稻秸秆碎料的可压缩性不高(一般低于10%)。因而板坯的强度较低。在板坯运输时,往往会受到摇动而发生塌边、破碎、甚至撕裂等现象。生产试验表明,不适合采用无垫板装卸系统,通常采用有垫板装卸和平面输送的方案。5.4热压机设计的影响稻秸秆的导热系数比木材小,因而传热速度慢,相同条件下的板坯热压时间会延长,一般在20～30s/mm左右,所以在设计或选用热压机时,一定要考虑这个因素。一般说来,在相同生产能力要求的前提下,稻秸秆用热压机层数要比木质板用压机增加30%。此外,还应通过高频加热,汽击法处理以及提高胶黏剂固化速度等途径来缩短热压时间,以提高生产线的生产能力。5.5犯罪时间发生的影响稻秸秆刨花板往往热压后含水率偏低。板材热压后置于有较大差异的大气空间中,在一段时间后,往往会吸湿、膨胀而发生翘曲变形(尤其是薄板更为明显)。为了克服以上现象,可以对板材进行养生处理,即把热压后板材放在养生处理箱后一段时间。在标准气候下进行人工处理,使其内部含水率实现移动直至平衡。6温度、时间、温度和焊接强度这里,列举给消费者的工业化稻秸秆碎料板的物理力学性能是由江苏鼎元科技有限公司提供的。该板的制造条件如下:原料:稻秸秆;胶种:异氰酸酯,施加量:4.5%;热压温度:180℃;热压时间:30s/mm板厚。经国家林业局南京人造板质量监督检验站检测,结果如下:厚度16mm;密度880kg/m3;含水率4.4%;吸水厚度膨胀率4.7%;静曲强度35MPa;弯曲弹性模量3280MPa;内结合强度0.91MPa;握钉力:端面2020N、平面:2249N。指标值达到和超过了木质刨花板国家标准规定的数值。由于制板采用的是异氰酸酯胶黏剂,不存在甲醛释放,但用穿孔法测试时,有时会测出甲醛微量值,这主要是来自稻秸秆原料本身。7价贵但性优原则目前,稻秸秆刨花板与木质人造板相比,具有无醛环保的优势和亮点,但也存在成本高、价格高的弱势和缺点。为了能开拓占领稻秸秆板的市场,必须充分发挥稻秸秆板价贵但性优的特点。到目前为止,已经成功地开发了稻秸秆用途有如下诸种:7.1稻秸秆板家具的开发当前社会上的家具,除了纯实木家具外,几乎所有用人造板做的家具都有一个十分严重的甲醛释放问题。用稻秸秆板复上木皮贴面,采用现在所用的家具制造工艺和设备,就可以生产出各项指标相当于木质人造板家具的稻秸秆板家具。力学强度、表面装饰、尺寸稳定等指标都符合要求的成套家具,包括办公家具、卧室家具、厨房家具、儿童家具、医院家具和餐馆家具等系列家具历经20个月的耐气候考验,仍旧保持着良好的功能和外观。7.2用吸音板作为外墙保温材已经开发出以下产品:(a)室内吸音墙板,既发挥了吸音的作用,又避免了若使用普通人造板外露表面积大而导致甲醛释放量过高。在大型文化体育设施中常常会用到这种吸音板;(b)框架结构房屋室内隔墙面板,或者用轻质板作为墙体的内衬保温材;(c)用稻秸秆轻质板作为门扇的内芯,替代普通木门;(d)稻秸秆板强化地板,以高密度稻秸秆板为基材,表面贴上耐磨木纹纸制成强化地板,再开出企口槽,按传统的安装方式铺装,这种新型强化地板,满足了消费者对无醛强化地板的追求。7.3客车工程用无醛稻秸秆板作为底板和侧板的党组织生活充分发挥无醛的优点,人们常常把稻秸秆板用于汽车内装用板,客轮房间隔板,随着我国家庭汽车的发展,房车产业逐步兴起,用无醛稻秸秆板作为底板和侧板的房车,效果很好。7.4工业包装领域这里分成两类包装。一类是利用稻秸秆板无醛的特点,做成各种小型或微型包装,用于食品工业、药品工业等。另一类是用于大工业设备运输包装,尤其是用于机床或各种重型机械出口等等,其中用草木复合中密度纤维板作为侧板的大型包装箱已经得到行业的认可。随着科学技术的不断进步和特种人造板制造与应用技术的不断更新,加之产品的生产和销售成本不断降低,稻秸秆人造板的用途也越来越宽广。8把稻秸秆作原料生产人造板生产原料结合起来,努力提高产品的利用率和市场竞争力稻秸秆作为一种人造板的原料已经得到了制板企业和消费者的认可,同时也受到了各级政府部