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秸秆/塑木复合材料发展前景

星期四, 11月 10, 2022

随着木材资源的日益短缺,传统塑木复合材料的原材料选择开始转向农作物秸秆,秸秆秆、芦苇秆、水稻秆、棉秆等作为重要的农作物秸秆资源,量大价廉,可再生,可降解,具有较大的利用价值。传统利用方式难以生产高附加值的工业产品,综合利用率低,大量的秸秆长期以来并没有得到有效合理的利用,导致其成为一种废弃资源,加上焚烧等不当处理方式,既浪费了宝贵的生物质资源,又带来严重的环境污染。

近年来,行业内逐渐形成了“以秸代木”的新诉求。在塑木复合材料制造领域,秸秆/塑木复合材料的概念近年来被我国率先提出。秸秆/塑木复合材料(Straw-plasticComposites, SPC)是一种以低于一年生植物纤维生长物,如秸秆、棉杆、甘蔗渣等为原料,经粉碎和界面增容处理,与一定比例热塑性塑料及助剂共混,通过挤出、热压或注射等成型工艺制备的兼具生物基材料与塑料特点的一种新型环保可回收材料。在当前可持续发展背景下,可再生资源受到越来越多的重视,而将秸秆用于塑木复合材料的生产,变废为宝,生产出绿色环保、具有较高附加值的塑木产品,既拓展了秸秆的利用途径,缓解我国木材资源供求矛盾,也为塑木行业注人新鲜的血液,并对我国加强农林剩余物资源的回收利用、减轻环境生态压力具有深远意义。

研究表明秸秆纤维表面含有强极性的亲水基团,与表面疏水性强的塑料.难以形成良好的界面相容。因此,如何解决秸秆与塑料两者界面相容性差,优化两者界面粘合性能是秸秆/塑木复合材料研究的重中之重。值得注意的是,相对于木粉/竹粉,秸秆表面存在一层生物质脂质组分,抑制了胶私剂对秸秆内部的渗透,此外,秸秆粉纤维导管组织方向单一,纤维负载率低,削弱了塑料在熔融后对秸秆纤维的穿插性,造成了秸秆/塑木复合材料中秸秆组分含量难以提升。因此,将秸秆用于生产塑木复合材料时,其界面改性过程将不同于传统塑木复合材料,具有一定的特殊性。秸秆/塑木复合材料制备过程中的界面改性相关技术及研究成果,有物理改性、化学改性、生物改性等方法。
秸秆与木材化学成分相似,但比例有所不同,不同地区所产的秸秆在组分比例上会略有差距,以秸秆与云杉化学成分对比为例,麦秸的纤维素含量相对较低,但灰分矿物质和热水抽提物含量要远高于木材,且主要集中于秸秆外层。秸秆的热水抽提物主要成分为麦秸表面蜡质层。我国作为世界农业大国,同时也是塑料制品消费大国,每年产生的大量秸秆与回收塑料为秸秆/塑木复合材料的生产奠定了良好了原材料基础,而克服秸秆与塑料界面不相容特性是助推秸秆/塑木复合材料在我国塑木复合材料制造行业内推广所必须解决的一大关键问题。
秸秆/塑木复合材料界面改性技术与传统秸秆人造板界面改性技术有着一定的不同,其主要原因在于塑料对极性秸秆表面的不相容性。为此,秸秆/塑木复合材料界面改性技术主要通过从物理角度增大胶接比表面积与空隙,促进机械胶合,具体实施手段诸如机械粉碎、高频高温以及离子处理等;从化学角度降低秸秆表面极性或增加塑料极性以及通过偶联剂增容的方式增强塑料对秸秆的结合能力,具体实施方式有马来酸醉接枝塑料高分子、偶联剂接枝秸秆以及对秸秆进行碱、生物处理的手段。
然而,要想实现秸秆/塑木复合材料界面改性技术的产业化推庄则还需面临许多现实问题。秸秆/塑木复合材料是对木塑行业的有益补充,无论从原材料成本,还是从产品的强度、耐用性、环保等方面,完全可以与木塑材料相媲美,甚至还拥有更好的力学性能优势。秸秆/塑木独特的优良性使其产品在高端市场的前景十分广阔。秸秆/塑木新材料虽具有良好的发展前景,但其生产过程中改性塑化的工艺较为复杂,生产成本较高,不利于低端市场的竞争;其产品研发尚处在起步阶段,对这一新材料的生产和应用还需要持续的研发和创新。

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