秸秆、粉煤灰复合防水板材技术
项目名称:秸秆、粉煤灰复合防水板材技术
成果单位：中国科学院过程工程研究所
检索用关键词：秸秆、粉煤灰复合防水板材技术
专利状况：3
专利申请号：-
应用行业：C
技术领域：3
技术产品用途介绍：项目意义：
该项目是开发以植物纤维、粉煤灰为主要原料，采用材料接枝技术与半互穿聚合物网络（Semi- IPN，Semi-interpenetrating polymer network,）工艺来制备高强度防水复合材料。本技术具有自主知识产权，通过国际联机检索，未见文献报道。
植物纤维包括了小麦、水稻、玉米、棉花、甘蔗、向日葵等农作物的秸秆为原料制成的短纤维, 同样也可以使用各种树木枝杈为原料制成的纤维粉末，木材加工所生成的木屑；粉煤灰包括了火力发电厂、炼钢厂、化工厂和其它行业的燃煤粉体。
粉煤灰与秸秆是工业与农业的两大废弃物，解决这两种废弃物对环境的压力，促使粉煤灰与秸秆资源化成为全球性的研究热点。中国是世界上最大生产和消耗煤炭的国家，每年全世界粉煤灰年排放量为1.6亿吨，我国年排放量约1.1亿吨，利用率为42%，主要应用在建材、建工、筑路、回填方面；中国也是一个农业大国，全球秸秆年产生量为29亿吨，中国年产生6亿吨，在界能源、饲料、肥料、建材等方面都有秸秆再利用技术，但利用率总和还不到30%。目前我国还有0.7万吨的粉煤灰和4亿吨的秸秆需要处理，粉煤灰的逐年堆积，占用了大量的耕地面积；某种意义上讲，秸秆是农民的累赘，没地方放、没有人买，只好放火烧掉，造成了社会公害，烧得严重时还导致高速公路和民航机场关闭。因此，粉煤灰与秸秆的资源化项目，得到了国家与各级政府的鼓励与大力支持。另一方面，国家颁发禁伐天然林木文件之后，众多木板材厂家的原料来源受限制，大多处于亏损状态。一些采用过时技术生产的落后产品，更是让消费者敬而远之。秸秆、粉煤灰复合防水板材的出现，可以说是板材厂家以解木材缺乏的“救市”良方，该项目为板材制造业提供了重要商机，在国内以及亚洲地区将具有更为广阔的市场前景。
技术的先进性：
同时采用秸秆与粉煤灰制备板材的方法，目前还未见文献报道，而以秸秆或者是粉煤灰分别制备板材和建材的方法，国内外已经报道了许多专利与非专利技术、通用的方法是经过不同材料比例的物理共混，模压而成，这类板材共同的缺点是防水性很差。
为了解决传统工艺制备板材防水性差的瓶颈问题，我们从物质组分与结构上着手研究，寻找新技术的突破口，秸秆是一种韧性材料，粉煤灰是一种刚性材料，如果将这两种废弃物结合起来，能够开发出低成本高性能的板材。秸秆的主要成分是粗纤维和无氮浸出物，粉煤灰的主要组分为硅铝酸盐，这两种材料的表面均含有自由的羟基，如果采用传统的粘合压板技术制得的板材，从物质结构理论上分析，是靠物理吸附与部分氢键的集合形成，在水的存在下，物质组分很容易离散，难以防水。
针对上述物质结构分析，我们采用材料界面接枝技术与半互穿聚合物网络工艺，成功制备了高强度防水复合材料。这种材料在水中浸泡36小时，吸水率低于1%；材料不发生任何涨缩现象。并具有优越的防水、耐腐蚀、抗冲击性、隔音与防虫等效果。材料完全不含有甲醛，是一种新型的环保材料。根据国标测试本产品，它的翘曲度（10mm厚度）板材应该低于0.5mm。本产品的热变形性低于2%。静弯曲强度远高于同类产品的20MPa的要求。吸水厚度膨胀率远低于8%。游离甲醛低于30mg/g，本产品完全不含甲醛。材料抗冲击强度可以顺应材料使用的环境进行调整，可以达到20J/cm2以上。同时本品具有优良的耐腐蚀性能，以及耐水性能。吸水率低于2%，最佳吸水率低于0.1%。 产品性能：这种复合材料根据用途的不同要求，通过秸秆、粉煤灰与粘合剂的比例，调节板材的厚度与强度，用于制备各种家具、办公设备、汽车内饰、室内外装修与建筑材料中的非承重墙体、吊顶、铺地及不拆卸模板等材料，是名副其实的纯天然绿色材料。
市场前景及经济效益分析：经济效益与社会效益分析：
本发明的秸秆、粉煤灰复合防水板材，由于其低廉的原料成本、优越的物理性能和对人体的安全性，赋予了该产品巨大的利润空间，根据材料的不同配比，生产一吨秸秆、粉煤灰复合防水板材，成本在900到2800元之间，与目前市场上高密度板材同等强度的复合防水板材，吨成本为1650，如果以每吨3000元销售，每吨实现利税为570元，企业每吨获得利润780元，年产2万吨该防水板材，产值为6000万元，实现税收额为1140万元，企业利润为1580万元。同时可为国家处理1万吨的粉煤灰和1万的秸秆，节省2万吨的木材。 可以获得政府一定数量的奖励与补贴。
粉煤灰秸秆人造板材物理力学性性能指标：
项目 单位 公称厚度，mm
≤13 >13-20 >20-25 >25~32 >32
静曲强度 MPa ≥16.0 ≥15.0 ≥14.0 ≥12.0 ≥10.0
内结合强度 MPa ≥0.40 ≥0.35 ≥0.30 ≥0.25 ≥0.20
表面结合强度 MPa ≥0.90
吸水厚度膨胀率 ％ ≤2.0
含水率 ％ 5.0~11
游离甲醛释放率 mg/100mg ≤30
密度 g/cm3
成果单位：中国科学院过程工程研究所
检索用关键词：秸秆、粉煤灰复合防水板材技术
专利状况：3
专利申请号：-
应用行业：C
技术领域：3
技术产品用途介绍：项目意义：
该项目是开发以植物纤维、粉煤灰为主要原料，采用材料接枝技术与半互穿聚合物网络（Semi- IPN，Semi-interpenetrating polymer network,）工艺来制备高强度防水复合材料。本技术具有自主知识产权，通过国际联机检索，未见文献报道。
植物纤维包括了小麦、水稻、玉米、棉花、甘蔗、向日葵等农作物的秸秆为原料制成的短纤维, 同样也可以使用各种树木枝杈为原料制成的纤维粉末，木材加工所生成的木屑；粉煤灰包括了火力发电厂、炼钢厂、化工厂和其它行业的燃煤粉体。
粉煤灰与秸秆是工业与农业的两大废弃物，解决这两种废弃物对环境的压力，促使粉煤灰与秸秆资源化成为全球性的研究热点。中国是世界上最大生产和消耗煤炭的国家，每年全世界粉煤灰年排放量为1.6亿吨，我国年排放量约1.1亿吨，利用率为42%，主要应用在建材、建工、筑路、回填方面；中国也是一个农业大国，全球秸秆年产生量为29亿吨，中国年产生6亿吨，在界能源、饲料、肥料、建材等方面都有秸秆再利用技术，但利用率总和还不到30%。目前我国还有0.7万吨的粉煤灰和4亿吨的秸秆需要处理，粉煤灰的逐年堆积，占用了大量的耕地面积；某种意义上讲，秸秆是农民的累赘，没地方放、没有人买，只好放火烧掉，造成了社会公害，烧得严重时还导致高速公路和民航机场关闭。因此，粉煤灰与秸秆的资源化项目，得到了国家与各级政府的鼓励与大力支持。另一方面，国家颁发禁伐天然林木文件之后，众多木板材厂家的原料来源受限制，大多处于亏损状态。一些采用过时技术生产的落后产品，更是让消费者敬而远之。秸秆、粉煤灰复合防水板材的出现，可以说是板材厂家以解木材缺乏的“救市”良方，该项目为板材制造业提供了重要商机，在国内以及亚洲地区将具有更为广阔的市场前景。
技术的先进性：
同时采用秸秆与粉煤灰制备板材的方法，目前还未见文献报道，而以秸秆或者是粉煤灰分别制备板材和建材的方法，国内外已经报道了许多专利与非专利技术、通用的方法是经过不同材料比例的物理共混，模压而成，这类板材共同的缺点是防水性很差。
为了解决传统工艺制备板材防水性差的瓶颈问题，我们从物质组分与结构上着手研究，寻找新技术的突破口，秸秆是一种韧性材料，粉煤灰是一种刚性材料，如果将这两种废弃物结合起来，能够开发出低成本高性能的板材。秸秆的主要成分是粗纤维和无氮浸出物，粉煤灰的主要组分为硅铝酸盐，这两种材料的表面均含有自由的羟基，如果采用传统的粘合压板技术制得的板材，从物质结构理论上分析，是靠物理吸附与部分氢键的集合形成，在水的存在下，物质组分很容易离散，难以防水。
针对上述物质结构分析，我们采用材料界面接枝技术与半互穿聚合物网络工艺，成功制备了高强度防水复合材料。这种材料在水中浸泡36小时，吸水率低于1%；材料不发生任何涨缩现象。并具有优越的防水、耐腐蚀、抗冲击性、隔音与防虫等效果。材料完全不含有甲醛，是一种新型的环保材料。根据国标测试本产品，它的翘曲度（10mm厚度）板材应该低于0.5mm。本产品的热变形性低于2%。静弯曲强度远高于同类产品的20MPa的要求。吸水厚度膨胀率远低于8%。游离甲醛低于30mg/g，本产品完全不含甲醛。材料抗冲击强度可以顺应材料使用的环境进行调整，可以达到20J/cm2以上。同时本品具有优良的耐腐蚀性能，以及耐水性能。吸水率低于2%，最佳吸水率低于0.1%。 产品性能：这种复合材料根据用途的不同要求，通过秸秆、粉煤灰与粘合剂的比例，调节板材的厚度与强度，用于制备各种家具、办公设备、汽车内饰、室内外装修与建筑材料中的非承重墙体、吊顶、铺地及不拆卸模板等材料，是名副其实的纯天然绿色材料。
市场前景及经济效益分析：经济效益与社会效益分析：
本发明的秸秆、粉煤灰复合防水板材，由于其低廉的原料成本、优越的物理性能和对人体的安全性，赋予了该产品巨大的利润空间，根据材料的不同配比，生产一吨秸秆、粉煤灰复合防水板材，成本在900到2800元之间，与目前市场上高密度板材同等强度的复合防水板材，吨成本为1650，如果以每吨3000元销售，每吨实现利税为570元，企业每吨获得利润780元，年产2万吨该防水板材，产值为6000万元，实现税收额为1140万元，企业利润为1580万元。同时可为国家处理1万吨的粉煤灰和1万的秸秆，节省2万吨的木材。 可以获得政府一定数量的奖励与补贴。
粉煤灰秸秆人造板材物理力学性性能指标：
项目 单位 公称厚度，mm
≤13 >13-20 >20-25 >25~32 >32
静曲强度 MPa ≥16.0 ≥15.0 ≥14.0 ≥12.0 ≥10.0
内结合强度 MPa ≥0.40 ≥0.35 ≥0.30 ≥0.25 ≥0.20
表面结合强度 MPa ≥0.90
吸水厚度膨胀率 ％ ≤2.0
含水率 ％ 5.0~11
游离甲醛释放率 mg/100mg ≤30
密度 g/cm3