基本信息
- 项目名称：
- 芦苇纤维板的研究
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 我国每年生产芦苇200多万吨，约占其世界总产量的6%,主要分布在湖南、湖北、江苏、河北、辽宁、黑龙江和新疆等省区，而且正在不断增加中。到目前为止芦苇主要是用来造纸或者让其自生自灭甚至烧掉，芦苇的利用价值没得到最大的体现，污染了环境，影响生态环境。芦苇每年刈割一次有助于其生长，若荒置不伐，芦苇湿地将会逐渐退化，使湿地生态系统失衡。如果将芦苇用来生产纤维板，不但可以扩大芦苇的应用范围，还可以缓解我国木材资源严重不足的局面，在增加农民的经济收入的同时还可以保护农业生态环境，维持生态平衡，形成湿地循环经济。 芦苇原料表面含矿化层，使其材料的润湿性降低，因此脲醛树脂胶粘剂不能够较好地发挥胶合作用，所以以往的研究主要采用异氰酸酯胶或对芦苇表面进行化学处理来研制中密度纤维板或刨花板，这种生产方法使生产成本提高、工艺复杂。而本作品的创新点是利用芦苇纤维分离时的热作用使芦苇表面矿化层热解，在分离纤维的同时使SiO2等矿化物均匀地分散到芦苇纤维表面起到防水的作用，因此芦苇纤维板在生产中可不加石蜡，将影响脲醛树脂胶胶合的蜡质代替石蜡作为防水剂。研究结果表明，采用这种方法研制的纤维板吸水厚度膨胀率和其他物理力学性能均达到国家标准要求。在此研究成功的基础上进行了芦苇纤维板的生产性试验。试验表明，芦苇用于纤维板的工业化生产是可行的，生产线既可生产纯芦苇纤维板，也可与杨木混合生产不同比例的芦苇-杨木纤维板，其产品质量均达到国家纤维板标准要求。这种低成本环保型的生产方法和灵活可变的生产工艺给芦苇在纤维板工业化生产中的应用提供了广阔的前景。
- 详细介绍：
- 湿地是人类最重要的环境资本之一，也是自然界富有生物多样性和较高生产力的生态系统。各类湿地在提供水资源、调节气候、涵养水源，保护生物多样性和为人类提供生产、生活资源方面发挥了重要作用。然而，在人口和经济的压力下，经济快速发展以及人类生产生活对湿地资源依赖程度的提高，直接导致了湿地及其生物多样性的普遍破坏。在政府相关政策的支持下，各地区开始开展湿地生态系统的修复与重建工程。以芦苇为主的挺水植在湖区湿地被大量种植。芦苇为多年生草本，芦苇每年刈割一次有助于其生长，若荒置不伐，芦苇湿地将会逐渐退化，使湿地生态系统失衡。到目前为止芦苇主要是用来造纸或者让其自生自灭甚至烧掉，芦苇的利用价值没能得到最大的体现，污染了环境，影响生态环境。如果将芦苇用来生产纤维板，不但可以扩大芦苇的应用范围，还可以缓解我国木材资源严重不足的局面，在增加农民的经济收入的同时还可以保护农业生态环境，形成湿地的循环经济。 本作品在研究初期主要从芦苇的微观构造、纤维形态、化学成分等方面对芦苇的特性进行了分析，并研究了纤维板的密度、胶粘剂用量对芦苇纤维板物理力学性能的影响。研究表明：芦苇茎秆表面具有光滑的矿化层，矿化层中具有较高含量的SiO2和其他矿化物；随着板密度的增大芦苇纤维板的力学性能增强，当密度≥0.85g/ cm3，施胶量为12％和14％时板的力学性能均达到了国家纤维板标准的要求。研究也发现：加防水剂制得的芦苇纤维板的吸水厚度膨胀率仍高于国家标准，使板材的尺寸稳定性下降，影响板材质量。 研究小组讨论分析：以上的研究发现芦苇茎秆表面具有光滑的矿化层，矿化层中具有较高含量的SiO2和其他矿化物，而SiO2具有较好的防水性能，在芦苇纤维板研制过程中再加入防水剂石蜡和芦苇本身的矿化物、SiO2混合，使得防水效果增加，使脲醛树脂胶粘剂在芦苇表面的润湿性降低，影响了芦苇纤维之间的胶合，因此使制得的纤维板吸水厚度膨胀率较高。能否利用芦苇表面的矿化物质和SiO2为作为芦苇纤维板自身的防水剂生产中密度纤维板，因此我们利用纤维分离时的热作用使芦苇表面矿化层热解，在分离纤维的同时使矿化物均匀地分散到芦苇纤维表面，在不加任何防水剂的条件下研制芦苇中密度纤维板。研究结果表明：在这种条件下研制的芦苇中密度纤维板具有良好的力学性能，板24h吸水厚度膨胀率也满足了中密度纤维板的要求。 在研究成功的基础上与企业合作进行了芦苇纤维板的生产试验。生产过程一切顺利，生产的芦苇纤维板产品经国家林业局南京人造板质量监督检站的检验和江苏省人造板产品质量监督检验中心的检验，板的物理力学性能均达到了GB/T 11718-1999中密度纤维板国家标准要求。试验室研究和工业化中试生产都表明了芦苇作为中密度纤维板的生产原材料是可行的。 工业化生产芦苇纤维板的成功开发，不仅可减缓我国木材资源的供应矛盾，解决纤维板行业原材料资源不足，保证企业的长足发展，还可降低生产成本、保证企业正常生产；同时防止生态资源的退化，促进生态资源的发展，将对国民经济建设的发展和改变江苏苏北地区乃至全国湖区经济落后的状况都具有重要的意义。
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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
- 作品设计、发明的目的：芦苇是湿地生态系统的重要组成部分，它在净化污水中和保护湖区水质起重要作用。芦苇每年刈割一次有助于其生长，若荒置不伐，芦苇湿地将会逐渐退化，使湿地生态系统失衡。到目前为止芦苇主要是用来造纸或者让其自生自灭甚至烧掉，芦苇的利用价值没得到最大的体现，污染了环境，影响生态环境。若将芦苇用来生产纤维板，不但可以扩大芦苇的应用范围，还可以缓解我国木材资源短缺的局面，在增加农民的经济收入的同时还可以保护农业生态环境，形成湿地循环经济。 基本思路：以分析芦苇的化学成分、细胞构造等为基础，研究芦苇表面矿化层在热解后的矿化物与板性能的关系，为芦苇纤维板工业化生产提供理论保障。 创新点： 1.利用纤维分离时的热作用使芦苇表面矿化层热解，在分离纤维的同时使SiO2等矿化物均匀地分散到芦苇纤维表面起到防水的作用，因此芦苇纤维板在生产中可不.加石蜡； 2生产工艺灵活：芦苇用于纤维板的工业化生产，既可生产纯芦苇纤维板，也可与杨木混合生产不同比例的芦苇-杨木纤维板，其产品质量达到国家纤维板标准要求； 3.对芦苇的化学成分、细胞构造和纤维形态等进行分析，从原料本身的性质入手为工业化生产纤维板提供理论依据。 技术关键：本作品在一定的温度条件下使矿化物热解，并在外力的作用下使其均匀地分布到纤维表面，提高芦苇的润湿性，使脲醛树脂制造芦苇纤维板成为可能。 主要技术指标: 分析芦苇的化学成分和细胞构造；研制的芦苇纤维板的物理力学性能达到国家纤维板标准的要求；工业化生产芦苇纤维板。
科学性、先进性
- 芦苇原料表面含矿化层，使其材料的润湿性降低，因此脲醛树脂不能够较好地发挥胶合作用，以往研究主要采用异氰酸酯或对芦苇表面进行化学处理，来研制纤维板或刨花板，这种生产方法使生产成本提高、工艺复杂。本作品研究的特点是将芦苇表面的矿化层热解，在外力的作用下使SiO2等矿化物均匀分布于芦苇纤维表面，将分散后的矿化物作为防水剂，保证了纤维板的吸水厚度膨胀率达到国家标准的要求；其次矿化物的均匀分布提高了芦苇的润湿性，使普通脲醛树脂较好胶合芦苇纤维，制成的芦苇纤维板的物理力学性能达到和超过纤维板国家标准的要求。本作品的另一特点是芦苇纤维在生产中能与杨木纤维混合，以不同比例混合生产纤维板，其性能同样能达到纤维板国家标准的要求，这种灵活可变的生产工艺给芦苇在纤维板生产中的应用提供了广阔的前景。 参考文献： 【1】《异氰酸酯胶芦苇刨花板生产工艺研究》濮安彬等《木材工业》 1997年第11卷第2期 【2】《改性芦苇制造中密度纤维板的工艺方法》韩家荣等 专利公开号：CN 101138856A
获奖情况及鉴定结果
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 专利转让
作品可展示的形式
- 实物、产品、图片
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
- 芦苇属多年生植物，砍伐后来年长势更好，因此产量高，可以满足工厂大批量的需求。秆状芦苇经分离后纤维得率高、形态好，能生产各种厚度和密度的芦苇纤维板，其产品性能稳定，强度高变异性小、尺寸稳定性好。用脲醛树脂等胶粘剂生产的芦苇纤维板的性能能与木材生产的纤维板媲美。 我国每年大约生产芦苇200多万吨，且生产量不断增加，为纤维板的生产提供了充足的原料。芦苇原料的成本较低，一般到厂价约300元/t，而纤维板木材原料到厂价一般为350元/t，利用芦苇生产中密度纤维板，采用脲醛树脂胶，其施胶量与木质中密度纤维板相同，因此胶粘剂的成本不会增加，芦苇作为纤维板的原材料生产中不加防水剂。所以芦苇纤维板的生产成本比杨木中密度纤维板成本低10%-15%，因此在市场上具有一定的价格优势。 芦苇用于纤维板的工业化生产，既可生产纯芦苇纤维板，也可与杨木混合生产不同比例的芦苇-杨木纤维板，灵活可变的生产工艺给芦苇在纤维板生产中的应用提供了广阔的前景。 芦苇在纤维板行业的应用，可防止芦苇的退化，形成湿地循环经济。
同类课题研究水平概述
- 我国对芦苇人造板的研究始于上世纪90年代，黑龙江林产工业研究所的韩广萍等人（1995）研究了原料破碎程度、板密度和施胶量对芦苇刨花板性能的影响；东北林业大学的濮安彬等人（1995）分析了以芦苇为单一原料制造符合标准要求的刨花板的困难所在；东北林业大学的李凯夫等（1995）研究了芦苇－麻屑刨花板的研制；之后濮安彬等人（1997）又研究了异氰酸酯胶芦苇刨花板的性能；1998年韩广萍在日本京都大学研究了添加不同的硅烷偶联剂对芦苇刨花板性能的影响。研究发现芦苇茎秆表皮具有光滑的含矿物层和较高的硅物质含量，使得胶粘剂很难浸入到茎秆内部，妨碍芦苇与芦苇之间的良好胶合，因此，用普通脲醛树脂胶压制的芦苇刨花板其内结合强度很低，产品质量达不到国家标准的要求。因此采用异氰酸酯胶制备芦苇刨花板，其性能有所提高，但异氰酸酯胶价格十倍于普通脲醛树脂胶，此外异氰酸酯胶在施胶等过程中有毒的，大量使用会影响工人的身体健康，因此芦苇刨花板至今未投入工业化生产。 关于对芦苇纤维板的研究很少，韩家荣等人做了一些研究。为了减少芦苇表面的矿化层对胶黏剂浸润的影响，韩家荣等人采用添加1—2%的NaOH水溶液作为活性剂对这一矿化层进行改性处理，加粒粉胶及辅助剂生产纤维板。用NaOH水溶液处理芦苇后的水会造成环境的污染同时使芦苇的性能下降，加之生产工艺复杂，因此到目前为止该生产方法还未用于实际生产。所以到目前为止市场上没有以芦苇为原料的纤维板。 本研究利用纤维分离时的热作用使芦苇表面矿化层热解，在分离纤维的同时使矿化物均匀地分散到芦苇纤维表面起到防水的作用，因此芦苇纤维板在生产中可不加石蜡；并对芦苇的化学成分、细胞构造和纤维形态进行了分析，从原料本身的性质入手研究其制造纤维板的可行性；芦苇纤维板生产性试验的成功，证明芦苇作为纤维板生产的原材料是可行的，填补了到目前为止市场上没有以芦苇为原料生产纤维板的空白。 江苏的湿地资源丰富，为了给鸟类栖息提供良好的生态环境，达到生态修复、生物多样性保护的目的，宿迁市对洪泽湖和骆马湖湿地营造生态片林，在环湖浅滩湿地植被带营造平均不小于100m挺水植被带，以恢复本地天然芦苇群落。为了将芦苇这一湿地资源尽快的应用到纤维板生产中，缓解江苏木材资源的不足。湿地资源的主管部门宿迁林业局与本研究小组所在单位签订了《研发芦苇中密度纤维板合作协议书》，共同开发芦苇纤维板。
