国外农作物秸秆人造板工业化生产发展近况

国外农作物秸秆人造板工业化生产发展近况易平I概况利用农作物秸秆制造人造板的工业化生产，大概可以追溯到1921年，这一年美国建成首家蔗渣纤维板厂。40年代末以后，以蔗渣、麻秆、棉秆等经济作物秸杆为原料的人造板厂曾先后在一些国家有过不同程度的发展，但除少数蔗渣板厂和麻屑板厂外，大都未能长期存在下来。近年来，木材和人造板的需求增加而资源短缺，特别是越来越多的国家和地区为了保护大气环境而禁止或焚烧农田剩余物，重新引起了人们对利用农作物秸秆制造人造板的重视。利用的主要对象也转向数量最大的小麦、大麦、燕麦、水稻等谷类作物秸秆。环保压力很大的北美农业发达地区，在这次发展秸秆人造板的工业化生产中走在了前头。从1995年美国Primeboard(普朗波德)公司在北达科他州建成第一家麦秸人造板厂(年生产能力5.3万m3)后，每年都有新厂投产，至1999年达到了高潮。据有关媒体报导，1999年北美至少有6家秸秆刨花板厂在生产，其中1998年在加拿大马尼托巴省建成年生产能力23万m3、世界最大的Isoboard(艾索波德)麦秸板厂，受到世界瞩目;另外至少还有12家秸秆刨花板/中纤板厂计划在2000-2002年投产，宣称总生产能力约176万m3(1998年实际产量仅为16.43万m3，其中美国15.9万m3、加拿大0.53万m3)。计划利用的原料有麦秸、黄豆秆、酥油草(加)、六月禾秸、甘蔗秆(蔗渣)、棉秆、稻草、大麻(加)、洋麻和其它农作物秸秆。实际利用的原料主要是麦秸，其次是蔗渣。生产的板种主要是按ANSTM3标准生产刨花板。在胶粘剂选择上，90年代初由于麦秸原料不经过纤维改性处理，用脉醛树脂制板试验的胶合效果不好，因而各厂几乎一律采用胶合性能和耐水性好且无甲醛的异氰酷树脂(MDI)。根据各方面的资料，MDI秸秆人造板在下列性能上均优于普遍刨花板，即强度高、尺寸稳定性好、重量轻、机械加工性能好、握钉力强、耐水性好、无甲醛释放，唐召群并且贴面性能也得到改善。有人认为它是一种介于刨花板和中纤板之间的产品。有的麦秸板厂产品还获得结构人造板证书。但是MDI树脂价格昂贵，致使板的胶粘剂成本较高。Daproma(戴普洛马)公司将麦秸刨花板的MDI施胶量定为3%或更低。有专家估算，麦秸中纤板的胶粘剂成本要比木材中纤板高约260o，但由于麦秸及相关劳动力成本较低，产品总成本仍可比木材中纤板低约900。上述已建秸秆板厂大都采用了欧洲提供的设备和欧美合作开发的工艺。如英国Compak公司提供了主机为一台5层4'X8‘压机、年生产能力为1.2万m3的4条小型生产线;瑞典Daproma公司与Primeboard公司合资开发了麦秸板工艺、设计了工厂和预压机，并为后者和Agrafiber公司提供了主机为一台7层5'X18'压机、年生产能力为5万m3的2条中型生产线;德国Kvaerner(克瓦纳)公司从1993年起即参与Isobord厂的麦秸板工艺开发，共同获得了美国和加拿大的专利权，并为Isoboard厂提供了以Dieffenbach(迪芬)连续压机为主机的大型生产线和工艺设计，美国DOW化学公司则从1994年起即为它提供了技术服务、开发支持和胶粘剂。至今4条小型生产线(有的虽已易手)和Primeboard公司的中型生产线都还在继续生产，大型生产线已运转2年多，产量达设计能力的85%。另有少数公司则采用Stramit式的挤压工艺，在加热和压力下生产无胶厚板供幕墙和保温层之用。许多秸秆板厂在投产后对设备和工艺进行了不同程度的调整、改进乃至重新设计，使之逐步走向正常和合理，有的则遭到失败而转让或重组后重新复出。基于上述情况，综合一些专家和媒体的评述，可认为北美已初步形成了一个小规模的农作物秸秆人造板工业，它正在开始走出开发阶段并走进与木材人造板相竞争的市场，如一些技术和经济问题得到解决，将会出现显著的增长。但是，在2000年冬季至2001年春季期间，包括Isoboard.9.厂在内的儿家枯秆板)一止是由Jl有些技术和经济问题没有解决，造成财政上的困难，导致先后关闭或濒临破产，影响后继的投资者驻足不前，使得这一新生工业的发展放慢了脚步而进入了低潮。2制板工艺存在的主要问题北美秸秆人造板厂发展中存在的困难，首见于专业媒体1999年秋季对Isoboard麦秸板厂投产一年后仍在工艺、设备上作重要修改的报导。2000年1月美国林产品研究所HenrySpelter著文，对北美秸秆人造板工业发展的原因、现状、存在问题和可能的影响作了全面介绍和分析。文中首次阐明了麦秸稻草类秸秆原料用MDI树脂作胶粘剂在工艺、成本上存在的问题，并介绍了已发生财政困难和失败的事例。后来媒体上又报导了秸秆板厂发展中还存在着资金、规模以及产品方向、价格策略等关于其能否立足市场的问题。在2001年4月华盛顿州立大学35届国际刨花板/复合材料研讨会的专题分组会上，各方专家对前一阶段秸秆人造板的发展作了回顾和总结。一是肯定了MDI树脂秸秆板产品(特别是蔗渣板)的优点。二是找出存在的问题、原因和对策。其中Isoboard厂的销售和市场副总裁RichardChunta认为:“农业秸秆人造板上空无蓝天，只有许多艰难的工作”。我们站在秸秆人造板时代的新门槛上，要为它的独特性能开辟新的应用领域;生产厂家必须积极细分产品的优点，使其基础用户多样化;短期内秸秆人造板制造成本比不过木材人造板，这一缺点将会被它的优点所弥补，但后者得到市场赏识需要时间。自1956年就从事秸秆人造板事业的Donald工程师，直言不讳地从8家秸秆板厂的失败中总结了7条经验教训，并认为“简单化的设计和经济上的失误，加上销售上的天真”是已关闭工厂和仍在困难中挣扎的工厂遭到失败的主要原因。综观众多的失败原因，主要是技术和经济两个方面的问题。就技术范畴而言，不能不看到其中一个很重要的原因，就是秸秆原料(麦秸、稻草类秸秆)用MDI树脂作胶粘剂的制板工艺存在着以下几个严重的问题:(1)MDI树脂价格昂贵，导致秸秆人造板产品单位成本过高。据不久前《林产品月刊》报导，北美MDI价格高达$1400八，单位材积秸秆人造板的MDI树脂成本(施胶量最高可达6%或更高)，往往高达木材人造板脉醛树脂成本(施胶量为󰀀10󰀀6%一12O)的3倍之多。(2)MDI树脂缺乏初粘度，致使板坯内的原料不能形成整体。加之秸秆原料尺寸细小，重量轻，铺成的板坯厚度大而疏松，可为成板厚度的4一9倍(前者为Isoboard厂板坯厚度，芯层料占60%，芯层料尺寸为19X1.6^-3.2mm，表层为细小碎料;后者为Primeboard公司板坯厚度，芯层料长度规格为19mm，宽度不详，表层碎料最小限0.3mm)。板坯疏松在运输过程中易出现断裂、边部向外扩展和碎落等现象，因此必须增加预压工序，并在铺装机和预压机两侧设置挡板。但有些生产线上仍在压制超宽的板材再将超宽边部裁去，以杜绝成品板边密度不足的缺陷。如Isoboard厂压8英尺宽的板时，曾铺9.5英尺的板坯，裁下的边料再加工回用。(3)MDI树脂加热后几乎无所不粘，即使采用各种脱膜剂，有的工厂仍发生粘板问题。Isoboard厂的解决办法是在板坯两面铺牛皮纸，压成板后再将其砂去;其底面牛皮纸作为底垫用来使板坯得以顺利通过生产线的间隙部位。美国在木材定向刨花板生产中也用MDI，为防止粘板，可将其用于芯层;如用于整个板坯，则在表面加酚醛贴面作为隔离层，或在MDI加内脱膜剂。由此可见，在秸秆板生产中使用MDI作胶粘剂，不仅树脂成本高，而且生产工艺复杂，技术难度大。技术难度不仅造成生产上的困难，也进一步加大了生产成本，最终造成秸秆板制造成本超过脉醛胶的木材人造板，导致难于在北美市场上与地位牢固的木材人造板相竞争。3用腥醛胶胶合的途径在上述情况下，用脉醛胶制造秸秆人造板的问题重新提上了议程，并且研究开发工作已取得成效。解决胶合的途径主要有三条:(1)对秸秆纤维原料进行改性。鉴于用脉醛胶麦秸类原料得不到良好胶合的原因，是由于其表面有一层蜡质和硅化合物阻碍脉醛胶的胶合作用充分发挥，因此解决的方法首先就是用缓和的化学药剂和蒸汽对秸秆原料进行预处理，并用双螺旋挤压机或热磨机施加强大的剪力来破坏和分散其蜡质和硅化合物的表层，并使纤维束分离，以改善其缓冲能力和表面功能;(2)对脉醛树脂进行改性，即加入专用的交联剂或三聚氰胺或其它树脂添加剂，以加强脉醛树脂的胶合性能;(3)秸秆纤维原料改性和使用改性脉醛胶相结合。在35届Pullman研讨会上，华盛顿州立大学木材材料和工程实验室MikeWolcott教授介绍了秸秆人造板使用OF-MDI混合胶的研究。结论认为是可能的和MDI混合的脉醛树脂的施胶量可达到200-40o。加拿大Alberta研究委员会的WayneWasylciw介绍了常压磨制和高压磨制秸秆纤维时用酸处理对秸秆板性能的影响，他发现高压磨制秸秆纤维时不必作酸处理，但常压磨制秸秆纤维时用酸处理是有效的。ACM木材化学制品公司和辛普尔康帕公司在欧共体委员会的财政资助下，联合开展了用脉醛树脂改进现有秸秆制板工艺的研究，其中着力试验了三种秸秆纤维分离方法，即双螺旋挤压机法、高压的热磨机法、挤压机加热磨机法。三者都是对秸秆碎料施加强大剪力以达到破坏表面蜡质和硅化合物层的目的。三者的主要差别，在于秸秆碎料在制备过程中保持时间的不同:在双螺旋挤压机中保持时间可为几秒钟，而在热磨机磨盘之间只有几分之一秒。根据有关资料介绍试验情况如下:(1)双螺旋挤压机法此法基于一种专利工艺，是在特定的化学、热和机械条件下对秸秆进行去蜡和纤维分离，即化学一热一机械处理(CTM)。试验在一台ClextralBC45型机器中进行。其螺旋断面形状、原料保持时间、温度和化学药剂的施加量等参数均可控制和调节。还可以用NaOH,Na2SO,等木素活化剂或起润滑作用的专用湿润剂来改进纤维分离过程。双螺旋挤压机在世界上广泛用于热塑性塑料和食品加工领域，也有限地用于造纸和纸浆工业。在本试验中，将秸秆碎料和100℃的水施加两种化学药剂，以50kg/h(干重)的恒定速度分离成纤维。纤维经空气循环干燥机干燥后不进行筛选或风选，将两种不同化学药剂处理制成的纤维各压出5块460X460X16.9mm的单层秸秆板，研究CTM处理和秸秆板性能之间的关系。板的目标密度为730kg/m3和760kg/m3两种，热压温度190\"C。对压成的板测定其密度、力学性能、24h吸水厚度膨胀率和穿孔法甲醛释放量并进行比较，结果表明两种不同化学处理方法的效果没有显著差别。这里需要着重说明，取得上述结果时，挤压机制备纤维的最佳化条件研究即告完成。此后，试验重点即转向强化普通脉醛树脂系统，特别是脉醛树脂加专用交联剂或三聚氰胺或其它树脂添加剂的试验。(2)热磨机法这种设备具有众所周知的基本设计，与现代MDF工厂用的工业热磨机相似。试验在辛普尔康帕热磨机试验工厂中进行。该装置包括可进行预热处理的进料料仓，木塞螺旋进料机，适合处理纤维原料的蒸煮器，22nAndriz热磨机和闪击式管道干燥机。一个管道施胶系统可供试验规模条件下使用。用热磨机制备用于制板的纤维，需要对预处理和热磨条件进行几次调整，还需要有一个良好的断面密度热压方案。为了研究秸秆的热磨特性，进行了以下三种试验:①三种不同蒸汽预处理和蒸煮条件的试验;②两种不同浓度碱性助剂的预处理试验;③热磨速度试验。在试验①中，通过调整热磨机的间隙，获得了不同粗细度的纤维。压板试验表明:太细的纤维含尘量大，不适合用脉醛树脂制板，即使制低密度板，热压时也容易鼓泡。在试验②中，用NaOH浸渍秸秆只能使磨出的纤维质量有很小程度的变化。筛选分析表明，未处理过的秸秆和0.2%NaOH溶液处理过的秸秆相比，所得纤维粗细几乎一样。两种不同浓度NaOH处理的秸秆，制成的板材性能接近相同。但试验②表明，NaOH处理提高了内胶合强度，只是两种不同浓度处理效果之间差别不大。在试验③中，不同的热压方案压板显示出对板的断面密度曲线有很大影响。与其它原料相比，秸秆纤维对压力的调节很敏感。同一批秸秆纤维，在温度和最高压力相同的条件下，压出的板在断面密度曲线和力学性能上可以有很大差别。试验③中设想用降低热磨机速度来减少对秸秆纤维的研碎作用。试验结果减少了碎纤维的数量，这表明剪切处理的作用增强了。因此可望制成的板材性能会更好。(3)挤压机一热磨机并用法此法是上述两种技术的结合。双螺旋挤压是用很缓和的螺旋断面在弱度剪切作用下进行的。化学预处理试验了两种方法:第一种是施加NaOH和随后用硼酸中和;第二种是加人纯水。预处理后的秸秆料运到试验工厂直接进行热磨加工。磨出的纤维经干燥、拌胶后铺成单层板坯，压成675-725kg/m3的板材(热压条件未经优选)。两种预处理方法的效果无重要差别，都符合标准要求，但是两种板的吸水厚度膨胀率相差很大。(下转第18页).11.地加压分离纤维时，内胶合强度值可以超过商业标准的最低值。结果显示酸处理可能作为在加压分离秸秆时增加树脂应用效率的一个工具。然而，这种结果可以通过改性OF树脂来达到。总之，本文论述的技术发展了用农作物秸秆制造人造板的一个新资源。OF类树脂应用于秸秆板中的可能性使秸秆与木材在同一基础上竞争。通过冒很小的技术风险甚至没有风险，可以简化生产过程和降低生产成本，使秸秆人造板有一个新的发展，这在几年前还是不敢想象的。参考文献1.Groner,R.R.和Barbour,J.F.，1971，秸秆刨花板的工程和经济分析。化学报告，农业系，俄勒冈州立大学，Corvallis，OR.USA;物秸秆刨花板制造。化学报告，农业系，俄勒冈州立人学，Corvallis，OR.USA;4.马尼托巴湖，1995,秸秆刨花板试验结果。马尼托巴湖工业，贸易与旅游，温尼伯湖，加拿大，1995年10月;5.Markessini，E.，Roffael，E.和Rigal，L.，1997，用脉醛树脂和年生植物纤维制造人造板。第31届国际刨花板/复合材料研讨会会议录，华盛顿州立大学，Pull-mann，WA,USA1997;6.Nakos,P.1999，复合板材制造。世界组织专利，登记号:W099/02318;7.萨斯喀彻，1987，秸秆刨花板。农业部基金的萨斯喀彻部，解决方案管理有限公司报告，1987年12月14日;2.Groner,R.R‘和Barbour,J.F.，1972，用农作物秸秆/木材混合制造刨花板。化学报告，农业系，俄勒冈州立大学，Corvallis,OR.USA;8.Sauter,S.L.，1995，用脉醛树脂制造城市废弃木材和小麦秸秆复u材料的研究。硕士论文，华盛顿州立大学，机械和工程材料系，1995年8月。3.Groner,R.R.和Barbour,J.F.，1973，异氰酸脂农作甲魂泞，心中甲调，冲切冲，J泞冲、.，，月甲申J洲甲月甲，刃甲，谊六，心冲臼币，闷月琦调月，通咋甲J冲甲魂冲个弓价月闷洲，闷冲，门户冲J冲宁月冲个J，小月刀，、注冲宁J(程庆正摘译)(责任编辑关绍娴)个冲召冲，月，研叼卜布，闷泞，闷碑，、.布卒口冲个通命卜月冲，二刀卜.泞甲魂冲午魂中泞魂，，月泞令J开，叼.刀卒J甲魂月(上接第II页)密度较低的板材吸水厚度膨胀率较高:水处理所得纤维压成的板为270o，化学处理所得纤维压成的板为3500。随着板的密度增加，吸水厚度膨胀步使秸秆板的性能达到中纤板的要求，唯一的不足是吸水厚度膨胀率虽有改进，但还达不到中纤板24小时吸水厚度膨胀率的标准。相信进一步的试验将会使这一间题得到解决。不久前美国Don-率大大降低，密度为725kg/m3时，吸水厚度膨胀率分别降到15%和240o0试验结果表明:在热磨机或挤压机中施加强剪力制备的秸秆纤维，可以用100%的脉醛树脂胶合;压成板的性能，除吸水厚度膨胀率外，均可与标准刨花板相比;挤压机和热磨机并用，可进一J、刀月人”人‘”人”人仇月人”人伪月飞人，人飞.人，人人j人决泥水儿飞滩令‘人盆人认人衣‘次alLengel工程师推荐，脉醛胶、酚醛胶、MDI加亚麻籽油均可显著提高秸秆板耐水性，降低其吸水厚度膨胀率，对此也许是一个有用的信息。秸秆板厂家可以期望脉醛胶秸秆板生产工艺的成功实现。(责任编辑丁炳寅)‘、忆丫了｝性、‘取，眨V甲了仁丫J七琴‘丫了忆，｝叱琴子亿丫廿“狱‘丫了认V.忆丫了忆L‘r‘V下‘Vr欢、忆取.犷尹护尹一尹一’护尹尹“‘少‘尹尹护‘尹尹‘沪‘尹尹尹“““““““尹“决次迎仃阅《建筑、建材、装饰》杂志《建筑建材装饰》杂志(双月刊)是集建筑业、建材业、装饰装修业为一体，面向国内外公开发行的综合类科技期刊。国内统一刊号:CN23-1473/TU，国际标准刊号ISSN1009-475Xo本刊旨在传播信息、拓展视野、分析趋势、引导发展，综合反映当代建材、建筑、装修业发展中的前沿思想、行业面貌、潮流时尚，反映热点、焦点问题，介绍科技成果、优秀设计、名牌产品，刊登学术论文，报道国家相关与综台信息、国内外同业动态、市场资讯等。本刊自办公开发行，逢双月25日出版，国际标淮大16开本，每期定价9.00元，可直接通过邮局或银行汇款到杂志社订阅(请注明《建筑建材装饰》杂志汀阅款)，全年含邮资65元。开户银行:哈尔滨市工商银行和兴支行通讯地址:哈尔滨市南岗区西大直街370号《建材建筑装修》杂志社帐号:421144004一28邮编:150080联系电话:(0451)63480536318077户名:《建材建筑装修》杂志社传真:(0451)6348053L18󰀀';