狄恩倉(cāng) 張學(xué)濤

（鄭州工程技術(shù)學(xué)院機(jī)電與車輛工程學(xué)院，河南 鄭州 450044）

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展壯大，人民群眾的各項(xiàng)需求在日益增長(zhǎng)，如對(duì)木料的需求在不斷增大。但是，我國(guó)森林資源短缺，木料的供應(yīng)跟不上市場(chǎng)的需求，如何解決這種供需矛盾，秸稈人造板產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了人們的視線，得到了充分重視。秸稈人造板是以農(nóng)作物秸稈為原料，經(jīng)熱壓膠合制作而成的板材，是一種環(huán)境友好型材料。秸稈人造板可以降低板材行業(yè)對(duì)樹(shù)木的依賴，有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，減少碳排放，以草代木。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年我國(guó)秸稈利用量約為5億t，其中作為秸稈人造板、造紙等工業(yè)原料的量約為0.18億t，僅為秸稈利用總量的2.6%［1］。由此可以看出，我國(guó)秸稈人造板市場(chǎng)需求和產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

1 我國(guó)秸稈人造板產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)秸稈人造板產(chǎn)業(yè)真正起步于20世紀(jì)70年代，在廣東、福建等省區(qū)興建了以蔗渣為原料的刨花板和纖維板。20世紀(jì)80年代，我國(guó)掀起研究秸稈人造板的熱潮，中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院、南京林業(yè)大學(xué)、東北林業(yè)大學(xué)等一批高校和科研單位對(duì)秸稈人造板開(kāi)展了系統(tǒng)且深入的研究，取得了諸多研究成果，不同類型秸稈人造板的研究開(kāi)發(fā)從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)向?qū)嶋H生產(chǎn)實(shí)踐。20世紀(jì)90年代后期，隨著國(guó)外利用異氰酸酯（MDI）生產(chǎn)秸稈人造板取得成功，我國(guó)也開(kāi)始進(jìn)行大規(guī)模的研究開(kāi)發(fā)，研究方向主要集中在稻草中密度板、麥秸纖維板、水泥/麥秸刨花板、麥秸與塑料復(fù)合人造板等方面［2-4］。隨著市場(chǎng)對(duì)人造板需求量的增加和國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，科技部在“十五”期間將秸稈復(fù)合材料的研究列入國(guó)家“863”計(jì)劃和“973”重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃，予以重點(diǎn)支持。采用異氰酸酯（MDI）或改性脲醛樹(shù)脂為膠粘劑，以稻/麥秸稈為原料制造環(huán)保型人造板的技術(shù)已經(jīng)成熟，產(chǎn)品性能達(dá)到木質(zhì)人造板國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，經(jīng)過(guò)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和工藝的不斷研究和推廣，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

2 我國(guó)秸稈人造板產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制約因素

秸稈人造板產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊，然而現(xiàn)實(shí)情況并不容樂(lè)觀。目前，秸稈人造板生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益并不理想，企業(yè)生存狀況堪憂。我國(guó)屈指可數(shù)的幾家規(guī)模生產(chǎn)線，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益都不盡如人意。其原因在于秸稈人造板生產(chǎn)設(shè)備和工藝不成熟、設(shè)備可靠性差、自動(dòng)化程度不高，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品價(jià)格沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力，與木質(zhì)人造板相比沒(méi)有質(zhì)量和價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

2.1 原材料采購(gòu)和貯存

秸稈人造板的原材料雖然產(chǎn)量大、可再生、收購(gòu)價(jià)格低，但是收集過(guò)程麻煩、勞動(dòng)量大、松散秸稈運(yùn)輸不便。隨著我國(guó)勞動(dòng)力價(jià)格的升高及運(yùn)輸成本的增加，使得秸稈人造板企業(yè)的收購(gòu)價(jià)格居高不下，已經(jīng)占到了原材料成本的40%。另外，農(nóng)作物秸稈結(jié)構(gòu)松散、密度小、體量大，占用存儲(chǔ)空間大；含糖量高，易霉變，對(duì)存儲(chǔ)環(huán)境要求高；容易燃燒，對(duì)防火條件要求高等。上述因素都間接增加了秸稈人造板企業(yè)的生產(chǎn)成本。

2.2 生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)線

為了節(jié)約成本和在秸稈原料空檔期生產(chǎn)木質(zhì)人造板，我國(guó)現(xiàn)有的秸稈人造板生產(chǎn)線所用設(shè)備大都是在木質(zhì)人造板生產(chǎn)線基礎(chǔ)上改造而來(lái)的，這就造成了生產(chǎn)設(shè)備的非專一性。由于秸稈和木質(zhì)原料的物理和生物特性并不一致，其在加工過(guò)程中對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的要求也就不一樣。用木質(zhì)人造板生產(chǎn)線的設(shè)備生產(chǎn)秸稈人造板，因?yàn)樗蟮脑O(shè)備參數(shù)和工藝參數(shù)不一致，設(shè)備的可靠性就會(huì)大打折扣，造成生產(chǎn)的連續(xù)性和產(chǎn)品的穩(wěn)定性出現(xiàn)問(wèn)題。生產(chǎn)過(guò)程中修修停停，不斷改進(jìn)，導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)效率較低，生產(chǎn)成本居高不下。

2.3 膠粘劑

膠粘劑是秸稈人造板的核心問(wèn)題，直接影響板材的生產(chǎn)成本和性能指標(biāo)。最初人們采用用于木質(zhì)人造板的脲醛樹(shù)脂或酚醛樹(shù)脂作為秸稈人造板的膠粘劑，由于秸稈原料表面存在蠟質(zhì)層，造成板材的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)。所以，截至目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)建成的秸稈人造板生產(chǎn)線幾乎都采用異氰酸酯（MDI）作為膠粘劑。從現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)效果來(lái)看，秸稈人造板采用異氰酸酯（MDI）作為膠粘劑，需要的單位施膠量比較少，施膠后對(duì)原料單位含水率要求不太嚴(yán)格，在含水率稍高一點(diǎn)的情況下也可以進(jìn)行熱壓，熱壓的周期相對(duì)較短。但是，采用異氰酸酯（MDI）作為膠粘劑會(huì)帶來(lái)以下問(wèn)題。一是雖然目前從技術(shù)上解決了脫模難題，但還是增加了生產(chǎn)過(guò)程和材料，提高了產(chǎn)品生產(chǎn)成本。二是異氰酸酯（MDI）的市場(chǎng)價(jià)格一直很高，一般為脲醛樹(shù)脂的8～10倍。盡管異氰酸酯（MDI）的單位用膠量比脲醛樹(shù)脂低得多，但其最終折合成本仍然較高。采用異氰酸酯（MDI）作為膠粘劑，膠的投入甚至占到產(chǎn)品成本的50%以上［3］。三是采用異氰酸酯（MDI）的秸稈人造板初期強(qiáng)度低，導(dǎo)致在板坯的運(yùn)輸過(guò)程中邊緣破損，加工時(shí)的裁邊量增加，更有甚者直接成為廢品，增加了板坯成本。四是生產(chǎn)過(guò)程中，在拌膠和鋪裝時(shí)會(huì)產(chǎn)生游離的異氰酸酯（MDI），這種有毒的廢氣會(huì)毒害人們的呼吸道和肺部，需要對(duì)工人進(jìn)行防護(hù)，對(duì)有害氣體進(jìn)行收集和無(wú)害化處理，當(dāng)然這些必要的設(shè)備和措施會(huì)增加生產(chǎn)成本。

2.4 熱壓時(shí)間

秸稈的結(jié)構(gòu)疏松，主要成分為纖維素、半纖維和木質(zhì)素，纖維細(xì)胞含量（60%）低于木材（75%～98%），溶液抽提物含量較高、灰分大，與木材相比，秸稈的機(jī)械強(qiáng)度要低很多。尤其是秸稈表面特性對(duì)秸稈的合理利用具有重要影響［5］。由于農(nóng)作物秸稈空隙多、密度小、傳熱效率低下，導(dǎo)致秸稈人造板的熱壓時(shí)間要比同樣條件下（如板子密度、厚度均相同）的木質(zhì)刨花板或木質(zhì)中密度纖維板長(zhǎng)得多。以15 mm厚的板材為例，施加脲醛樹(shù)脂的木質(zhì)人造板需熱壓5 min左右，而施加異氰酸酯（MDI）的稻秸人造板熱壓時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)5 min，幾乎相當(dāng)于木質(zhì)人造板的2倍［6］。相對(duì)較長(zhǎng)的熱壓時(shí)間導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降、加熱成本上升、生產(chǎn)成本增加。

3 促進(jìn)秸稈人造板產(chǎn)業(yè)發(fā)展的策略

3.1 國(guó)家政策扶持

近年來(lái)，我國(guó)大部分地區(qū)霧霾天氣越來(lái)越多，沙塵暴也有重新抬頭的趨勢(shì)，環(huán)境污染日益嚴(yán)重。國(guó)家為了減少污染，改善自然生態(tài)環(huán)境，從中央到地方先后出臺(tái)了一系列支持環(huán)保產(chǎn)業(yè)、促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的政策。秸稈人造板產(chǎn)業(yè)是循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，將優(yōu)先享受到政策帶來(lái)的紅利。目前，秸稈人造板項(xiàng)目在前期及后期建設(shè)過(guò)程中，可申報(bào)并獲得國(guó)家或地方政府的政策支持。例如，2017年“中央一號(hào)文件”《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于深入推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革加快培育農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展新動(dòng)能的若干意見(jiàn)》，鼓勵(lì)各地加大農(nóng)作物秸稈綜合利用支持力度，健全秸稈多元化利用補(bǔ)貼機(jī)制。國(guó)家發(fā)展改革委辦公廳下發(fā)的《關(guān)于組織申報(bào)資源節(jié)約循環(huán)利用重點(diǎn)工程2016年中央預(yù)算內(nèi)投資備選項(xiàng)目的通知》（發(fā)改辦環(huán)資［2016］663號(hào)），申報(bào)范圍主要包括大宗固體廢棄物資源化利用工程、農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范項(xiàng)目、農(nóng)作物秸稈綜合利用等項(xiàng)目。財(cái)政部、國(guó)家稅務(wù)總局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于印發(fā)<資源綜合利用產(chǎn)品和勞務(wù)增值稅優(yōu)惠目錄>的通知》（財(cái)稅［2015］78號(hào)）明確規(guī)定秸稈人造板項(xiàng)目增值稅即征即返70%。國(guó)家農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)辦公室《關(guān)于印發(fā)<2016年國(guó)家農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)項(xiàng)目申報(bào)指南>的通知》（國(guó)農(nóng)辦［2015］68號(hào)）規(guī)定，秸稈人造板項(xiàng)目可以獲得貸款貼息。河南省人民政府辦公廳《關(guān)于加強(qiáng)秸稈禁燒和綜合利用工作的通知》（豫政辦［2015］77號(hào)）統(tǒng)籌安排了主要用于農(nóng)作物秸稈綜合利用的試點(diǎn)資金。

3.2 創(chuàng)新秸稈收集和運(yùn)輸模式

農(nóng)作物秸稈資源分布范圍廣、總體產(chǎn)量大、價(jià)格便宜，屬于可再生資源，但是單位面積農(nóng)作物秸稈密度低，勞動(dòng)環(huán)境差而強(qiáng)度大，收集困難。由于目前農(nóng)村精壯勞動(dòng)力大都外出打工，他們只在農(nóng)忙季節(jié)短時(shí)間回村參加農(nóng)業(yè)勞動(dòng)，其他時(shí)間段農(nóng)村勞動(dòng)力出現(xiàn)了短缺現(xiàn)象，用工成本上升很快，導(dǎo)致農(nóng)民收集秸稈的積極性下降。許多農(nóng)業(yè)企業(yè)和專業(yè)合作社，在具體的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中進(jìn)行過(guò)各種不同條件下的運(yùn)營(yíng)方式試驗(yàn)，探索了不同形式的秸稈原料采集與輸送模式。綜合來(lái)看，成熟可行的模式是以企業(yè)為中心建立秸稈原料采集地，采用秸稈收購(gòu)經(jīng)紀(jì)人的形式，由經(jīng)紀(jì)人把好原料質(zhì)量第一關(guān)，打包成捆后轉(zhuǎn)賣給企業(yè)，企業(yè)根據(jù)工廠生產(chǎn)需要量以及廣大農(nóng)民可供秸稈的具體情況，控制好秸稈原料的進(jìn)量或進(jìn)入頻率［7］。

《中華人民共和國(guó)農(nóng)民專業(yè)合作社法》中規(guī)定，農(nóng)民專業(yè)合作社是在農(nóng)村家庭承包經(jīng)營(yíng)基礎(chǔ)上，同類農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者或者同類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)服務(wù)的提供者、利用者，自愿聯(lián)合、民主管理的互助性經(jīng)濟(jì)組織。農(nóng)民專業(yè)合作社是新形勢(shì)下農(nóng)村經(jīng)濟(jì)探索新的成果，是新形勢(shì)下促進(jìn)農(nóng)村生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變的有效途徑，有助于我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)專業(yè)化程度的提高，有利于我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)效率的提高，在一定程度上加快了農(nóng)村社會(huì)分工，使農(nóng)村富余勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移到其他產(chǎn)業(yè)，增加了農(nóng)民收入。目前，我國(guó)農(nóng)村各類農(nóng)民專業(yè)合作社遍地開(kāi)花，尤其是一部分大型的專業(yè)合作社，運(yùn)營(yíng)管理良好，給合作社成員創(chuàng)造了實(shí)實(shí)在在的財(cái)富，在當(dāng)?shù)剞r(nóng)民中擁有了一定的群眾基礎(chǔ)和社會(huì)美譽(yù)度，有很大的示范效應(yīng)和帶動(dòng)作用。建議充分利用農(nóng)民專業(yè)合作社這個(gè)優(yōu)秀平臺(tái)，與成員多、信譽(yù)好的農(nóng)民專業(yè)合作社合作，委托他們統(tǒng)一采集收購(gòu)農(nóng)作物秸稈，既能解決農(nóng)村勞動(dòng)力短缺問(wèn)題，又能解決收購(gòu)點(diǎn)場(chǎng)地和原料質(zhì)量把控及追溯問(wèn)題。

3.3 秸稈預(yù)處理技術(shù)

大部分秸稈表面光滑，這是由于其表層分布有大量硅元素和蠟狀物質(zhì)，這使得脲醛樹(shù)脂膠難以浸潤(rùn)，給膠粘劑的潤(rùn)濕及膠合固化帶來(lái)了很大的困難。所以，必須對(duì)秸稈進(jìn)行預(yù)處理。長(zhǎng)期以來(lái)，秸稈人造板科研人員對(duì)秸稈預(yù)處理技術(shù)進(jìn)行了深入且廣泛的研究，目前已出現(xiàn)的方法有水熱處理法、生物處理法、機(jī)械處理法、化學(xué)處理法及等離子體處理法等。上述預(yù)處理方法的主要機(jī)理是通過(guò)應(yīng)用以上預(yù)處理技術(shù)，消除秸稈表面的難膠合物質(zhì)，激化表面物質(zhì)活性，分散不利于膠合的物質(zhì)，改變影響膠合的官能團(tuán)的數(shù)量和分布［6］。

人造纖維板加工行業(yè)是較早應(yīng)用蒸汽爆破技術(shù)的行業(yè)之一。蒸汽爆破處理過(guò)程一般為把待爆破物料裝入密閉的容器內(nèi)，通入高溫高壓蒸汽并保持適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，然后瞬間釋放掉壓力和溫度。由于蒸汽爆破系統(tǒng)能耗較高、生產(chǎn)效率低，嚴(yán)重制約了蒸汽爆破技術(shù)的普及與應(yīng)用。因此，相關(guān)行業(yè)推廣應(yīng)用蒸汽爆破技術(shù)，必須降低能耗、提高爆破效率，對(duì)蒸汽爆破技術(shù)加以改進(jìn)創(chuàng)新。鄭州工程技術(shù)學(xué)院生物質(zhì)高值利用研發(fā)中心和鶴壁正道科技有限公司聯(lián)合研制改進(jìn)的瞬時(shí)彈射式蒸汽爆破（ICSE）技術(shù)及其設(shè)備，采用新的爆破原理，降低了能耗，提高了生產(chǎn)效率。經(jīng)過(guò)ICSE技術(shù)處理后的秸稈原料沉降比最大為1∶1，固體表面自由能增大，比表面積明顯增加，比原料增加65.2%；最大孔容為80～90 nm，相對(duì)于原料在絕對(duì)量上大比例地增加了中孔、大孔的孔洞數(shù)量及孔容，徹底改變了組織結(jié)構(gòu)，使細(xì)胞壁完全斷裂破碎［8］。經(jīng)過(guò)ICSE技術(shù)處理后使用傳統(tǒng)脲醛樹(shù)脂或酚醛樹(shù)脂作為粘接劑制作的秸稈人造板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度可以達(dá)到要求，如果采用異氰酸酯（MDI）作為粘接劑，在秸稈人造板達(dá)到相同技術(shù)指標(biāo)的前提下，可以減少粘接劑的使用量，直接降低了粘接劑的成本，既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保。

4 結(jié)語(yǔ)

秸稈人造板是通過(guò)對(duì)農(nóng)作物剩余物進(jìn)行熱壓膠合制作而成的環(huán)境友好型板材，其在對(duì)農(nóng)作物剩余物進(jìn)行資源化利用的同時(shí)也緩解了環(huán)境污染問(wèn)題，農(nóng)民也通過(guò)賣秸稈提高了種田的經(jīng)濟(jì)效益，因此秸稈人造板產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊。然而，目前在實(shí)際生產(chǎn)中還有很多制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的因素，如原料收集、膠粘劑、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度和生產(chǎn)成本等問(wèn)題，創(chuàng)新原料收集模式和發(fā)展秸稈預(yù)處理技術(shù)是破局的關(guān)鍵。根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中不斷出現(xiàn)的新問(wèn)題，建議從多個(gè)層面開(kāi)展深入研究，針對(duì)不同情況做出應(yīng)對(duì)，積極破解秸稈人造板產(chǎn)業(yè)發(fā)展困局。