基本信息
- 项目名称：
- 竹子废弃物无胶粘剂蒸爆板
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本课题将加工厂产生的竹子废料通过蒸汽蒸爆仪蒸爆制得竹纤维浆料，经过自然风干，手工铺装进行压板，制得中密度无胶竹纤维板。实验通过改变蒸爆浆料的时间和压板温度选出较优实验条件，然后在较优条件下添加一定量的PVC、半纤维素和吸水材料制板。通过对板的力学性能测试来比较它们的物理性能差异，选出最优制板工艺，制备符合国家标准的中密度无胶纤维板。
- 详细介绍：
- 浙江省是全国重点产竹省份,竹林面积约占全国的六分之一。全省现有竹林的面积为100万hm2，几乎每个县（市、区）都有竹林分布或栽培。随着竹产业的快速发展而产生了大量的竹子废弃物，包括竹兜、竹梢、竹枝桠等竹林采伐抚育剩余物以及竹材加工剩余物。近10年来，我国人造板工业发展很快，尤其是具有代表性的中密度纤维板工业，已经成为世界生产大国。2009年全国的中密度纤维板产量达到了3250m3/a。展望未来中密度纤维板工业的发展趋势，2010年增长将可能大于10%，其应用前景也将会进一步得到延伸。近几年来，中密度纤维板广泛的应用于家具制造、装修、建筑方面，需求量与日俱增，但是一方面原材料的供应制约着我国人造板行业的发展。我国是缺林少材国家之一，森林覆盖率仅为18.21%，每年国内林产区为全社会提供商品材大约为5000万m3左右，木材供应大量依靠进口，随着各国生态保护意识的加强，木材价格随之上涨，如何解决这个问题，已经引起政府和企业的高度重视。另一方面，目前国内包括竹材在内的所有人造板生产过程中，通常使用酚醛胶和脲醛胶，普遍存在甲醛含量超标的问题，甲醛释放量已经成为居室空气的主要污染源，严重危害人民群众的身体健康。针对这一现状，依靠近年来正在兴起的蒸爆制板技术，利用竹子废弃物制造无胶纤维板，不仅能够充分利用废弃的生物资源,而且能够生产出无污染的纤维板产品,是一条解决人造板生产原料供应不足的非常有效的途径，具有很好的环境效益和经济效益。 爆破法制浆以高效节能、环境友好而得到了瞩目。通过对爆破过程中各种成分的结构变化的研究，发现蒸爆过程中木质素降解产生的苯酚类和半纤维素或纤维素酸解出来的糠醛及羟甲基糠醛反应起胶粘作用。本研究采用蒸汽爆破法制备浆料后热压制板，通过探索改进工艺条件，为其实现工业化生产提供条件。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计、发明的目的：无胶粘剂纤维板的生产不仅充分利用废弃的生物资源，而且能够生产出无污染的纤维板产品，是解决人造板生产原料供应不足的有效途径，具有很好的环境效益和经济效益。 基本思路：制定实验计划，按计划设置蒸爆条件，进行蒸爆制浆，本着纤维分离状况好、高得率、粘结性好的原则，为不同用途和类型的板材综合制定最适蒸爆条件。在原料准备好的基础上设置制板工艺，反复压板，最终确定竹子废弃物无胶粘剂蒸爆制板技术，并制成无胶纤维板样品。 创新点：爆破法制浆虽然已经发展了近80年，但被重视还是70年代以后的事情。人们已能够从木材、竹子、麦草、稻草、芦苇、棉杆、麻杆、蔗渣等多种多样的纤维原料成功地进行爆破法制浆，但主要用于造纸。以竹子废弃物资源作材料，采用爆破法制无胶纤维板的研究报道还未能被发现，故利用竹子废弃物开展蒸爆制板技术研究是本研究的特色与创新之处。 技术关键：木质素在蒸爆过程中降解，将导致木质素软化、连接强度下降、柔软可塑、低分子量苯酚类的形成等。部分纤维素、半纤维素在蒸爆过程中游离出糠醛和羟甲基糠醛，它们与木质素降解形成的低分子量苯酚类反应可形成苯酚树脂胶粘剂。因此，如何选择最适蒸爆条件对糠醛、羟甲基糠醛及低分子量的苯酚类的形成有利，综合考虑纤维分离状况好、高得率、粘结性好的原则，是本研究的关键。 主要技术指标：1）确立最佳蒸煮爆破条件。2）确立最佳制板工艺条件。3）制备符合国家中密度纤维板标准的竹子废弃物无胶粘剂中密度纤维板。
科学性、先进性
- 本项目研究不同蒸煮爆破条件，压板条件及添加不同添加剂对无胶粘剂纤维板的物理性能的影响。通过对爆破过程中各种成分的结构变化的研究，发现蒸爆过程中木质素降解产生的苯酚类和半纤维素或纤维素酸解出来的糠醛及羟甲基糠醛反应起胶粘作用。因此确定最适蒸爆，获得纤维分离状况好、高得率、粘结性好的蒸煮爆破浆料，在最佳制板工艺条件下，制备符合国家标准的中密度纤维板是本作品的实质性技术特点和显著进步。
获奖情况及鉴定结果
- 1、参与指导老师的国家自然基金项目“竹子废弃物蒸爆制板无胶粘结机理研究（项目编号：30671036）”，期间主要负责研究竹子废弃物蒸爆制板的工艺条件，课题经国家自然基金委审核，顺利结题。 2、参与指导老师的浙江省科学技术厅农业重点项目“竹子废弃物无胶粘剂蒸爆制板技术与产品开发”， 期间主要负责研究竹子废弃物蒸爆制板的工艺条件，经浙江省科学技术厅组织的专家组审核，顺利通过验收。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：作为优质无胶粘剂纤维板可以应用于室内外的家具、装修及生活用包装箱、快餐盒等的生产。 作品的技术特点和优势：爆破法制无胶纤维板，既环保又充分利用生物资源，正在成为当今制板业的一个重要的发展方向。本作品采用的是蒸爆热压工艺，在胶粘环节上没有使用任何胶黏剂，所以也就杜绝了甲醛含量超标的问题，实现了纤维板的真正绿色和环保。不仅如此，本产品还能够充分利用废弃的生物资源，弥补我省木材资源的总量不足，缓解木材市场供需的结构性矛盾。 本产品性能达到中高密度纤维板的国家标准，所以本产品可以使用在任何现在所有中密度纤维板的场合。本产品使用竹子废弃物制作无胶纤维板，既很好地解决了浙江发达竹产业所留下的竹子废弃物无法很好利用的问题，又很好的解决了浙江是个木材消耗大省，同时又是森林资源的小省导致人造板工业原料紧缺的问题，更加解决了当今纤维板对环境的污染问题。所以从本产品的优势和现今纤维板的市场可以看出，本产品具有良好的市场前景，能够产生显著的经济效益和社会效益。
同类课题研究水平概述
- 蒸爆制板技术的基础是爆破法制浆。爆破法制浆是将纤维原料放在高压密闭容器中，用高温高压蒸汽进行短时间热处理，使木质素软化，以提高原料中水分的压力，之后突然减压，使原料突然膨胀，分离成棉絮状纤维。与碱法相比较，爆破法制浆在大幅度提高蒸煮得率的同时，制浆废水中溶出物含量较少，无需碱回收，采用二级生化处理即可使废水治理达标。爆破法制浆最早是在1926年被Manson发明的，但长时间没有得到重视。到70年代，以Bender 等报道阔叶树蒸煮爆破后可以尝试动物饲料的加工为契机，利用蒸煮、爆破进行的木质生物资源饲料化、纤维化及木质化学产品的开发等木材成分的综合利用在国外被得到了广泛的尝试。主要有澳大利亚CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization)开发的蒸爆碎浆机Siropulper (水蒸汽+CO2 ，150℃，20-25大气压)和加拿大开发的阔叶材碎屑在180-230℃(20-25大气压)的水蒸气处理，与Manson提出的方法相似，主要用于成分分离。80年代日本森林综合研究所进行了蒸爆过程中木质素的结构及木质素作为胶粘剂利用的研究。1995年东京大学饭山贤治将油棕(Elaeis guneensis)在210-230℃(20大气压)进行蒸爆处理，无需胶粘剂即可形成符合日本工业标准(JIS)的纤维板。此后人们利用阔叶树的废弃物(废材和树皮等)爆破处理制无胶纤维板方面开展了较多的研究，取得了很好的效果。近年来，国内对爆破制浆工艺与设备也已着手进行研究，1996年北京林业大学的范永明博士研制成功的蒸汽爆破装置在石家庄清洁造纸厂投产以来，出现了福建省泰宁造纸厂的“毛竹及其加工剩余物高得率爆破制浆技术熟化”项目及华南理工大学承担的“阔叶木、草类原料中低压爆破制浆方法”项目等，但国内的研究目前着重于造纸业。在爆破处理生产无胶纤维板的工艺研究方面， 虽有一些研究，但还处于摸索阶段。以竹子为材料开展的研究中，已能够用毛竹制成合格的爆破浆料用于造纸。但至今还没有发现用竹子废弃物作原料爆破法制无胶纤维板的有价值的研究报导。 爆破法制无胶纤维板，既环保又充分利用生物资源，而且能够生产出无污染的纤维板产品，是一条解决人造板生产原料供应不足的非常有效的途径，正在成为当今制板业的一个重要的发展方向。
