项目成果/简介:近日，中国科学技术大学俞书宏院士团队通过深入解析生物质微观结构，提出了一种利用生物质天然纳米结构的全新的生物质表面纳米化策略，基于这种策略构筑了一种可持续新型各向同性仿生木材（“RGI-wood”）。该策略巧妙地利用了木屑等生物质中天然的纤维素纳米纤维，将其暴露在木屑颗粒表面，并使其互相交联从而构筑无需任何粘合剂的高性能人造木材。运用这种策略所制备的人造木材在各方向上具有相同的力学强度，且超越了实木材和传统人造板。这种新型人造木材自下而上的制备方式使其在尺寸上将不受限制，可以克服大块实木材料的稀缺性，大大拓宽了这类木质材料的应用范围。另外，其还表现出优异的阻燃性性和防水性。在这种高性能人造木材中，微米级木屑颗粒的暴露着大量的纳米尺度的纤维素纤维，这些纳米纤维通过离子键、氢键、范德华力以及物理纠缠等相互作用结合在一起，微米级的木屑颗粒也被这些互相缠绕的纳米纤维网络紧密地结合一起形成高强度的致密结构，而无需添加任何粘结剂。这种结构特征带来了高达170 MPa的各向同性抗弯强度和约10 GPa的弯曲模量，远超天然实木的力学强度。此外，新型人造木材还显示出优异的断裂韧性，极限抗压强度，硬度，抗冲击性，尺寸稳定性以及优于天然木材的阻燃性。作为一种全生物基的环保材料，新型人造木材不仅不含任何粘结剂，还具有远超树脂基材料和传统塑料的力学性能，因此具有非常广泛的应用前景。 此外，这种由纳米纤维构成的网络也为制备木基纳米复合材料提供了一种新途径。通过将碳纳米管（CNT）掺入木屑颗粒间的纳米网络当中，可以获得导电智能人造木材，因碳纳米管能够在其中形成连续的三维网络，因此其具有比传统聚合物/碳纳米管复合材料更好的导电网络和更高电导率。基于这种智能人造木材的高导电性，它可以实现传感、自发热以及电磁屏蔽等多种应用。这种智能人造木材表现出了出色的电磁屏蔽性能（X波段超过90 dB），可以满足精密电子仪器屏蔽标准的要求。这种智能人造木材还可以在1.75 V低电压下（约等于两节五号电池的电压）实现自发热，可在5分钟内升至60摄氏度，这种在低电压下即可自发热木材可有效地确保自加热设备的安全性，同时减少能耗。 这项研究提出了一种生物质颗粒表面纳米化方法和策略，可用于构筑全生物质，不含任何粘结剂，具有优异的力学性能，可复合的新型人造木材。同时，这种全新的生物质表面纳米化策略也可以扩展到其他生物质（例如，树叶、稻草和秸秆等），并可以实现多功能化，有望用于制造一系列绿色全生物质的可持续结构材料，将进一步推动人造板行业向绿色、环保和低碳方向发展。

项目研究特点： 以我省丰富的生物资源，如劣质早米，特别是失去食 （饲）用价值的黄化陈米、稻杆等富含淀粉或纤维素的生物质废弃物为主 要原料，采用独特的、具有国际领先水平的液化技术，将黄化变质早米在 常压和液化剂水冷回流温度下液化为高活性的生物多元醇，转化率接近 100%。以生物多元醇为基本原料， 以多元有机酸为交联剂， 成功研制了新 型无甲醛的木材胶粘剂。 技术性能指标 ：通过检测该新型胶粘剂中为未检出甲醛与游离苯酚，

本项目针对人工速生林木材密度小、强度低的特点，研究开发出木材化学改性与干燥一体化工艺技术及装备。本技术能够大幅度提高速生材性能，同时解决了常规木材改性技术中改性剂浸透困难、环保性差，改性材功能单一、尺寸小，无法满足工业生产要求等问题；解决了传统木材改性技术工艺“先干燥-再浸渍处理-再二次干燥”的能耗高的问题。本项目技术获国家发明专利授权2项，已在多家企业应用。

项目简介：本项目采用葡萄糖改性的单体聚合，制备含糖聚合物，与具有阻燃性能、防腐、杀菌等功效的试剂组合，制备出高效的多功能阻燃剂，与目前市场上的简单无机阻燃剂相比，具有耐久性，高效性。本技术是在国外最新专利的基础上，加以改进后开发的，正在申报发明专利。改性高分子可以使得复配的其他助剂均匀分散，牢固结合在木材的表面，更加有效地浸入木材的表层，达到更好的效果。可用于板材、片材及复合材料。主要原料： 改性葡萄糖、环氧氯丙烷、丙烯酸酯、助剂、催化剂主要设备：普通反应釜及相关的配套设备小试技术，可技术转移及合作中试开发联系人： 河北工业大学化工学院 王家喜 13389075337

本项目采用来源丰富的天然可再生资源淀粉取代价格昂贵、日益枯竭的石油 单体，在酸解、氧化、接枝共聚多元复合改性的基础上，优选复合单体、采用交 联改性、添加一系列的助剂并引入乳液聚合工艺制备出性能优良、无甲醛游离的 环境友好型木材胶粘剂。项目累计申请发明专利 8 项(获授权 6 项)，并已实现产 业化推广和销售。项目产品可有效解决甲醛残留导致的室内空气污染问题，并显 著降低木材胶粘剂的生产成本，促进木材胶粘剂产业的健康发展。 创新要点 （1）通过多元复合改性提高淀粉所占比例最高可达 50%； （2）通过优选复合单体和改进工艺，产品达到了中高档白乳胶的水平； （3）无甲醛源物质添加，产品无游离甲醛存在； （4）生产工艺简单易行，对原料和设备的要求较低。

【发 明 人】陈佩东；段金廒；严辉 【摘要】 本发明公开了一种用黄蜀葵秸秆制备塑木材料的方法，它包括黄蜀葵粉末的制备，电辅加热高速混合，除湿、造粒，挤出和加工成型等步骤。本发明提供的用黄蜀葵秸秆制备塑木材料的方法，工艺设计合理，可操作性强，根据黄蜀葵的纤维特征和理化性质，优选出制备工艺，制备得到的塑木，强度高，握钉力强，并且木质纤维含量高，抗冲击强度高，环保性高，是一种优良的塑木材料。并且本发明原料为中药废弃物，生产成本较低，原料中植物纤维长、含量高，可将废弃资源回收再生化，产品冲击强度等物理性能提高，使用寿命延长，具有重要的经济效益和社会效益。

项目研究背景 ：目前，木材胶粘剂中三醛胶“脲醛胶、酚醛胶、三聚 氰氨缩甲醛”占 95%以上，三醛胶在生产中打多采用甲醛、苯酚、苯、二 甲苯、异氰酸酯等有毒有害充分为原料，成品的三醛木材胶粘剂含有醛的 残留，如果工艺控制不当，对环境和人体危害很大。 技术原理 ：本项目提供一种以生物质为基料的无甲醛耐水木材胶粘剂 及其制备方法。主要是由下述重量配比的原料制成的粘合剂：生物质 10-300 份，液化剂 50-100 份，交

本实用新型公开了一种利用循环流化床锅炉烟气余热干燥废木材的设备。废木材含水率高会增加燃烧的成本，而循环流化床锅炉的尾部烟气经常由于温度偏高，影响了锅炉运行的经济性，同时对炉后电除尘的安全运行也构成威胁，因此采取余热干燥势在必行。将烟气余热收集，根据小时产量湿物料的需要，采用烟气直接加热干燥废木材的形式，达到要求。设备包括：刮板上料机、分流阀门、止风阀、旋风除尘器、空气预热器、省煤器、引风机、布袋除尘器、异长径比回转圆筒干燥机、全自动控制柜、输出烘干物料封闭传输带、烟气温度检测仪。希望能对各大企业有所帮助，为大规模的废木材循环流化床锅炉发电厂或者供热公司回收余热工艺推广提供技术支持。

针对天然生漆成膜速度慢、成膜条件对温湿度苛刻、耐老化性能差和脆性大的问题，以环氧生漆作为复合涂料基质，将纳米氧化铝和纤维素纳米纤维作为增强剂，采用共混法与表面化学改性等技术制备了两种改性生漆纳米复合涂料，大大提高了生漆耐老化性、耐紫外线性、防潮性和力学性能，改善其柔韧性。 对于纳米氧化铝复合涂膜，总体来说，加入适量的改性纳米氧化铝的确使漆酚的性能更加优良，以达到保护木材表面的目的。在此次研究中，随着漆膜中纳米氧化铝含量增加，复合涂膜的硬度和抗冲击强度逐渐增加，同时漆膜的干燥时间越来越短，透光率逐渐减小，疏水性越来越强。但纳米氧化铝的量加入过多，则易在漆膜表面发生团聚现象，反而会影响复合涂膜的性能，影响其对木材的保护作用。加入纤维素纳米纤维有助于增强漆膜如抗冲击强度、内部致密性等部分性能，以达到有效防止木材表面划伤、改善木材各向异性的目的；但 CNF 本质较软，加入过多会给复合涂膜带来硬度降低等缺陷，这反而不利于复合涂膜保护木材表面。 分析生漆与改性漆和木材的结合机理，通过紫外老化实验，揭示改性漆的老化机制和对木材抗紫外老化的作用。复合涂膜宏观表面透亮光滑，微观表面平整，微观截面呈层状交织结构，木材表面光泽度得到提升，木材紫外抗老化性能得到有效提升。纳米氧化铝复合膜随纳米氧化铝含量的增加，拉伸强度和断裂伸长率减小，改性后随着改性基含量的增加，木材表面磨损率逐渐降低，其中纳米 氧化铝改性后磨损率最低，耐磨性能最优。纳米纤维素复合膜拉伸强度和断裂伸长率随着 CNF 含量的增加先增加后减小，涂敷纳米纤维素复合膜后木材吸湿系数及吸湿尺寸变化率最低。 项目发表了研究论文“一种生物基纳米复合膜的光谱学特性研究”，发明专利“一种基于生物酶预处理木质材料的方法”和调查报告“改性生漆基纳米复合涂料的制备及对木材性能影响的研究”。

随着国家森林资源保护的进一步深入，我国木材供给结构将发生根本性转变。目前，随着完善天然林保护制度的要求，我国已全面停止天然林的商业性采伐。这导致木材资源的供需矛盾，使得未来我国国内所能提供的原料由采伐天然林向采伐人工林的历史性转变。人工林木材主要包括杉木、松木、杨木、泡桐等，具有生长速度快、产量高、采伐周期短等特点。但是其材质较差、密度及表面硬度低，其制品的尺寸稳定性差、产品性能弱、附加值低。如何利用这些低质速生材成为木材加工企业亟待解决的问题。 浙大团队能够在保留木材年轮等结构的条件下，使0.3-0.5密度的入工林木材（杨木、桐木等）强化至0.9-1.1以上（目前最高数据为1.67,但如何稳定获得产品还需进一步研究），同时均匀地染色，添加所需要的香味。用纯物理技术快速地让速生木达到高端红木的密度、强度、颜色、香味等各项特性。采用静流体超高压技术所生产的强化木是整体强化，强化后内外强度均匀，并且二次切割加工不受限，另一方面使强化后的产品内应力极低，强化后不回弹，强化品质极高。