秸塑新材料工業(yè)化利用的探討

摘 要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生態(tài)環(huán)境與原材利用之間的矛盾日益顯現(xiàn)，使得我國(guó)WPC產(chǎn)業(yè)資源開發(fā)利用所需的原材（木質(zhì)纖維）已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此，基于木料本身為基材的中國(guó)木塑產(chǎn)業(yè)，在未來的數(shù)年內(nèi)，并不適合大規(guī)模發(fā)展。而SPC是木塑復(fù)合材料發(fā)展和延伸的產(chǎn)物，不管是從原料成本，還是從產(chǎn)品的強(qiáng)度、耐用性等方面SPC完全可以與木塑材料相媲美。秸塑新材料的提出與工業(yè)化利用，將為中國(guó)在其領(lǐng)域創(chuàng)造莫大的財(cái)富。

關(guān)鍵詞：木塑；秸塑新材料；工業(yè)化利用

1 秸塑新材料

1.1 秸塑新材料的概念

一般而言，以全秸稈生物質(zhì)為基本原料與塑料復(fù)合產(chǎn)生的新材料也屬于WPC，但是秸塑新材料（Straw Plastic Position，SPC） 與常規(guī)WPC還是有顯著差別，從原材料構(gòu)成看，WPC使用的原材料大部分是木粉和PE等廢塑料的復(fù)合 ，而SPC則是由秸稈生物質(zhì)與其廢舊塑料經(jīng)過改性塑化后的新型材料，由于其原材料容重的明顯差異，多孔徑結(jié)構(gòu)（圖1（A））的秸稈組織改性塑化后（圖1（B），（C））[1]，不僅使得秸稈生物質(zhì)的塑化性能提高，還能增加復(fù)合材料的韌性[2]。所以，將植物纖維作為補(bǔ)強(qiáng)材料添加到熱塑性塑料中體現(xiàn)出很好的力學(xué)性能優(yōu)勢(shì)[3]。因此，秸塑作為一種新型材料在繼承木塑材料的優(yōu)勢(shì)上，進(jìn)一步提高和改良了其材料的性質(zhì)。

1.2 秸塑新材料的研究

用模壓法制備了甘蔗渣/LDPE發(fā)泡木塑復(fù)合材料，結(jié)果表明：化學(xué)發(fā)泡法可有效減輕材料的自重；而甘蔗渣的加入也一定程度上降低了材料的性能，且隨著用量的增加降低的幅度越大。預(yù)熱溫度為200℃時(shí)，材料的各項(xiàng)性能最佳[4]。相容劑添加在玉米秸稈、玉米芯和麥秸稈分別與高密度聚乙烯制成復(fù)合材料中，結(jié)果顯示：纖維含量越高，材料的力學(xué)性能越好，但吸水性也越高；增加相容劑可以降低復(fù)合材料的吸水率[5]。用不同含量的水稻秸稈與聚己內(nèi)酯制備復(fù)合材料，結(jié)果表明：隨著秸稈含量的增加，熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能呈總體降低趨勢(shì)，當(dāng)水稻桿含量為3%時(shí)，拉伸強(qiáng)度適度增加[6]。用不同含量的小麥秸稈和馬來酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）偶聯(lián)劑與聚丙烯制成復(fù)合材料，結(jié)果表明：當(dāng)30%麥秸稈和3%PP-g-MA偶聯(lián)劑處理方案復(fù)合材料力學(xué)性能最優(yōu)，隨著秸稈含量的增加，熱穩(wěn)定性逐步降低[7]。此外，以雜交狼尾草為原料制備木塑復(fù)合材料的研究[8]，進(jìn)一步擴(kuò)大了植物纖維材料的試驗(yàn)用材范圍。由于秸塑復(fù)合材料（Straw-Plastic Composites， SPC）概念[9]的提出，使得我國(guó)生物質(zhì)新材料產(chǎn)業(yè)原材料問題上由木/塑復(fù)合，到生物質(zhì)復(fù)合，再到生物質(zhì)改性的重大突破。

2 秸塑工業(yè)化利用的必要性

2.1 秸塑工業(yè)化利用對(duì)自然環(huán)境的影響——生態(tài)價(jià)值

中國(guó)林業(yè)資源相對(duì)貧乏，人均森林蓄積量嚴(yán)重不足，但我國(guó)的木材消耗量卻居高不下，木材的大量砍伐嚴(yán)重影響我國(guó)生態(tài)環(huán)境，而日益增長(zhǎng)的木材需求，除從國(guó)外進(jìn)口大量木材外，尋找合適的木材替代品成為解決這一問題首要的途徑。與此同時(shí)，被大量廢棄的農(nóng)林三剩物，也對(duì)環(huán)境造成了極大的影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年大約有9億噸農(nóng)林三剩物未得到充分利用。如果將這9億噸農(nóng)林剩余物有效的開發(fā)和利用，生產(chǎn)出木質(zhì)替代品，就可以大量減少木材資源供應(yīng)，對(duì)減少森林資源消耗，保護(hù)生態(tài)環(huán)境起到莫大的影響，其生態(tài)價(jià)值難以估量。

2.2 秸塑工業(yè)化利用對(duì)社會(huì)環(huán)境的影響——經(jīng)濟(jì)價(jià)值

參考木塑材料，目前，各類木塑復(fù)合材料及制品在美國(guó)、加拿大、德國(guó)、英國(guó)、荷蘭、日本和韓國(guó)等國(guó)已得到較為廣泛的應(yīng)用。2009年，全球木塑復(fù)合材料年產(chǎn)量超過150萬噸，2013年上升至250萬噸。這主要是受到中國(guó)產(chǎn)量年均增長(zhǎng)20%以上的推動(dòng)，預(yù)計(jì)到2015年，全球?qū)δ舅軓?fù)合材料需求將繼續(xù)保持高速增長(zhǎng)，產(chǎn)量將上升至300萬噸以上。2001年我國(guó)的木塑復(fù)合材料總產(chǎn)量?jī)H為1萬噸左右，但2013年總產(chǎn)量超過120萬噸，近30%的產(chǎn)品出口到歐美。目前，我國(guó)己成為世界第一大木塑復(fù)合材料生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)，總產(chǎn)值達(dá)151億元[10]。

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生態(tài)環(huán)境與原材利用之間的矛盾日益顯現(xiàn) 使得我國(guó)WPC產(chǎn)業(yè)資源開發(fā)利用所需的原材（木質(zhì)纖維）已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，我國(guó)第八次森林資源普查，清查結(jié)果顯示：全國(guó)森林面積2.08億公頃，森林覆蓋率21.63%，森林蓄積151.37億立方米。人工林面積0.69億公頃，蓄積24.83億立方米。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 我國(guó)人均森林面積僅有0.11hm2， 約是世界人均占有量的六分之一；人均森林蓄積量8.6m3， 只有世界人均占有量的12.5%[6]。按照目前發(fā)達(dá)國(guó)家年人均消費(fèi)木材1.16m3來計(jì)算， 我國(guó)每年需要木材15×109m3，木材供需缺口巨大[11]。因此，基于木料本身為基材的中國(guó)木塑產(chǎn)業(yè)，在未來的數(shù)年內(nèi)，并不適合大規(guī)模發(fā)展。而秸塑新材料的提出與工業(yè)化利用，將為中國(guó)在其領(lǐng)域創(chuàng)造莫大的財(cái)富。

3 秸塑新材料產(chǎn)業(yè)前景

秸塑作為一種新型材料，與木塑材料相比有著木塑不可替代的優(yōu)勢(shì)，從木塑復(fù)合，到生物質(zhì)復(fù)合，再到生物質(zhì)改性，秸塑作為其改性技術(shù)的結(jié)晶，也將是木塑產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今的必然過程。我們不僅要看到這一技術(shù)的變遷，還要知道這一改變帶來的經(jīng)濟(jì)效益，而這一技術(shù)來源于我國(guó)的科學(xué)研究，也將在我國(guó)的社會(huì)大環(huán)境下茁壯成長(zhǎng)。我國(guó)良好的原材料來源，為秸塑在今后的快速發(fā)展，奠定了 堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。對(duì)于其高端市場(chǎng)的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)，秸塑獨(dú)特的優(yōu)良性可以擴(kuò)展到木材和塑料產(chǎn)業(yè)的各個(gè)角落，所以秸塑作為一種新型材料的出現(xiàn)，需求量與產(chǎn)品的市場(chǎng)是十分廣闊的。

4 其產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的主要問題

不否認(rèn)秸塑作為新材料的良好發(fā)展前景，但除此之外也存在諸多問題。首先，其產(chǎn)品研發(fā)尚處在起步階段，還需要持續(xù)的研發(fā)與系統(tǒng)的研究。而國(guó)內(nèi)大多數(shù)木塑生產(chǎn)企業(yè)工業(yè)技術(shù)薄弱，缺乏創(chuàng)新能力，很難再一定程度上掌握其新材料在新領(lǐng)域的運(yùn)用。其次，該產(chǎn)品原材料由于受到其季節(jié)性影響，加之改性塑化的生工藝較為復(fù)雜，使之生產(chǎn)成本較高，不利于低端市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)加工企業(yè)相對(duì)弱小，分散，市場(chǎng)化程度較低。規(guī)模化產(chǎn)業(yè)化的骨干企業(yè)數(shù)量不多，難以形成一定規(guī)模的產(chǎn)業(yè)集群，難以產(chǎn)生群體的拉動(dòng)效應(yīng)和市場(chǎng)推廣效應(yīng)。導(dǎo)致其木塑產(chǎn)業(yè)本身商業(yè)化推廣的嚴(yán)重缺位，信息道路不通暢，產(chǎn)品普及程度低下。當(dāng)然除此之外，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)滯后，也是導(dǎo)致其發(fā)展滯后的重要因素之一。

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