秸秆人造板生产的两种工艺

方案的可行性研究

1 秸秆人造板发展简介

     利用农作物秸秆生产人造板，大概起源于20世纪20年代。当时，美国建立了世界上第一家蔗渣纤维板厂。40年代末以后，以蔗渣、麻秆、棉秆等经济作物秸秆为原料的人造板厂曾先后在一些国家有过不同程度的发展，但除少数蔗渣板厂和麻屑板厂外，大都没有长期存活下来。近年来，由于对木材和人造板资源的需求增加而带来的资源短缺，特别是越来越多的国家和地区为了保护环境而禁止或焚烧农作物秸秆，重新引起了人们对利用农作物秸秆制造人造板的重视，利用的主要对象也转向数量巨大的麦秸、稻草等谷物秸秆。

2　 秸秆人造板生产的两种工艺方案

    在利用秸秆生产人造板的工业化道路上，存在着两种工艺方案。一种是以异氰酸酯作为胶粘剂，以机械破碎方式制备秸秆碎料生产刨花板或碎料板的方案。此种方案是秸秆人造板生产最初采用并得到快速发展的方案，也是目前大多数已经投产的秸秆人造板工厂的生产方案。

由于秸秆原料表面富含蜡质层和灰份，制得的秸秆碎料不经过改性处理，难以用脲醛树脂胶合，因此各工厂均采用异氰酸酯作为胶粘剂。然而随着北美地区以及世界上其它地区利用异氰酸酯胶粘剂生产刨花板或碎料板的企业遇到了一系列的技术和市场困难，很多企业纷纷倒闭或转产后，人们又开始把目光重新转向脲醛树脂，希望生产纤维板。该方案是以脲醛树脂为胶粘剂，采用机械热磨的方式制备秸秆纤维，通过铺装、热压、后处理后制得中密度纤维板。这种方案是近年来秸秆人造板工业化生产研究的一个重点方向。目前，这两种工艺方案都有一定的研究机构和工厂在研究，也都有一定规模的工厂在进行工业化生产实验，但是真正成功的案例却不多。究其原因，是因为这两种工艺方案在技术、市场、成本等上均面临一系列的挑战。本文对这两种工艺方案的可行性进行一个简单的分析。

3　 以异氰酸酯为胶粘剂、以机械破碎方式制备秸秆碎料生产刨花板或碎料板工艺方案的可行性研究

3.1 技术难点

由于秸秆原料自身的特性，造成了此工艺方案在工业化生产中遇到一些技术困难和难点。

3.1.1 大部分秸秆原料（特别是麦秸和稻秸）表面富含蜡质层和灰份（主要成分是SiO2），这带来了以下生产技术上的难题：

1) 在制备刨花原料时不能够使用削片机。因为蜡质层和灰份会加剧刀具的磨损，经常更换刀具也会增加生产线的停车时间，这些都会增加生产成本。

2) 秸秆碎料胶合性能不佳，必须采用异氰酸酯胶粘剂，但是价格较高。

3) 异氰酸酯胶粘剂没有初粘性，施胶后铺装的板坯完整性和连续性不好，在输送过程中容易出现坍塌、脱落现象，造成运输的困难。另外由于异氰酸酯胶粘剂的使用，使得热压过程中存在着粘板问题。尽管可以采用脱模剂处理，但是一方面增加了生产的工序，另一方面又增加了生产成本。

4) 生产的成品板中也会含有少量的蜡和灰份，会增加后处理工段刀具和砂光机砂带的磨损，增加生产成本。

3.1.2 大部分秸秆原料的层积密度比较小，这给工业化生产带来了以下问题：

1) 影响设备的生产能力。

2) 对原料的贮存提出了更高的要求。贮存料仓必须有很好的防搭桥措施，并要有较大的出料能力。

3) 施胶均匀性难以保证。秸秆原料的比表面积比木材的大，而异氰酸酯胶粘剂施胶量又小，要想实现充分均匀施胶比较困难。

4) 板坯与成品板的厚度之比比较大，一般为10倍左右。

3.1.3 秸秆碎料传热性能不佳，导致热压时间长，生产效率不高。

以上的技术问题尽管随着技术的进步，在一一解决，但是很多解决方案还只停留在实验室阶段，离工业化生产还有一段的距离。彻底解决这些技术难点，还有待于有关的研究继续深入。

3.2 成本分析

3.2.1 原料成本。秸秆原料的成本较低，一般到厂价不超过150元/t。考虑到含水率的因素（一般秸秆原料到厂的含水率在20%左右），1t绝干秸秆原料的成本为180元左右。而刨花板厂木材原料到厂价格一般为200元/t。考虑到含水率的因素（一般到厂木材原料的含水率为

80% 左右），1t 绝干木材原料的成本为360 元。秸秆原料的价格大约是木材原料的一半左右。

3.2.2 胶粘剂成本。秸秆刨花板生产所使用的异氰酸酯胶粘剂的施胶量，尽管理论上可以达到3%，但是考虑到秸秆原料拌胶均匀性的难题以及产品质量的要求，工业化生产一般采用4%～4.5%，甚至5%，而且其价格较贵。目前市场上异氰酸酯（固体含量100%）售价大约在23000元/t，而且我国的产量还不大，要大规模生产秸秆刨花板还需要进口。而脲醛树脂（固体含量48%）仅为2000 元/t（随着甲醛、尿素的市场价格变化而有所变化）。按通常脲醛树脂1 2 % 的施胶量、异氰酸酯胶粘剂4.5% 的施胶量计，仅在胶粘剂一项，秸秆刨花板的成本就是普通木质刨花板的1.5～2倍左右。

3.2.3 设备生产能力。秸秆原料的层积密度比较小，因此其板坯与成品板的厚度之比比较大。秸秆碎料的传热性能不佳，造成了生产过程中热压时间长，生产效率低。因此，在同样设备的情况下，秸秆刨花板生产线的生产能力仅为木质刨花板生产线的一半左右，这使得生产单位产品的设备投资大大增加。

3.2.4 小结。

从上面的分析来看，秸秆刨花板或碎料板在秸秆原料的成本上具有一定的优势，但是在胶粘剂和设备投资方面却比木质刨花板有较大的提高。综合考虑，秸秆刨花板或碎料板的单位产品生产成本高于木质刨花板。

3.3 产品

   以这种工艺方案生产的产品在产品质量上介于刨花板和中密度纤维板之间。生产线基本上采用刨花板生产线，生产产品具有较好的防水和防潮性能，游离甲醛释放量能够达到E1 标准，是绿色环保产品。

3.4 可行性分析

    通过以上分析可以看出，此种工艺方案要想取得工业化生产上的成功，除了要解决技术上的一系列问题外，还需要对产品市场定位进行一番仔细研究。如果该产品在市场上以刨花板定位，由于生产成本较高，其劣势是显而易见的。曾经存在过的秸秆人造板企业遭受的困境充分证明了这一点。秸秆刨花板或碎料板产品只有在市场上发挥防水、防潮和无游离甲醛的优势，增加产品的卖点，找到对口的用户，才有可能取得市场的成功。

4 以脲醛树脂为胶粘剂、采用机械热磨方式制备秸秆纤维生产中密度纤维板工艺方案的可行性研究

4.1 技术难点

    由于秸秆原料自身的特性，因此这种工艺方案在工业化生产中也会遇到一些技术难点。

4.1.1 秸秆原料(特别是麦秸和稻草)表面富含蜡质层和灰份(主要成分是SiO2)带来的技术难题是：要使脲醛树脂胶粘剂能够较好地发挥作用，必须对农作物秸秆纤维进行热磨或改性。而如何有效地对秸秆纤维进行热磨，制备出合格的纤维原料也是此种工艺方案能否成功的关键。

4.1.2 秸秆原料,特别是近年来工业化生产用 得最多的稻秸和麦秸的有效纤维含量低。稻秸中有效纤维含量为5 0 % 左右，麦秸中稍高，约为6 0 % 左右。这样，热磨的有效纤维得率也低。而且由于秸秆原料的化学组分比较复杂，将会在生产过程中带来更多的复杂废弃物。

如何处理这些废弃物将成为秸秆中密度纤维板企业面临的一个重要课题。

4.1.3 秸秆原料层积密度比较小给工业化生产带来的问题是：

1) 影响设备的生产能力。

2) 对原料的贮存提出了更高的要求。贮存料仓必须有很好的防搭桥措施，并要有较大的出料能力。

4.2 成本问题

4.2.1 原料成本。秸秆原料的成本较低。一般到厂价不超过150元/t。考虑到含水率的因素（一般秸秆原料到场的含水率在20%左右），每一吨绝干秸秆原料的成本为180元左右。而每吨绝干纤维的成本为360元（有效纤维含量按50%计）。而中密度纤维板木材原料到厂价格一般为200元/t。考虑到含水率的因素（一般到厂木材原料的含水率为80%左右），每吨绝干木材原料的成本为360元。而每吨绝干纤维的成本为400元（有效纤维含量按90%计）。这样，秸秆原料的价格大约与木材原料的持平或略低。

4.2.2 胶粘剂成本。利用秸秆来生产中密度纤维板，可以采用脲醛树脂，其施胶量与木质中密度纤维板没有太大的区别，因此，二者成本基本相同。

4.3 设备生产能力

    由于秸秆原料的层积密度比较低，因此在秸秆纤维制备工段，需要比木质纤维制备更大的生产能力。而热磨以后的设备的生产能力与木质生产线基本相同。因此在设备投资方面，秸秆中密度纤维板生产线略高于木质中密度纤维板生产线。

4.4 产品

     采用此种工艺生产的秸秆中密度纤维板与木质中密度纤维板在物理力学性能方面没有太大的差别，除备料工段的个别设备外，生产线设备与木质中密度纤维板设备基本相同，因此是真正意义上的中密度纤维板。

4.4 可行性分析

    从上面的分析可以看出，秸秆中密度纤维板在秸秆原料的成本上具有一定的优势，在胶粘剂和设备投资方面却与木质刨花板相差不大。其成败的关键在于能否生产出生产所需要的合格的纤维原料。目前，很多国内外的研究机构和企业都在这方面进行研究，对原料进行一定程度的化学处理和在热磨过程中采用加压的工序都能起到一定的作用。但是这些方案均处于实验室研究阶段，还没有工业化的生产能为其提供生产的实践依据。综合考虑，秸秆中密度纤维板生产线如能很好地解决纤维制备的问题，其生产成本将低于中密度纤维板或与它持平，因此将会在市场上将具有一定的优势。

5. 小结

以上两种工艺生产方案都在不断的完善之中，各种造板以替代日益减少的森林资源是林业工作者不可推卸的任务，希望有关工作能够取得进展。