“奎园生物质材料，E 环保型人造板新技术裳晨研讨会 南方速生材精深加工关键技术研究 ( I I 新技术) 李凯夫，彭万喜 ( 华南农业大学，广州5 1 0 6 4 2 ) 1 月U 舌 实现南方速生材高效利用的主要目标 是适材适用、因材使用、材尽其用、小材大 用、次材优用、综台利用，提高木材利用率， 达到高效利用，使速生材发挥最大的效益， 在缓解木材供求矛盾中发挥最大的作用。本 研究从尾巨桉和黎蒴栲材高效加工利用技 术研究入手，针对广东林业的现状和发展的 要求，以南方速生尾巨桉和黎蒴栲木材为研 究对象，开发出低毒刨花板制造技术、复合 M D F 制造技术、W P C 制造关键技术、量化 染色技术，为提升广东林业的木材加工技术 水平奠定基础。 2 复合M D F 制造技术 黎蒴栲材复合制造M D F 的关键技术 为： ( 1 ) 根据广东的实际，选择黎蒴栲材 与辐射松材复合，研究发现纤维复合比对 M D F 吸水厚度膨胀率有显著的影响，随纤 维复合比的增加，M D F 吸水厚度膨胀率增 大，内结合强度和静曲强度及弹性模量旱降 低的趋势。辐射松纤维中古有大量的松脂或 其降解、分解的疏水成分。而黎蒴栲纤维中 含有大量的抽提物，这些物质不仅影响术材 纤维的吸水性，而且影响U F 的润湿、渗透， 甚至固化，因此选择复合比0 4 3 ，即黎蒴栲 ，车昌射松复合比为3 ：7 。 ( 2 ) 黎蒴栲材热磨工艺参数为木片蒸 煮的温度1 6 5 ，蒸煮时间5r a i n 。6 0 目的 纤维占总纤维量的3 2 9 。大于6 0 目的纤 维占纤维总量的2 1 7 。黎蒴栲纤维滤水率 值为1 4 9s 。黎蒴栲材的碱缓冲容量为o 0 4 ， 酸缓冲容量为O 2 2 ，总缓冲容量为0 2 6 ，酸 的缓冲容量大于碱的缓冲容量。 ( 3 ) 施胶量对M D F 的弹性模量和静曲 强度影响显著。施胶量为1 2 时，静曲强度、 弹性模量町达到最大值。施胶量为1 0 时， 内结合强度可达到最大值。施胶量为1 1 时，吸水厚度膨胀率材达到国标要求。虽然 随着施胶量的增加M D F 的各个性能指标都 有改善，但考虑胶黏剂在整个M D F 的成本 控制中占有非常大的比重。因此，综合考虑 选择1 1 的施胶量为较佳值。 ( 4 ) 密度对M D F 的性能有很大的影 响，在一定的范围内，M D F 的密度越大， 则M D F 的静曲强度越大。含水率较高时， 密度增大，内结合强度则相应地降低。研究 得出0 7 6g e m 为较佳值。 黎蒴栲材复合M D F 的静曲强度比国家 标准高了9 5 5 ，弹性模量比国家标准高了 5 2 ，内结合强度达到了优等品的耍求，吸 水厚度膨胀率比国家标准少了3 5 。 3 黎蒴栲W P C 制造技术 研究黎蒴栲木塑复合相容性、稳定性以 及挤出流变性，试图从提高木塑复合材料的 界面相容性、保征加工过程中物料的稳定性 以及确保物料良好的流动性和渗透性来达 “金国生物质材料，E 环保型 、造板新技术戋晨研讨会 到共同复合的晟优化，并对木塑复合熔融物 料的流体类型、流变行为进行深入探讨。 ( 1 ) 偶联剂预处理木粉可以改善木塑 复合的相容性。采用用钛酸酯比铝酸酯使木 塑复合材料主要力学性能值增大更多；随着 钛酸酯、铝酸酯用量的增多，木塑复合材料 的力学性能呈先增大后减小趋势。但偶联剂 使用过量，不利于偶联剂在木粉表面形成单 分子膜，反而会降低材料性能，当偶联剂加 入量为1 5 份时，木塑复台材料的综合力学 性能较佳。E S E M 分析显示，偶联剂处理碳 酸钙包覆的木粉改善了物料的流动性以及 木粉与塑料界面闻的相容性。熔融指数试验 也显示出同样的规律，在同等试验条件下， 使用偶联翔物料的熔融指数比未使用的大 8 3 9g ( 1 0r a i n ) 2 2 9 1g ，( 1 0m i n ) ，使用 铝酸酯的物料比使用等量钛酸酯的大1 4 5 3 g ( 1 0 r a i n ) 。 ( 2 ) 碱处理黎蒴栲木粉去除了其中的 部分抽提物，增加了所制木塑复合材料的亮 度，提高了所制木塑复合材料的拉伸性能和 冲击韧性，但降低了其弯曲性能，对硬度的 影响不明显。不同树种木粉所制木塑复台材 料的力学性能差异不大，但由于稻糠和木材 化学成份的不同，术粉与稻糠所制木塑复合 材料的差异颇大。由于稻糠中强吸湿性的纤 维素和半纤维素的含量比木材中的低，其所 制木塑复合材料的吸水厚度膨胀率和吸水 率比木粉所制的低。但无论使用何种木质材 料，木塑复合材料的耐水性都非常好，吸水 厚度膨胀率最大仅0 6 8 。 ( 3 ) b - T I R 谱图显示，采用氯化镧稀土 热稳定性剂的P V C 体系木塑复合材料，其 不稳定特征基团羰基的伸缩振动吸收 强度比采用铅盐热稳定剂的大，且羰基的伸 缩振动峰位在1 7 3 8 7 9c m ，而采用稀土热 稳定剂的在1 7 3 2 3 8c m ，移向低波数。 ( 4 ) 从力学性能来看，三盐二盐复配 的铅盐热稳定剂对P V C 体系木塑复合材料 的加工过程中材料性能的保持能力，要优于 氯化镧稀土热稳定剂，但其长期热稳定性却 不如氯化镧稀土热稳定剂。不过，铅盐热稳 定剂若不配合抗氧剂B H T ，则加工热稳定的 效果非常差，制品降解变色严重，而纯氯化 镧稀土不需配合B H T 也可有良好的稳定效 粜，因此氯化镧稀土热稳定剂在一定程度上 起到了抗氧剂的作用。在同等试验条件下， 使用铅盐热稳定剂物料的熔融指数比使用 氯化镧稀土热稳定剂的小1 5 2 8 ( 1 0m i n ) ， 可见稀土热稳定剂具有较强的增进物料流 动性的能力。我国稀土资源丰富，稀土热稳 定剂无毒无害，在木塑复合材料上的应用有 很好的发展前景。 ( 5 ) 采用M a r q u e z 模型拟合木塑复合 物料的转矩流变试验数据，回归方程十分显 著，得出的流变参数表明木塑复合物料熔融 流体是非牛顿性较强的假塑性流体。在试验 范围内，木塑复合物料熔融流体的流动指数 n 为0 2 3 7 ，n 值小y - 0 3 5 ，C ( n 卸值大于7 N m s “，具有明显的假塑性流体的特征。试 验结果还表明，在剪切速率1 6 8S - l _ 3 9 3s 一1 的范围内，随着剪切速率的增大，木塑复合 物料的平衡温度升高；粘度降低，呈现“剪 切变稀”效应；剪切应力是先增大后减小的 趋势。 ( 6 ) 木塑复台物料熔融流体的粘温依 赖性比纯塑料的小。在所用试验条件下P V C 体系木塑复合物料的活化能为3 4 4 k J m o l ，比文献中报道的纯P V C 的活化能 小很多。是其四分之一左右，大小介于纯塑 料H D P E 和纯塑料L D P E 的活化能之间。设 定温度由1 7 0 升至1 8 0 时木塑复合物 “全国生物质材料，E 环保型 造板新技术裳晨研讨会 料的平衡温度升高了7 8 ，剪切应力降低 了0 8 2 M P a 粘度降低了2 4 2 8 P a s 。 ( 7 ) 木塑复合物料加料困难，流动阻 力大，达到平衡所需时间长，剪切生熟作用 强烈。在同等试验条件下，木塑复合物料的 加料最大峰比P V C 干混料的大1 0 5 9N n l ， 其最大转矩、最小转矩和平衡转矩分别比 P V C 千混料的大4 0 5N I T I 、1 6 1N m 、1 0 4 N m ：木塑复合物料达到平衡的时间比P V C 干混料达到平衡的时间长2 5r a i n ；木塑复合 物料的平衡温度比P V C 干混料的要高3 6 。 ( 8 ) 木粉的粒径影响加料难易和物料 在挤出机中的流变行为，并影响物料在挤出 机中的停留时间。在试验范围内，随着木粉 目数的减小，挤出试验的加料速度增大，制 品的挤出速度先增大后减小，木粉粒径为印 目时最大。P V C 长时间受热会降解显色，使 不同粒径木粉所制木塑复合材料与白板的 色差有差别，随着木粉目数的减小，所制木 塑复合材料与白板的色差减小。 4 刨花板制造新技术 针对当前刨花板毒性大的焦点，运用木 材抽提物渗透屏障原理，分析刨花板胶合机 理和刨花预处理机制，采用抽提技术，改变 刨花中的抽提物数量和种类，改善刨花的表 面性质和渗透通道，控制胶黏剂在刨花中润 湿、渗透，提高脲醛树脂胶黏剂与刨花之间 的胶合效果，达到降低刨花板施胶量和甲醛 释放量的目的，旨在化解刨花板产品质鼋、 甲醛释放量、生产成本三者之间的矛盾。 对刨花处理工艺及施胶量进行优化组 合后，尾巨桉刨花选择预处理温度6 0 、时 问3 h 、施胶量9 ；黎蒴栲刨花选择预处理 温度为6 0 、时间为1 2 0 m i n 、施胶量为7 。 利用试验所得的最佳工艺，黎蒴栲、尾巨桉 刨花按照温度为8 0 C 、时间为3 0 m m 、簏胶 量为7 进行对比和验证，刨花板物理力学 指标为密度卸6 8 5 9 ，c m 3 ，含水率9 5 6 9 ， 2 h 吸水厚度膨胀率5 1 9 ，内结合强度 卸4 4M P a ，静曲强度1 3 6M P a ，弹性模量 _ 1 7 7 0M P a ，甲醛释放量8 0 7 m g 1 0 0 9 。 应用黎蒴栲和尾巨桉木材抽提物渗透 屏障原理的思路和理论，通过控制木材水抽 提物的抽出量，改善脲醛树脂胶黏剂在刨花 中的渗透，提高脲醛树脂与刨花间的胶合效 率，即使施胶量降为7 ，黎蒴栲、尾巨桉、 杉木和马尾松等四种木材的刨花板甲醛释 放景几乎都在E 1 级水平，且各个物理力学 指标均达到或超过国家标准。 5 尾巨桉材量化染色技术 低质材仿珍贵木材的常用工艺是：单板 ( 旋切或刨切) 一漂白一清洗一浸染( 常压 或高压) 一清洗一千燥一整理一制方一刨切 或锯切成薄木或薄板。但是，这种工艺不仅 工序繁琐，作业复杂，而且在操作过程中单 板易损烂，导致生产成本增高，并且废水多、 生产绿色化程度低。本研究采用改进工艺对 尾巨桉仿黑核桃木进行染色，即薄木( 刨切) 一染( 常压、8 5 9 0 ) 一清洗一千燥一薄 木，在浸染工序中加入渗透剂，主要探讨浴 比、浸染时间、染液配比包括渗透剂用量等 对染色效果的影响。 E l + 、毋4 分别表示气干、烘干试件 与样品的色差，岛表示气干试件与烘干试 件的对照色差；黑核桃木样品的色度指标值 为：f 。= 4 0 6 1 ，+ 。= 8 7 5 ，b s = 1 1 9 5 。 考虑到前期试验条件及试验范 嗣的局限性，根据生产的具体情况， 对尾巨桉仿黑胡桃的染色工艺进行 优化组合。选择时间为4 0 m i n 、浴比 为4 倍、渗透剂浓度1 0 和酸性黑浓度 d 空国生物质材料，E 环保型 造板新技术喾侵司忖t 奢 为0 2 o ，为了提高生产的绿色化程度 和充分利用染料和发挥渗透剂W X l 的作用，对验证试验所用的染液进行 直接循环利用，染液连续使用三次， 晶曼4 8 4 N B S ， 毋名3 7 6 N B S ， 局5 2 2 0 N B S ，均能满足生产实践的需要。 在试验中还发现，由于尾巨桉早晚材 上色速率的差异，使处理后的薄木纹 理清晰，可以满足直接仿黑胡桃贴面 的要求。 总之，采用新研制的渗透剂W X l ，试验 得出较适合的工艺条件是浴比为4 、浸染酸 性黑1 0 B 浓度为0 2 。试验结果表明， 时间为4 0r a i n 、渗透剂浓度为1 0 、对0 6 5 i i l l n 厚的尾巨桉薄木染色，薄木不经漂白处 理，添加渗透剂W X I ，可直接染成黑核桃 木色，染透仅需4 0 m i n ，染液总浓度不大于 0 3 。，并且可以连续利用3 次；染色后，尾 巨桉薄木纹理清晰，可以直接用于仿黑核桃