[发明专利]一种用稻草制备的木材陶瓷及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种用稻草制备的木材陶瓷及其制备方法，属于农副产品废弃物的回收再利用。

二、背景技术

当今世界正面临越来越严峻的环境问题，材料的获取、生产及研究在攫取矿产，消耗能源和污染环境等几个方面都在环境问题上有着重大的，不可推卸的责任。日本东京大学的山本良一教授因此提出了“环境材料”的概念，强调材料不应片面追求先进性、舒适性，还必须尽可能减小带来的环境负担，具有环境协调性。从此，环境材料引起越来越多各国学者的关注。已举行了多次国际会议，并有许多理论和实际研究成果问世，木材陶瓷就是其中的典型。

木材陶瓷由日本青森工业试验场的冈部敏弘和斋藤幸司于1990年开发，是一种采用木材在热固性树脂中浸渍后真空碳化而成的新型多孔质碳素材料，其中的木质材料烧结后生成软质无定形碳，树脂生成硬质玻璃。木材陶瓷最初用天然木材制造，但由于原木及制品存在轴向、径向、切向上的不均匀性和各向异性、烧结尺寸精度低等问题，后多采用中质纤维板，这样，原料基本上只有板面与板厚方向的性质区别。甲醛树脂在木制品中广泛应用，木材陶瓷制备中常选用其中的酚醛树脂，这多出于它价格低廉，合成方便，而且游离甲醛较少，燃烧后只生成CO₂和H₂O，具有环境协调性。浸渍时常采用低压超声波技术，以提高浸渍率及其均匀性。碳化过程中伴随有复杂的脱水、油蒸发、纤维素碳链切断、脱氢、交联和(碳)晶型转变等反应，变化机理及控制利用是值得深入研究的。

木材陶瓷将材料的先进性、舒适性及环境协调性有效结合起来，从而减轻材料制备过程的环境负担。木材陶瓷在加工过程中不会产生环境污染，炭化过程中产生的木煤气可以作为燃料加以利用，木醋液可以作为土壤的肥料。然而，木材陶瓷制备中对原木的使用影响了木材陶瓷作为环境材料的真正内涵，寻找原木的替代品成为必然。

我国是一个传统的农业大国，每年的稻草等秸秆产量十分惊人。计算结果表明，2005年，全球秸秆总产量为447152.34万吨，其中秸秆产量超过1亿吨的国家有8个，分别为中国、美国、印度、巴西、阿根廷、印度尼西亚、法国和俄罗斯，其产量合计为277376.40万吨，占全球秸秆总产量的62.03%。同年度，中国秸秆总产量为84183.12万吨，占全球秸秆总产量的18.83%。从人均秸秆产量看，中国人均秸秆产量较低，仅为644kg，是世界平均水平87.14%。随着农业综合生产能力的提高，中国秸秆总产量总体上呈不断增长之势，目前，中国是世界第一秸秆大国，稻草、麦秸依然是中国的主要作物秸秆类型。中国的水稻播种面积占世界第二，产量占世界第一。据统计，2008年中国生产水稻约1.9亿吨，按谷草比1:1计算，同时可产生约1.9亿吨的稻草，占全部秸秆数量超过30%，成为农区最大的秸秆饲料资源。

稻草作为天然的有机高分子体，其主要成分是多糖类的纤维素、半纤维素、芳香类的木质素以及可提取树脂、挥发性油类等，当然也有少许灰分，其处理后的残渣的成分组成也基本如此。大量的稻草被白白的丢弃实在可惜，同其他植物残渣一样，弃之成灾，用之为宝。近年来，随着耕地的逐渐减少，水资源和能源的日益紧缺，以及各地农村大量焚烧麦秸现象的频繁出现，加强稻草等秸秆的的综合利用不仅成为各地各级政府的一项重要工作内容，也成为近年来科技界技术开发和农业、能源、建材、化工等产业界市场开发的热门领域并取得了可喜的成就。目前，我国稻草资源化利用主要在以下几个方面：（1）稻草还田利用；2）稻草能源化利用；（3）稻草饲料化利用；（4）稻草造纸；（5）稻草建材化利用；（6）用稻草生产包装材料；（7）用稻草栽培食用菌；（8）用稻草生产一次性餐具。此外，已经开发或正在开发的稻草资源化利用技术还有稻草贮料复合接种剂生产技术，稻草转化微生物农药、兽药、医疗保健品及药品技术，稻草纤维服装面料生产技术等。

总之，稻草是一种宝贵的再生资源，具有巨大的开发利用潜力和十分广阔的发展前景。但目前对稻草的综合利用还总体停留在单一使用以及简单粗糙的使用方式上，复合型应用和高附加值型应用很少，这虽然在一定程度上利用了废弃物，节约了对一次资源的开采，但没能充分利用二次资源的价值，从长远的角度看，不符合环境保护的大趋势。主要问题有：（1）原有的利用方式已不适应当前的社会发展；（2）稻草利用效益低，农民不愿意增加稻草利用的物资和劳力投入；（3）成熟技术不多，且推广难度较大；（4）稻草利用新技术研发推广投入不足。

一方面，性能优良的木材陶瓷在生成过程中使用原木未能真正体现木材陶瓷的生态协调性内涵，对原木的使用于环保也是不利的；另一方面，大量堆积起来的稻草正成为越来越难以处理的废弃物。