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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 蘆葦纖維板的研究
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 我國每年生產(chǎn)蘆葦200多萬噸，約占其世界總產(chǎn)量的6%,主要分布在湖南、湖北、江蘇、河北、遼寧、黑龍江和新疆等省區(qū)，而且正在不斷增加中。到目前為止蘆葦主要是用來造紙或者讓其自生自滅甚至燒掉，蘆葦?shù)睦脙r(jià)值沒得到最大的體現(xiàn)，污染了環(huán)境，影響生態(tài)環(huán)境。蘆葦每年刈割一次有助于其生長，若荒置不伐，蘆葦濕地將會(huì)逐漸退化，使?jié)竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)失衡。如果將蘆葦用來生產(chǎn)纖維板，不但可以擴(kuò)大蘆葦?shù)膽?yīng)用范圍，還可以緩解我國木材資源嚴(yán)重不足的局面，在增加農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入的同時(shí)還可以保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，維持生態(tài)平衡，形成濕地循環(huán)經(jīng)濟(jì)。 蘆葦原料表面含礦化層，使其材料的潤濕性降低，因此脲醛樹脂膠粘劑不能夠較好地發(fā)揮膠合作用，所以以往的研究主要采用異氰酸酯膠或?qū)μJ葦表面進(jìn)行化學(xué)處理來研制中密度纖維板或刨花板，這種生產(chǎn)方法使生產(chǎn)成本提高、工藝復(fù)雜。而本作品的創(chuàng)新點(diǎn)是利用蘆葦纖維分離時(shí)的熱作用使蘆葦表面礦化層熱解，在分離纖維的同時(shí)使SiO2等礦化物均勻地分散到蘆葦纖維表面起到防水的作用，因此蘆葦纖維板在生產(chǎn)中可不加石蠟，將影響脲醛樹脂膠膠合的蠟質(zhì)代替石蠟作為防水劑。研究結(jié)果表明，采用這種方法研制的纖維板吸水厚度膨脹率和其他物理力學(xué)性能均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。在此研究成功的基礎(chǔ)上進(jìn)行了蘆葦纖維板的生產(chǎn)性試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，蘆葦用于纖維板的工業(yè)化生產(chǎn)是可行的，生產(chǎn)線既可生產(chǎn)純蘆葦纖維板，也可與楊木混合生產(chǎn)不同比例的蘆葦-楊木纖維板，其產(chǎn)品質(zhì)量均達(dá)到國家纖維板標(biāo)準(zhǔn)要求。這種低成本環(huán)保型的生產(chǎn)方法和靈活可變的生產(chǎn)工藝給蘆葦在纖維板工業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用提供了廣闊的前景。
- 詳細(xì)介紹：
- 濕地是人類最重要的環(huán)境資本之一，也是自然界富有生物多樣性和較高生產(chǎn)力的生態(tài)系統(tǒng)。各類濕地在提供水資源、調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源，保護(hù)生物多樣性和為人類提供生產(chǎn)、生活資源方面發(fā)揮了重要作用。然而，在人口和經(jīng)濟(jì)的壓力下，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展以及人類生產(chǎn)生活對濕地資源依賴程度的提高，直接導(dǎo)致了濕地及其生物多樣性的普遍破壞。在政府相關(guān)政策的支持下，各地區(qū)開始開展?jié)竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)的修復(fù)與重建工程。以蘆葦為主的挺水植在湖區(qū)濕地被大量種植。蘆葦為多年生草本，蘆葦每年刈割一次有助于其生長，若荒置不伐，蘆葦濕地將會(huì)逐漸退化，使?jié)竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)失衡。到目前為止蘆葦主要是用來造紙或者讓其自生自滅甚至燒掉，蘆葦?shù)睦脙r(jià)值沒能得到最大的體現(xiàn)，污染了環(huán)境，影響生態(tài)環(huán)境。如果將蘆葦用來生產(chǎn)纖維板，不但可以擴(kuò)大蘆葦?shù)膽?yīng)用范圍，還可以緩解我國木材資源嚴(yán)重不足的局面，在增加農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入的同時(shí)還可以保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，形成濕地的循環(huán)經(jīng)濟(jì)。 本作品在研究初期主要從蘆葦?shù)奈⒂^構(gòu)造、纖維形態(tài)、化學(xué)成分等方面對蘆葦?shù)奶匦赃M(jìn)行了分析，并研究了纖維板的密度、膠粘劑用量對蘆葦纖維板物理力學(xué)性能的影響。研究表明：蘆葦莖稈表面具有光滑的礦化層，礦化層中具有較高含量的SiO2和其他礦化物；隨著板密度的增大蘆葦纖維板的力學(xué)性能增強(qiáng)，當(dāng)密度≥0.85g/ cm3，施膠量為12％和14％時(shí)板的力學(xué)性能均達(dá)到了國家纖維板標(biāo)準(zhǔn)的要求。研究也發(fā)現(xiàn)：加防水劑制得的蘆葦纖維板的吸水厚度膨脹率仍高于國家標(biāo)準(zhǔn)，使板材的尺寸穩(wěn)定性下降，影響板材質(zhì)量。 研究小組討論分析：以上的研究發(fā)現(xiàn)蘆葦莖稈表面具有光滑的礦化層，礦化層中具有較高含量的SiO2和其他礦化物，而SiO2具有較好的防水性能，在蘆葦纖維板研制過程中再加入防水劑石蠟和蘆葦本身的礦化物、SiO2混合，使得防水效果增加，使脲醛樹脂膠粘劑在蘆葦表面的潤濕性降低，影響了蘆葦纖維之間的膠合，因此使制得的纖維板吸水厚度膨脹率較高。能否利用蘆葦表面的礦化物質(zhì)和SiO2為作為蘆葦纖維板自身的防水劑生產(chǎn)中密度纖維板，因此我們利用纖維分離時(shí)的熱作用使蘆葦表面礦化層熱解，在分離纖維的同時(shí)使礦化物均勻地分散到蘆葦纖維表面，在不加任何防水劑的條件下研制蘆葦中密度纖維板。研究結(jié)果表明：在這種條件下研制的蘆葦中密度纖維板具有良好的力學(xué)性能，板24h吸水厚度膨脹率也滿足了中密度纖維板的要求。 在研究成功的基礎(chǔ)上與企業(yè)合作進(jìn)行了蘆葦纖維板的生產(chǎn)試驗(yàn)。生產(chǎn)過程一切順利，生產(chǎn)的蘆葦纖維板產(chǎn)品經(jīng)國家林業(yè)局南京人造板質(zhì)量監(jiān)督檢站的檢驗(yàn)和江蘇省人造板產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢驗(yàn)，板的物理力學(xué)性能均達(dá)到了GB/T 11718-1999中密度纖維板國家標(biāo)準(zhǔn)要求。試驗(yàn)室研究和工業(yè)化中試生產(chǎn)都表明了蘆葦作為中密度纖維板的生產(chǎn)原材料是可行的。 工業(yè)化生產(chǎn)蘆葦纖維板的成功開發(fā)，不僅可減緩我國木材資源的供應(yīng)矛盾，解決纖維板行業(yè)原材料資源不足，保證企業(yè)的長足發(fā)展，還可降低生產(chǎn)成本、保證企業(yè)正常生產(chǎn)；同時(shí)防止生態(tài)資源的退化，促進(jìn)生態(tài)資源的發(fā)展，將對國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和改變江蘇蘇北地區(qū)乃至全國湖區(qū)經(jīng)濟(jì)落后的狀況都具有重要的意義。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的：蘆葦是濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，它在凈化污水中和保護(hù)湖區(qū)水質(zhì)起重要作用。蘆葦每年刈割一次有助于其生長，若荒置不伐，蘆葦濕地將會(huì)逐漸退化，使?jié)竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)失衡。到目前為止蘆葦主要是用來造紙或者讓其自生自滅甚至燒掉，蘆葦?shù)睦脙r(jià)值沒得到最大的體現(xiàn)，污染了環(huán)境，影響生態(tài)環(huán)境。若將蘆葦用來生產(chǎn)纖維板，不但可以擴(kuò)大蘆葦?shù)膽?yīng)用范圍，還可以緩解我國木材資源短缺的局面，在增加農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入的同時(shí)還可以保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，形成濕地循環(huán)經(jīng)濟(jì)。 基本思路：以分析蘆葦?shù)幕瘜W(xué)成分、細(xì)胞構(gòu)造等為基礎(chǔ)，研究蘆葦表面礦化層在熱解后的礦化物與板性能的關(guān)系，為蘆葦纖維板工業(yè)化生產(chǎn)提供理論保障。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1.利用纖維分離時(shí)的熱作用使蘆葦表面礦化層熱解，在分離纖維的同時(shí)使SiO2等礦化物均勻地分散到蘆葦纖維表面起到防水的作用，因此蘆葦纖維板在生產(chǎn)中可不.加石蠟； 2生產(chǎn)工藝靈活：蘆葦用于纖維板的工業(yè)化生產(chǎn)，既可生產(chǎn)純蘆葦纖維板，也可與楊木混合生產(chǎn)不同比例的蘆葦-楊木纖維板，其產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國家纖維板標(biāo)準(zhǔn)要求； 3.對蘆葦?shù)幕瘜W(xué)成分、細(xì)胞構(gòu)造和纖維形態(tài)等進(jìn)行分析，從原料本身的性質(zhì)入手為工業(yè)化生產(chǎn)纖維板提供理論依據(jù)。 技術(shù)關(guān)鍵：本作品在一定的溫度條件下使礦化物熱解，并在外力的作用下使其均勻地分布到纖維表面，提高蘆葦?shù)臐櫇裥?，使脲醛樹脂制造蘆葦纖維板成為可能。 主要技術(shù)指標(biāo): 分析蘆葦?shù)幕瘜W(xué)成分和細(xì)胞構(gòu)造；研制的蘆葦纖維板的物理力學(xué)性能達(dá)到國家纖維板標(biāo)準(zhǔn)的要求；工業(yè)化生產(chǎn)蘆葦纖維板。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 蘆葦原料表面含礦化層，使其材料的潤濕性降低，因此脲醛樹脂不能夠較好地發(fā)揮膠合作用，以往研究主要采用異氰酸酯或?qū)μJ葦表面進(jìn)行化學(xué)處理，來研制纖維板或刨花板，這種生產(chǎn)方法使生產(chǎn)成本提高、工藝復(fù)雜。本作品研究的特點(diǎn)是將蘆葦表面的礦化層熱解，在外力的作用下使SiO2等礦化物均勻分布于蘆葦纖維表面，將分散后的礦化物作為防水劑，保證了纖維板的吸水厚度膨脹率達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的要求；其次礦化物的均勻分布提高了蘆葦?shù)臐櫇裥裕蛊胀迦渲^好膠合蘆葦纖維，制成的蘆葦纖維板的物理力學(xué)性能達(dá)到和超過纖維板國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。本作品的另一特點(diǎn)是蘆葦纖維在生產(chǎn)中能與楊木纖維混合，以不同比例混合生產(chǎn)纖維板，其性能同樣能達(dá)到纖維板國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，這種靈活可變的生產(chǎn)工藝給蘆葦在纖維板生產(chǎn)中的應(yīng)用提供了廣闊的前景。 參考文獻(xiàn)： 【1】《異氰酸酯膠蘆葦刨花板生產(chǎn)工藝研究》濮安彬等《木材工業(yè)》 1997年第11卷第2期 【2】《改性蘆葦制造中密度纖維板的工藝方法》韓家榮等 專利公開號(hào)：CN 101138856A
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、圖片
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 蘆葦屬多年生植物，砍伐后來年長勢更好，因此產(chǎn)量高，可以滿足工廠大批量的需求。稈狀蘆葦經(jīng)分離后纖維得率高、形態(tài)好，能生產(chǎn)各種厚度和密度的蘆葦纖維板，其產(chǎn)品性能穩(wěn)定，強(qiáng)度高變異性小、尺寸穩(wěn)定性好。用脲醛樹脂等膠粘劑生產(chǎn)的蘆葦纖維板的性能能與木材生產(chǎn)的纖維板媲美。 我國每年大約生產(chǎn)蘆葦200多萬噸，且生產(chǎn)量不斷增加，為纖維板的生產(chǎn)提供了充足的原料。蘆葦原料的成本較低，一般到廠價(jià)約300元/t，而纖維板木材原料到廠價(jià)一般為350元/t，利用蘆葦生產(chǎn)中密度纖維板，采用脲醛樹脂膠，其施膠量與木質(zhì)中密度纖維板相同，因此膠粘劑的成本不會(huì)增加，蘆葦作為纖維板的原材料生產(chǎn)中不加防水劑。所以蘆葦纖維板的生產(chǎn)成本比楊木中密度纖維板成本低10%-15%，因此在市場上具有一定的價(jià)格優(yōu)勢。 蘆葦用于纖維板的工業(yè)化生產(chǎn)，既可生產(chǎn)純蘆葦纖維板，也可與楊木混合生產(chǎn)不同比例的蘆葦-楊木纖維板，靈活可變的生產(chǎn)工藝給蘆葦在纖維板生產(chǎn)中的應(yīng)用提供了廣闊的前景。 蘆葦在纖維板行業(yè)的應(yīng)用，可防止蘆葦?shù)耐嘶?，形成濕地循環(huán)經(jīng)濟(jì)。
同類課題研究水平概述
- 我國對蘆葦人造板的研究始于上世紀(jì)90年代，黑龍江林產(chǎn)工業(yè)研究所的韓廣萍等人（1995）研究了原料破碎程度、板密度和施膠量對蘆葦刨花板性能的影響；東北林業(yè)大學(xué)的濮安彬等人（1995）分析了以蘆葦為單一原料制造符合標(biāo)準(zhǔn)要求的刨花板的困難所在；東北林業(yè)大學(xué)的李凱夫等（1995）研究了蘆葦－麻屑刨花板的研制；之后濮安彬等人（1997）又研究了異氰酸酯膠蘆葦刨花板的性能；1998年韓廣萍在日本京都大學(xué)研究了添加不同的硅烷偶聯(lián)劑對蘆葦刨花板性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)蘆葦莖稈表皮具有光滑的含礦物層和較高的硅物質(zhì)含量，使得膠粘劑很難浸入到莖稈內(nèi)部，妨礙蘆葦與蘆葦之間的良好膠合，因此，用普通脲醛樹脂膠壓制的蘆葦刨花板其內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度很低，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)不到國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。因此采用異氰酸酯膠制備蘆葦刨花板，其性能有所提高，但異氰酸酯膠價(jià)格十倍于普通脲醛樹脂膠，此外異氰酸酯膠在施膠等過程中有毒的，大量使用會(huì)影響工人的身體健康，因此蘆葦刨花板至今未投入工業(yè)化生產(chǎn)。 關(guān)于對蘆葦纖維板的研究很少，韓家榮等人做了一些研究。為了減少蘆葦表面的礦化層對膠黏劑浸潤的影響，韓家榮等人采用添加1—2%的NaOH水溶液作為活性劑對這一礦化層進(jìn)行改性處理，加粒粉膠及輔助劑生產(chǎn)纖維板。用NaOH水溶液處理蘆葦后的水會(huì)造成環(huán)境的污染同時(shí)使蘆葦?shù)男阅芟陆?，加之生產(chǎn)工藝復(fù)雜，因此到目前為止該生產(chǎn)方法還未用于實(shí)際生產(chǎn)。所以到目前為止市場上沒有以蘆葦為原料的纖維板。 本研究利用纖維分離時(shí)的熱作用使蘆葦表面礦化層熱解，在分離纖維的同時(shí)使礦化物均勻地分散到蘆葦纖維表面起到防水的作用，因此蘆葦纖維板在生產(chǎn)中可不加石蠟；并對蘆葦?shù)幕瘜W(xué)成分、細(xì)胞構(gòu)造和纖維形態(tài)進(jìn)行了分析，從原料本身的性質(zhì)入手研究其制造纖維板的可行性；蘆葦纖維板生產(chǎn)性試驗(yàn)的成功，證明蘆葦作為纖維板生產(chǎn)的原材料是可行的，填補(bǔ)了到目前為止市場上沒有以蘆葦為原料生產(chǎn)纖維板的空白。 江蘇的濕地資源豐富，為了給鳥類棲息提供良好的生態(tài)環(huán)境，達(dá)到生態(tài)修復(fù)、生物多樣性保護(hù)的目的，宿遷市對洪澤湖和駱馬湖濕地營造生態(tài)片林，在環(huán)湖淺灘濕地植被帶營造平均不小于100m挺水植被帶，以恢復(fù)本地天然蘆葦群落。為了將蘆葦這一濕地資源盡快的應(yīng)用到纖維板生產(chǎn)中，緩解江蘇木材資源的不足。濕地資源的主管部門宿遷林業(yè)局與本研究小組所在單位簽訂了《研發(fā)蘆葦中密度纖維板合作協(xié)議書》，共同開發(fā)蘆葦纖維板。
