廢棄木質材料利用

-.z廢棄木質材料的利用葉克林陳廣琪于文吉(中國林科院木材工業(yè)研究所10。。91)摘要保護環(huán)境、維護生態(tài)平衡是全人類共同關心的研究課題。材料界和技術界正在努力使工業(yè)材樸和產品具有更好的環(huán)境協調性。度棄木質材料利用是提高木質材料環(huán)晚協調性的方法之一。本文主要闡述了利用度棄實體木材和度棄人造板的背景、方法、應開展的研究和意義。關健詞度棄木質材料;生態(tài)周期評價法;研究和開展;環(huán)境協調性;循環(huán)利用1前言現代文明以經濟的騰飛和人類生活水平的提高為主要標志,隨著經濟的開展,人類生產活動的主流即大規(guī)模的物質循環(huán)不可防止地引起各種鋒利的矛盾,如環(huán)境惡化、能源危機、資源短缺…,這些問題不僅嚴重影響著自然界的生態(tài)平衡,而且逐漸成為阻礙世界經濟高速開展的主要因素之一,引起各國政府的重視,持別是1992年巴西里約熱內盧世界環(huán)發(fā)大會后,環(huán)境保護問題已成為許多興旺和開展中國家政府的議事日程之一。例如,日本科技廳正式發(fā)布的1995年日本科技白皮書的第三局部闡述了日本50年來的科技政策,提出的日本科研開發(fā)重點領域包括了資源的開發(fā)及循環(huán)利用。隨后,該廳又制定了1995年度實施“戰(zhàn)略性根底研究推進制度〞的兩大具體目標,其中之一是開發(fā)對地球環(huán)境影響較小的技術,包括垃圾無害化、資源化及循環(huán)利用研究。德國于1995年制定并開場啟動“生產2000,,方案,即21世紀德國生產戰(zhàn)略,今后5年內,德國工業(yè)生產的研究重點之一是推行循環(huán)經濟,開發(fā)可回收利用的各種新材料。國際科學技術界對環(huán)境問題高度重視。由歐美18家大型組織主持的“預測30年后收稿日期95一11一09,林業(yè)部科技研究指南課題,并得到人事部非教育系統留學回國人員科技活動方案資助?！?6·科技改變社會〞的方案中,35個方面中有3個與環(huán)境有關,特別強調了資源的再循環(huán)、再利用和再制造,以此保護自然資源、節(jié)省能源和保護環(huán)境。1994年在日本召開的“國際生態(tài)平衡研討會〞,以材料和技術開展與環(huán)境的關系為研討主題,1995年在我國**又再次召開了“環(huán)境材料國際研討會〞,探討環(huán)境和材料的關系和相互作用、環(huán)境材料和環(huán)境協調性產品的各種科學和工藝技術問題。國際木材界對木材利用和環(huán)境的關系也十分重視,美國林產品學會東南分會1994年年會即以“木材加工的環(huán)境質量〞為主題;日本組織了幾十位不同領域的專家就“地球環(huán)境保護和木材工業(yè)的持續(xù)開展〞這一主題進行了研討,從1991年開場連續(xù)發(fā)表了25篇文章,從各個方面論述了木材工業(yè)開展與環(huán)境保護的關系。1995年在美國華盛頓州立大學召開的國際刨花板和復合材料研討會將木質材料的循環(huán)利用作為一個主題進展討論。日本木材科學學會1995年年會,將木質材料環(huán)境學單獨劃為一個學組進展研討。1995年8月在芬蘭召開的國際林聯(lUFRO)第20屆世界大會也將木材的循環(huán)利用單獨立為一個主題。我國科學界對環(huán)境保護也非常重視。中國科學院院長周光召1995年發(fā)表了“將綠色科技納入我國科技開展總體規(guī)劃中〞的文章,著重提到了綠色科技是未來科技為社會效勞的根本方向,是人類走向可持續(xù)開展道路的必然選擇,其中可回收利用(減少廢物量和污染)是綠色科技開展的一個重要趨勢。固體廢棄物的處置與資源化研究被列為1995年國家自然科學基金工程指南中“材料與工程學部〞資助及鼓勵研究領域。城市垃圾的再資源化及有機廢棄物的降解與再生利用也被列為國家自然科學基金“材料與工程學部’,“九五〞優(yōu)先資助領域;重要生物資源的持續(xù)利用被列為“生命科學部〞優(yōu)先資助領域[5]。國家科委于1995年10月11日正式推出“社會開展科技方案〞,其中的第4項為資源再生科技專項行動,包括廢棄資源的高效和綜合利用技術等。中國21世紀議程—中國21世紀“八五〞環(huán)境與開展白皮書中,特別鼓勵可再生資源的使用,使固體廢棄物的回收利用得到良性開展,開展固體廢棄物的資源化技術和處理裝置工程技術的開發(fā),大力推行城市垃圾資源化。為了促進資源永續(xù)利用、保護生態(tài)環(huán)境,中國資源綜合利用協會也于1995年10月19日成立。從材料科學的角度看,材料和環(huán)境有著密切聯系和相互作用的關系。未來材料科研、開發(fā)、設計、制造和使用,除了要不斷提高性能、價格比外,還必須注意環(huán)境保護,即材料應具有良好的“環(huán)境協調性〞,具體表現在無污染、廢物量減少、可循環(huán)使用、節(jié)約能源、節(jié)省資源等等。2國內外利用廢棄木質材料概況廢棄木質材料指使用后廢棄不用的木質材料,包括實體木材、人造板和紙*。本文主要討論廢棄實體木材和廢棄人造板,如通訊、交通、運輸、包裝等行業(yè)的廢棄木質材料;建筑、土木工程等所產生的毀壞及無用木質材料;室內裝飾裝修更新換代木制品等。在國外,廢棄木材和廢紙被稱為未來的“第四森林資源〞[lj。1993年美國環(huán)境保護署(EPA)估計該年美國廢棄木質材料和紙*總量到達5千萬噸,成為美國一種主要的城市固體垃圾。如何更好地利用廢棄木質材料,近年來引起了許多興旺國家木材研究機構的重視,其利用方法有以下幾種:2.1再使用,即在木制品使用后,收回修補后再利用,根本上不改變原木材的形狀、性質和用途。2.2循環(huán)利用,即將廢棄木質材料加以物理、化學處理后,制造出性質和用途與木材相近的新材料,如再生刨花板等。該板為采用一局部廢棄木材加建筑物廢棄木材、廢棄包裝材和集裝箱等作為原料制成。制造工藝和普通刨花板的生產工藝類似,但在原料制備工段有所不同。為了減少廢棄木材中的鐵釘、石塊等對削片機、刨片機刀具的損壞,先采用無刀式錘式粉碎機將廢棄木材粉碎,再利用磁選、水洗和氣流分選對粗刨花進展一次或多次的篩選,除去鐵釘、石塊等雜物后,進展刨片等加工。利用廢棄木材制成的刨花一般只能作為芯層材料使用,其用量最高可到達整個板材原料用量的70%〔卜“〕。2.3再生利用,即利用廢棄木質材料再生成另一與原來木材性質不同的物質,如生產碳纖維和泡沫材料等。日本王子造紙公司和京都大學共同研究出利用廢棄木材生產碳纖維的新技術。碳纖維是70年代開展起來的一種新型材料,比鋁輕,但強度比鋼高。用碳纖維和環(huán)氧樹脂合成的高強度玻璃鋼比普通玻璃鋼的強度高3一4倍,用途十分廣泛。日本推出的碳纖維叫“木材酚醛樹脂碳纖維〞,用醋酸將廢棄木材制成的木粉乙酞化,加濕加壓成塑料狀,溶于酚醛樹脂中制成紡線液,抽絲再經燒結處理而成。日本聚氨基甲酸醋公司、蓮荷公司的紙板制造廠和京都大學,將液化后的廢棄木材與異氛酸鹽反響可得到一種機械性能與多孔聚苯乙烯相似的泡沫材料。具體工藝如下:將廢棄木材粉碎后,通過20~80目篩孔,然后在105℃溫度下千燥,以磷酸為催化劑,在反響溫度為150℃、常壓條件下,使枯燥后的木粉與聚乙二醇反響,反響產.27·物用過量甲醇稀釋,氧化鎂中和,然后在50℃和180℃條件下兩步減壓蒸餾以除去甲醉和未反響的聚乙二醇,得到了濃縮液,將濃縮液與異氛酸鹽、水反響即可得到類似于聚苯乙烯的泡沫材料。2.4降解,即使不能再循環(huán)利用的廢棄木質材料在自然或人工條件下,降解或水解作為肥料和飼料使用。3存在問題及展望為了更好地利用廢棄木質材料,應該做好以下幾方面的研究工作[6j:各種廢棄木質材料的原料特性評估;生產工藝的調整;產品性能評價;產品標準;經濟性等等。就目前來說,研究重點應該是調整工藝條件,在已有的或稍加改進的生產線上,利用好廢棄木質材料資源。從長遠考慮,對廢棄木質材料利用應該解決以下一些問題,如更加深刻地認識各種廢棄木質材料的原料特性、污染程度、污染物對現有生產工藝的影響有多大,研究在現有的生產設備和工藝上利用廢棄木質材料的方法,解決廢棄木加材料的收集、運輸、分類、集中、清理和產品的利用問題,以及利用廢棄木質材料制造的產品被市場承受的程度等。利用廢棄木質材料生產的產品本錢目前暫時可能要比利用原生(virginal)木材的本錢要高,但從保護資源、減少廢棄木質材料對環(huán)境的污染和開展的觀點看,這樣做是值得的。利用廢棄木質材料要得到政府有關部門從法令、稅收方面的支持。可喜的是各國政府已經開場采取行動,美國有27個州用減免稅收的做法鼓勵和促進對回收物品的使用。特別財政稅措施以及放寬許可和分區(qū)的限制,鼓勵了許多公司更喜歡利用回收物資。德國政府規(guī)定,各木材加工企業(yè)都要做到生產的產品在使用期滿后都能回收作為原料循環(huán)利用[’j。我國財政部和稅務總局目前聯合發(fā)出通知,從政策上對資源綜合利用企業(yè)和廢舊物資回收企業(yè),給予減免所得稅、增值稅和增值稅先征后返的優(yōu)惠。資源再生利用技術被.28.列為鼓勵外商投資產業(yè)目錄中新興產業(yè)系列。國家環(huán)保局下屬的綠色產品認證委員會給予13家公司和工廠的18類產品以“綠色產品〞證書,其中就有資源回收利用。目前國內廢棄木質材料處理利用開場得到高度重視。隨著經濟的高速開展,人們生活水平的提高,城市廢棄木質材料的處理將會成為一個嚴重的問題。據了解,在最近的巧年內,我國的城市生活垃圾量以每年8%的速度增長,和**更以每年10%的速度增長。1993年全國500多個城市中的生活垃圾量到達8700多萬噸,處理費用高達40多億元人民幣。1994年市城市生活垃圾搬運量到達476萬噸,而其中的各種廢棄木質材料約占4%,**市每年隨著居民的拆遷,有大量的廢舊家具無法處理,成為潛在的污染源。隨著人們生活水平的提高,城市生活垃圾中各種廢棄木質材料比例將會不斷提高。?中國環(huán)境報?、?科技日報?和?經濟日報?等近來均連續(xù)報道日益增多的城市垃圾處理這樣的熱點問題。可以預料,廢棄木質材料作為城市生活垃圾的一局部在我國一些大、中型城市中將會成為一個棘手問題。對我國來說,研究廢棄木質材料的利用,具有廣泛的現實和深遠意義。我國森林資源貧乏,木材供應一直很緊*,一局部人造板廠設在大、中城市中。如能對廢棄木質材料進展有目的收集,整理、分類后進展循環(huán)使用,不但可以解決人造板廠一局部原料供應問題,節(jié)省木材資源消耗,還可以減緩廢棄木質材料對城市環(huán)境的潛在污染問題,有助于形成新的環(huán)保產業(yè),木材資源利用應從綜合利用、合理利用、節(jié)約利用再擴展到循環(huán)利用[7,“〕。目前國內已開展“廢棄木質材料制造刨花板循環(huán)利用性〞研究,目的在于探討廢棄木質材料制造刨花板的技術可行性和可循環(huán)利用性。中國林科院木材工業(yè)研究所與市環(huán)保衛(wèi)生部門探討了城市固體垃圾中大量廢棄木質材料的利用途徑,并開展了利用城市固體垃圾中廢棄木質材料制造刨花板和纖維板的探索性試驗?？梢灶A料隨著社會、經濟開展與自然資源、環(huán)境保護相協調并走可持續(xù)發(fā)展(SustainableDevelopment)之路被越來越多的群眾所接收,廢棄木質材料利用將有一個大的開展,可望產生較好的社會、經濟和環(huán)境效益。4參考文獻’1D.壓etzman.FOrestProduetsReseareh:NotjustwoodasUsual.JournalofForestry,1993,91(11)BasedPanelsInternat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