張龍飛，呂少一，梁善慶，姜 鵬，陳志林

(1. 中國林業(yè)科學(xué)研究院 木材工業(yè)研究所，北京 100091；2. 國家林業(yè)和草原局植物纖維功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350002)

低碳經(jīng)濟(jì)已成為世界經(jīng)濟(jì)的主要發(fā)展模式之一，其核心是通過技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、新材料開發(fā)等多種手段降低生產(chǎn)和流通過程中的能源和資源消耗，實(shí)現(xiàn)以較少的溫室氣體排放支持經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)雙贏的目標(biāo)[1]。推進(jìn)和實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)，重要的是做好節(jié)能減排和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)[2-3]。

中國是全球最具影響力的木制品生產(chǎn)、貿(mào)易和消費(fèi)大國，家具、地板、木門、人造板等加工企業(yè)遍布全國各地，木材工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量穩(wěn)居世界第一。伴隨行業(yè)產(chǎn)能不斷擴(kuò)增，生產(chǎn)線的廢棄物日益增加[4-5]。木材和人造板等木質(zhì)材料在加工過程會(huì)產(chǎn)生大量砂光廢料(木質(zhì)廢屑和粉塵)，嚴(yán)重制約我國木材工業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，一條年產(chǎn)量為20萬m3的中(高)密度纖維板連續(xù)熱壓生產(chǎn)線平均每日產(chǎn)生10～15 t砂光廢料。在傳統(tǒng)生產(chǎn)過程中這些碎料難以及時(shí)處理，因而埋下諸多安全隱患。合理利用木材工業(yè)剩余物、砂光粉等生物質(zhì)資源可有效降低木材消耗，緩解我國木材短缺形勢和助推木材工業(yè)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，提高企業(yè)的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益[6]。本文中通過對木材工業(yè)砂光粉回收利用技術(shù)進(jìn)行整理和對比，提出高值化木質(zhì)納米功能材料的開發(fā)和研究方向，以期為我國低碳經(jīng)濟(jì)模式下木質(zhì)材料砂光粉回收利用模式的構(gòu)建提供思路。

1 木材工業(yè)砂光粉的危害

1.1 砂光粉的種類和形態(tài)

木材工業(yè)砂光粉主要包含木材、人造板、油漆木制品等材料在加工過程中的砂光廢料，主要是由砂光機(jī)對板材進(jìn)行表面打磨時(shí)產(chǎn)生的碎屑和粉塵，統(tǒng)稱為木材工業(yè)砂光粉。其中，以人造板砂光粉居多，主要來源于膠合板、纖維板、刨花板及其他人造板等產(chǎn)生的砂光廢料。該類板材主要以小徑級木材、加工剩余物、單板或刨花等為原料，經(jīng)干燥后，施加脲醛樹脂或其他膠黏劑，再經(jīng)熱壓而制成的一種人造板材。

我國是人造板生產(chǎn)和消費(fèi)大國，人造板產(chǎn)量占全球人造板總產(chǎn)量的50%～65%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年我國人造板產(chǎn)量高達(dá)3.09億m3，消費(fèi)量約為2.94億m3。盡管中國人造板產(chǎn)業(yè)改革成效顯著，但人造板生產(chǎn)工藝決定了人造板生產(chǎn)易產(chǎn)生固體廢棄物、粉塵等多種環(huán)境污染物。以我國年產(chǎn)人造板3億m3計(jì)，每年產(chǎn)生砂光粉至少1 000萬m3以上。隨著人造板行業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，由此帶來的生態(tài)環(huán)境污染問題日益突出，成為木材工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的制約因素。表1所示為常見木材工業(yè)砂光粉的主要種類和組成。

表1 常見木材工業(yè)砂光粉的主要種類和組成Tab..1 Main species and composition of sanding dust in wood industry

木材工業(yè)砂光粉是木材、纖維板、刨花板、膠合板等人造板生產(chǎn)中都會(huì)產(chǎn)生的固體廢料，也是木材工業(yè)生產(chǎn)過程中粉塵污染的重要來源。木材工業(yè)砂光粉主要為有機(jī)物，具有顆粒粒徑(5～300 μm)小、堆積密度(150～200 kg/m3)低、空氣中漂浮時(shí)間長、易遷移和擴(kuò)散等特點(diǎn)，極易造成大氣環(huán)境粉塵污染。有研究證實(shí)，木材工業(yè)砂光粉塵粒徑分布和質(zhì)量濃度與被加工的木質(zhì)材料含水率[7]、加工條件、砂帶規(guī)格、風(fēng)機(jī)功率等都有關(guān)系。此外，木質(zhì)粉塵顆粒物粒徑大小與粉塵燃爆息息相關(guān)，粒徑越小則爆炸危害性越大[8-9]，嚴(yán)重威脅人身健康甚至生命安全。由此可知，有效利用木材工業(yè)砂光粉廢棄物是保證木材工業(yè)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵。

1.2 木材工業(yè)砂光粉的應(yīng)用和潛在危害

木材工業(yè)砂光粉屬于木材工業(yè)固體廢棄物，不能隨意傾倒或填埋。實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常伴隨木材工業(yè)砂光粉大量堆積、隨風(fēng)飄散以及火災(zāi)隱患等難題[10]。長時(shí)間在高質(zhì)量濃度木材工業(yè)砂光粉塵的環(huán)境下工作，很容易吸入空氣粉塵而侵害人體呼吸系統(tǒng)，造成不同程度的支氣管炎、哮喘和肺氣腫等疾病，嚴(yán)重時(shí)可能誘發(fā)鼻癌[11-13]。

木材工業(yè)砂光粉是木材和人造板生產(chǎn)過程中的主要粉塵污染源之一，極易發(fā)生火災(zāi)和燃爆。粉塵爆炸通常是指一定濃度的可燃性粉塵顆粒物與氧氣在密閉或半密閉空間內(nèi)觸及點(diǎn)火源時(shí)發(fā)生的伴有發(fā)光、釋熱、爆炸的快速化學(xué)反應(yīng)過程[14]。為了評價(jià)木質(zhì)砂光粉著火爆炸的危險(xiǎn)性，任瑞娥等[15]采用恒溫加熱控制裝置，探究木質(zhì)砂光粉濃度、粒徑和分散壓力對粉塵云最低著火溫度的影響，結(jié)果表明，優(yōu)化條件下木質(zhì)砂光粉著火敏感質(zhì)量濃度為454 g/m3，最低著火溫度隨粉塵粒徑的增大而升高，粉塵粒徑為38 μm左右時(shí)的最低著火溫度為474 ℃。郭露等[16]探究了木質(zhì)粉塵種類、粒徑分布、粉塵濃度等因素對燃爆最大壓力的影響，結(jié)果表明，優(yōu)化條件下粉塵粒徑分布對最大爆炸壓力影響最為顯著，粉塵粒徑小于63 μm時(shí)的最大燃爆壓力上升最快，達(dá)到最大爆炸壓力的時(shí)間最短。裴鳳娟等[17]通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M自然堆積狀態(tài)下木質(zhì)砂光粉的火災(zāi)危險(xiǎn)性，結(jié)果表明，木質(zhì)砂光粉最低著火溫度隨堆積厚度的增大而降低，堆積厚度達(dá)到15 mm時(shí)的粉塵最低著火溫度僅為290 ℃，若此時(shí)遇到明火、機(jī)械摩擦、碰撞火花或靜電放電火花等足夠的誘發(fā)能量，則必然引發(fā)燃爆與火災(zāi)。

通常來講，木質(zhì)砂光粉與油漆粉塵在較低外部能量激發(fā)下可能誘發(fā)爆炸[18-19]，其中木質(zhì)砂光粉的爆炸質(zhì)量濃度下限約為30.2～40.0 g/m3，部分油漆、涂料等表面裝飾材料砂光粉塵的爆炸下限則低至25 g/m3。當(dāng)局部空間的粉塵達(dá)到其濃度下限時(shí)，就具備了燃爆的必要條件，大面積的粉塵燃爆必然會(huì)造成嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。此外，滅火時(shí)因外力產(chǎn)生的粉塵云也易引發(fā)二次爆炸而造成更嚴(yán)重的火災(zāi)危害。

木材工業(yè)砂光粉主要為有機(jī)物，屬于一種生物質(zhì)可再生利用資源。圖1所示為木材工業(yè)砂光粉的資源化潛在應(yīng)用。近年來，木材工業(yè)砂光粉回收利用在很多地區(qū)和企業(yè)都有著廣泛應(yīng)用，并且取得了良好的效益和經(jīng)驗(yàn)。目前，木材工業(yè)砂光粉的大摻量回收利用主要以燃燒供熱為主，也有部分企業(yè)將木材工業(yè)砂光粉回填用于中(高)密度纖維板和刨花板生產(chǎn)、制作燃燒碳棒和焚香、替代苯酚合成酚醛樹脂膠黏劑等，但產(chǎn)品質(zhì)量欠佳、市場用量較小，難以用于高值化處理大批量木材工業(yè)砂光廢料。影響木材工業(yè)砂光粉回收利用的因素較多，梳理木材工業(yè)砂光粉回收和資源化應(yīng)用，有利于優(yōu)化木材工業(yè)砂光粉處理方法，對木材工業(yè)產(chǎn)業(yè)的提質(zhì)升級具有重要作用。

圖1 木材工業(yè)砂光粉的資源化潛在應(yīng)用Fig.1 Potential application of recycling of sanding powder waste in wood industry

2 木材工業(yè)砂光粉資源化利用的現(xiàn)狀

2.1 生物質(zhì)燃料

2.1.1 噴燒燃料

木材、竹材等木質(zhì)材料本身均屬于易燃和可燃材料，燃燒時(shí)可以釋放大量的熱量，供給人們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)使用。砂光粉等農(nóng)林加工廢棄物也是優(yōu)良的生物質(zhì)燃料，屬于清潔、可再生能源。盡管其發(fā)熱量(約16.8 MJ/kg)較I級燃煤發(fā)熱量(27.1～37.2 MJ/kg)還有一定差距，但完全可部分替代煤炭，滿足工業(yè)用能和環(huán)保需要。目前，砂光粉用作燃料時(shí)，較為可靠的燃燒方式有噴燃、燃燒機(jī)燃燒和氣化燃燒等3類，主要為鍋爐或熱油爐等提供熱能[20-21]。

砂光粉用作熱能中心鍋爐燃料時(shí)，通常采用噴燃懸浮燃燒，主要有砂光粉直接噴燃和旋風(fēng)冷卻噴燃2種方式[22]。直接噴燃采用砂光粉輸送風(fēng)機(jī)將料倉內(nèi)砂光粉經(jīng)回火裝置(止回閥)和砂光粉噴嘴噴入鍋爐進(jìn)行燃燒，具有設(shè)計(jì)簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，但由于砂光粉容易回火、安全隱患較大，往往需要采用一定的技術(shù)措施確保其燃燒的安全性。旋風(fēng)冷卻噴燃與直接噴燃相似，區(qū)別主要在于砂光粉噴嘴不同，旋風(fēng)冷卻噴燃噴嘴內(nèi)層設(shè)有旋轉(zhuǎn)導(dǎo)料裝置，外層設(shè)有冷卻風(fēng)夾套。砂光粉在噴嘴內(nèi)旋轉(zhuǎn)噴入鍋爐，同時(shí)伴隨著夾套持續(xù)通風(fēng)。其優(yōu)點(diǎn)在于噴嘴壽命較長，運(yùn)行相對穩(wěn)定。目前，多數(shù)人造板企業(yè)將砂光粉回收作為與煤共燃的噴燒燃料，然而具體應(yīng)用過程中還存在著砂光粉料倉易堵塞、爐膛燃燒不充分等技術(shù)問題。就砂光粉輸送過程而言，砂光粉中的纖維狀和片狀顆粒在振動(dòng)和加壓條件下容易發(fā)生機(jī)械嚙合作用，造成排料口堵塞；同時(shí)砂光粉具有較高的比表面積，碎料顆粒相互之間具有較大的接觸面和靜電吸附力，易造成流動(dòng)性受阻；此外，砂光粉作為噴燒燃料時(shí)，燃燒效率低且燃燒速率控制難度高。這主要是由于砂光粉中含有的少量灰分(硅、鈣、鎂離子等)，在燃燒時(shí)生成部分無機(jī)或金屬氧化物，伴隨著燃燒產(chǎn)生的碳顆粒、木焦油等會(huì)逐漸粘附在爐膛內(nèi)壁，形成較厚的膠狀硬殼物質(zhì)，降低鍋爐傳熱效率，因此，采用砂光粉作為噴燒能源的鍋爐內(nèi)壁要定期進(jìn)行清灰和除渣處理。

2.1.2 氣化燃燒

隨著生物質(zhì)能源的利用和開發(fā)，生物質(zhì)氣化技術(shù)越來越受到人們重視。利用氣化爐將砂光粉等廢料轉(zhuǎn)換為氣體燃料，然后再燃燒供熱。具體思路是利用先進(jìn)的快速流態(tài)化技術(shù)和生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)，細(xì)小的砂光粉廢料經(jīng)高溫?zé)峄瘜W(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)換為高品質(zhì)的氣體燃料(木煤氣)。收集的木煤氣可作為鍋爐的補(bǔ)充燃料，具有安全高效、穩(wěn)定可靠和節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，極大地降低灰渣生成量。此外，砂光粉氣化產(chǎn)生的木煤氣還可用于燃?xì)獍l(fā)電和生活用煤氣，但存在設(shè)備投資大、運(yùn)行管理要求高等缺點(diǎn)。

不同企業(yè)(家具車間、人造板生產(chǎn)線等)的砂光粉成分差異較大，氣化產(chǎn)物也更復(fù)雜。生物質(zhì)氣化通常會(huì)伴隨產(chǎn)生HCN、NH3、HCNO等含氮?dú)怏w副產(chǎn)物，這類副產(chǎn)物在后續(xù)易生成NOx、N2O等有毒有害氣體，通常需要使用合適的廢氣凈化技術(shù)進(jìn)行污染物處理。若氣體排放不達(dá)標(biāo)，則很容易造成空氣的“二次污染”。人造板由于普遍含有脲醛樹脂膠黏劑和含氮功能助劑，因此其含氮量遠(yuǎn)超過一般木材砂光粉的，氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般可達(dá)到5.3%～10.6%，甚至更高。楊會(huì)凱等[23]研究了不同原料(麥秸、松木、砂光粉)在高溫?zé)峤鈺r(shí)產(chǎn)生氣體污染物的差異，闡明3種生物質(zhì)熱解產(chǎn)生的氣相含氮物質(zhì)以NH3為主，同時(shí)伴隨少量的HCN，HCN生成速率的急劇增加主要發(fā)生在800 ℃之后。此外，高溫?zé)峤鈺r(shí)砂光粉產(chǎn)生的HCN和NH3總量顯著高于麥秸、松木產(chǎn)生的，800 ℃時(shí)HCN和NH3的生成總量約是麥秸和松木的2.2倍；部分砂光粉含氯、苯等成分在高溫?zé)崽幚頃r(shí)也會(huì)加劇有害氣體產(chǎn)生和環(huán)境污染。由此可知，采用氣化爐處理砂光粉獲得木煤氣投資較高，安全運(yùn)行條件相對苛刻，需要做好設(shè)計(jì)降低砂光粉的粉塵污染，消除砂光粉發(fā)生燃爆和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，需要確保充足的原料供應(yīng)。盡管目前砂光粉市場保有量較高，但其運(yùn)輸成本高(堆積密度低、體積蓬松)，而少數(shù)幾家企業(yè)砂光粉產(chǎn)量難以滿足氣化爐生成木煤氣的工業(yè)化需求。

2.1.3 成型燃料

生物質(zhì)致密成型技術(shù)的發(fā)展為砂光粉廢料作為工業(yè)化塊狀成型燃料提供了可能。砂光粉廢料再加工為成型燃料，主要是指砂光粉在高溫、高壓條件下經(jīng)擠壓成型的塊狀燃料，一般呈正六邊形或圓形截面的長條狀。成型燃料也可再經(jīng)炭化加工，制成機(jī)制木炭。砂光粉的致密成型工藝有助于消除粉塵燃爆風(fēng)險(xiǎn)，降低運(yùn)輸成本，節(jié)約煤電等能源消耗，緩解企業(yè)能源消費(fèi)高等問題[24]。成型燃料的顯著優(yōu)勢是無須外加膠黏劑，依靠機(jī)械加壓和加熱方式，使松散的生物質(zhì)碎料密實(shí)化。與散狀燃料相比，成型燃料的體積壓縮率高達(dá)80%～90%，達(dá)到較高的密度(1.1～1.4 g/cm3)，節(jié)省儲(chǔ)存和運(yùn)輸空間。此外，砂光粉經(jīng)密實(shí)化成型后，熱效率可由10%～30%提高到80%～90%，提升效果顯著[25]。桑會(huì)英等[26]研究了砂光粉等生物質(zhì)成型燃料熱解過程的氣體析出物，探明成型處理可以顯著降低發(fā)熱量熱解初期(≤350 ℃)約16%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的含硫化合物生成量，當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)效果不顯著。主要原因是成型燃料高溫?zé)峤膺^程中，氣固交互和二次反應(yīng)更為復(fù)雜。

與噴燒燃料相似，阻礙生物質(zhì)成型燃料推廣應(yīng)用的主要原因是熱轉(zhuǎn)化過程會(huì)引起積灰結(jié)渣、顆粒物和有毒有害氣體排放等問題。木材工業(yè)砂光粉不僅含有少量灰分物質(zhì)，同時(shí)包含少量砂光帶脫落物SiO2微粒，在高溫熔融狀態(tài)下容易與碳材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成SiC，極易粘附在噴嘴及爐膛內(nèi)壁，形成的固體結(jié)渣難以清除，影響設(shè)備壽命且污染環(huán)境[27]。此外，稻草、秸稈類板材砂光粉比木材砂光粉制造成型燃料難度更高，主要原因是這些砂光粉含有較多的無機(jī)礦物質(zhì)(如SiO2等)，在高溫耦合作用下木質(zhì)纖維素難以形成有效結(jié)合，導(dǎo)致成型壓力更高；而且砂光粉通常需要與一些細(xì)長纖維類碎料(木纖維、細(xì)刨花等)混合使用，改善成型燃料初強(qiáng)度低、容易掉渣和燃燒熱值波動(dòng)撓度大等問題。

2.1.4 機(jī)制木炭

機(jī)制木炭主要利用砂光粉加工得到的棒狀成型燃料在無氧(或缺氧)條件下經(jīng)炭化爐預(yù)先炭化而制成[28]。這種木炭可部分替代工業(yè)燃料，廣泛應(yīng)用于化工、保溫、燒烤燃料等；機(jī)制木炭進(jìn)一步深加工也可用于生產(chǎn)二硫化碳等化學(xué)物質(zhì)以及干燥劑、活性炭、除味劑等材料；此外，在制造機(jī)制木炭的過程中，還可用于回收木焦油；然而，采用砂光粉為原料制備的機(jī)制木炭產(chǎn)品質(zhì)量較差，目前鮮有企業(yè)進(jìn)行規(guī)?；瘧?yīng)用生產(chǎn)。

2.2 外加填料

2.2.1 人造板填料

砂光粉可作為新的人造板原料的填料。通常纖維板企業(yè)產(chǎn)生的砂光粉主要有2種，包括粗砂和精砂。砂光粉回填制造人造板時(shí)，由于精砂產(chǎn)生的砂光粉顆粒太小，施加時(shí)粉塵過大而不宜添加，因此通常使用粗砂砂光粉。部分纖維板企業(yè)利用高壓風(fēng)機(jī)將粗砂砂光粉投入干燥管道(靠近熱磨機(jī)噴漿管口)并與木纖維混合、熱壓后制成新的纖維板[29]。吉林森工結(jié)合中密度纖維板生產(chǎn)線實(shí)際情況[30]，提出粗砂和精砂2種砂光粉綜合利用模式，即將粗砂砂光粉加入纖維板板坯，精砂砂光粉置于鍋爐供熱，結(jié)果表明，砂光粉分級利用可提高板面質(zhì)量，同時(shí)節(jié)約鍋爐用煤消耗，每立方米板材煤耗降低3.57%，提高了企業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益。也有部分企業(yè)在纖維鋪裝工段進(jìn)行改制，增加前后2個(gè)成型室，將砂光粉拌膠后與干燥管道施膠纖維混合或分層鋪裝在人造板板坯表層，熱壓成板[31]。

人造板砂光粉與傳統(tǒng)木纖維不同，成分和特性也更復(fù)雜。主要原因是人造板砂光粉是木纖維經(jīng)施膠、干燥、熱壓和磨削而產(chǎn)生的，且一般為人造板表面的預(yù)固化層碎料，其纖維素、半纖維素、木質(zhì)素均遭到一定程度破壞。這類碎料表面原有的木纖維細(xì)胞結(jié)構(gòu)(如導(dǎo)管、細(xì)胞腔、紋孔等)大都堵塞，且細(xì)胞壁中的結(jié)合水也基本全部損失(含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般不大于3%)。盡管這類砂光粉在干燥管道初期(靠近熱磨纖維噴射口)可結(jié)合濕纖維干燥釋放的大量自由水；但在干燥管道出口很容易失去表面自由水而恢復(fù)到原先低含水率狀態(tài)，因此過多砂光料摻入生產(chǎn)原料會(huì)造成原料含水率不均，增加人造板芯層熱壓固化的負(fù)擔(dān)，還可能增加生產(chǎn)成本和降低板材力學(xué)強(qiáng)度。由此，人造板中砂光粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常不宜超過25%。此外，砂光粉回填制備纖維板時(shí)，由于砂光粉微粒小、比表面積大，因此回用時(shí)會(huì)增加人造板施膠量，增加膠黏劑成本和甲醛釋放量，工藝把控不嚴(yán)時(shí)還會(huì)增加后續(xù)氣流鋪裝時(shí)的粉塵污染。

2.2.2 膠黏劑填料

砂光粉主要成分是纖維素、木質(zhì)素、半纖維素等。其中，木質(zhì)素是一種芳香族高分子化合物，主要含有苯丙烷基本結(jié)構(gòu)，分子中有酚羥基、甲氧基、羧基等官能團(tuán)，具有良好的化學(xué)反應(yīng)活性，可與甲醛發(fā)生縮合反應(yīng)得到類似于酚醛樹脂結(jié)構(gòu)的高分子膠黏劑。砂光粉可以替代苯酚合成水溶性酚醛樹脂膠黏劑，具體步驟是將一定量砂光粉與苯酚、催化劑等混合攪拌生成黑色液體，然后與甲醛溶液在一定條件下聚合獲得。該技術(shù)的實(shí)質(zhì)是利用砂光粉原料中的木質(zhì)素部分替代苯酚，其制備工藝省略了單寧、木質(zhì)素的提取工序，使得砂光粉可完全利用，具有工藝簡單、膠合強(qiáng)度良好、使用方便等特點(diǎn)。砂光粉可以回收作為膠黏劑填料、添加劑和補(bǔ)充材料，一般砂光粉可替代質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為30%的苯酚原料，酚醛樹脂膠黏劑中砂光粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可占到5%～15%。通過該技術(shù)，可以顯著降低酚醛樹脂膠黏劑原料成本[32]。由于砂光粉約含8%～12%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的預(yù)固化膠料(以脲醛樹脂膠熱壓中密度纖維板為例)，因此，該技術(shù)的實(shí)施存在木質(zhì)素含量偏低、產(chǎn)品純度不高等缺陷。

砂光粉也可替代面粉作為酚醛樹脂或和脲醛樹脂膠黏劑填料。砂光粉的吸水性使膠黏劑與填料的混合物體積膨脹且黏度增大，導(dǎo)致膠黏劑難以涂布而使摻量減少。一般木材砂光粉的吸水體積膨脹率為40%～50%，刨花板砂光粉的為20%～30%，面粉的約為20%，因此作為膠黏劑填料時(shí)，人造板砂光粉優(yōu)于木材砂光粉，其吸水性與替代物面粉基本相當(dāng)，可替代面粉用于膠黏劑材料。砂光粉較優(yōu)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～15%，壓制后的膠合板強(qiáng)度基本不變，同時(shí)砂光粉的加入降低了板材約17%的甲醛釋放量[33]。

2.3 復(fù)合材料

2.3.1 木塑復(fù)合材料

木塑復(fù)合材料主要指利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等代替?zhèn)鹘y(tǒng)的樹脂膠黏劑，與一定量的砂光粉混合，并經(jīng)高溫?cái)D壓、模壓等加工而成的新型木質(zhì)材料，具有力學(xué)強(qiáng)度高、耐水耐腐等優(yōu)良特性，廣泛應(yīng)用于家具、戶外墻板、步道走廊、物流包裝等領(lǐng)域。

孫妍等[34]采用纖維板砂光粉與聚乙烯和廢舊輪胎橡膠粉共混，熱壓制備三元復(fù)合板，結(jié)果表明，復(fù)合板中纖維板砂光粉添加的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)40%，主要原因是熱塑性聚乙烯在高溫條件下具有較好的流動(dòng)性和粘結(jié)強(qiáng)度。此外，纖維板砂光粉均勻分散在高密度聚乙烯和橡膠基體中，在復(fù)合材料的拉伸應(yīng)力傳遞和分散方面也發(fā)揮了積極作用。Zhang等[35]利用高強(qiáng)度異氰酸酯膠黏劑預(yù)處理酚醛泡沫碎料和木質(zhì)纖維并熱壓成型，優(yōu)化后的復(fù)合板中酚醛泡沫碎料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，復(fù)合板具有優(yōu)異的阻燃效果，極限氧指數(shù)超過37.3%。肖澤芳[36]采用加熱擠出工藝，利用家具廠砂光粉開發(fā)增強(qiáng)型聚苯乙烯復(fù)合塑料。當(dāng)砂光粉添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)從10%增加至50%時(shí)，復(fù)合塑料的拉伸和彎曲強(qiáng)度均呈現(xiàn)先增大再減小的趨勢，說明適量的砂光粉有助于提高復(fù)合塑料力學(xué)性能；同時(shí)，隨著砂光粉含量持續(xù)增加，其在塑料基體中發(fā)生團(tuán)聚會(huì)增加砂光粉-聚苯乙烯界面的應(yīng)力缺陷，造成復(fù)合材料強(qiáng)度下降。Chavooshi等[37]利用纖維板砂光粉和納米黏土共摻制備聚丙烯復(fù)合塑料，探明纖維板砂光粉最優(yōu)的添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%～60%，過量摻入會(huì)增加復(fù)合塑料的吸水率和吸水厚度膨脹率。這主要是因?yàn)樯肮夥圻^量時(shí)，砂光粉與聚丙烯塑料的兩相界面存在較多微細(xì)孔隙，這些孔隙成為水分良好的通道，所以造成復(fù)合塑料吸水膨脹和強(qiáng)度下降。

2.3.2 無機(jī)復(fù)合材料

砂光粉摻雜還可用于復(fù)合黏土、陶瓷和水泥等無機(jī)復(fù)合材料制造。徐信武等[38]探索了木質(zhì)砂光粉在陶瓷基復(fù)合材料中的資源化應(yīng)用。當(dāng)木質(zhì)砂光粉摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～15%時(shí)，陶瓷器皿的質(zhì)量可減小40.5%，且強(qiáng)重比提高67%，具有質(zhì)量小、孔隙率高和透氣性好等優(yōu)點(diǎn)。Paki[39]以水泥為主要原料，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～30%的木材砂光粉，混合養(yǎng)護(hù)成型后制備密度為1.51～1.70 g/cm3的無機(jī)輕質(zhì)復(fù)合材料，相對于水泥材料密度降低9.6%～19.7%，脆性斷裂強(qiáng)度顯著提高。盡管復(fù)合板添加了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的木材砂光粉后，彎曲強(qiáng)度下降7.4%～21.8%，但仍可滿足非承重水泥材料的應(yīng)用要求。Torkaman等[40]利用纖維板砂光粉、稻殼灰和石灰石廢棄物等分別替代25%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的水泥，用于生產(chǎn)輕質(zhì)混凝土砌塊。原料經(jīng)混合、澆筑和養(yǎng)護(hù)成型后，木質(zhì)砂光粉摻雜使得水泥混凝土砌塊的密度下降30%，產(chǎn)品更加輕量化，然而，木材工業(yè)砂光粉摻雜水泥混凝土的壓縮強(qiáng)度(16.1 MPa)相對于對照組(62.9 MPa)下降超過83.9%。主要原因是木質(zhì)砂光粉摻雜會(huì)影響水泥水化，當(dāng)摻量較高時(shí)，砂光粉中的木質(zhì)素、半纖維素等物質(zhì)在水泥堿性環(huán)境下易發(fā)生水解，造成砂光粉-水泥兩相界面結(jié)合不緊密，導(dǎo)致混凝土力學(xué)強(qiáng)度急劇下降。

2.3.3 新型納米功能材料

從原料成分和特性方面分析，木材工業(yè)砂光粉主要來源于木材或人造板等板材，其成分與被加工材料(木材、人造板、木質(zhì)功能材料等)的基本相同，主要為木纖維碎料和少量的已固化膠黏劑和功能助劑。砂光粉為細(xì)小的有機(jī)物粉塵顆粒，基于木材加工生產(chǎn)時(shí)使用的木材、膠黏劑、功能助劑及其他添加劑等種類不同，砂光粉的主要成分一般區(qū)別較大。傳統(tǒng)人造板砂光粉塵主要是含碳約為40%～47%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)、氧44%～46%、氫3.3%～5.4%、氮0.5%～10%及其他元素的復(fù)合物。通過高溫水熱、溶劑熱炭化等手段處理木質(zhì)碎料，以此提取木質(zhì)纖維素中的有效化學(xué)物質(zhì)和成分，并在高溫高壓條件下合成新型納米材料，可廣泛應(yīng)用于熒光顯示、生物傳感、靶向增強(qiáng)等功能材料領(lǐng)域[41]。

近年來，隨著納米技術(shù)和納米功能材料的快速發(fā)展，功能型高附加值納米材料日益受到市場的青睞，利用砂光粉中的化學(xué)物質(zhì)和提取物開發(fā)新型納米功能材料(發(fā)光、阻燃、凈化甲醛等)具有重要意義。Zhang等[42]利用木質(zhì)纖維素碎料開發(fā)熒光碳量子點(diǎn)納米材料，探明氮元素含量較高的生物質(zhì)原材料水熱抽提可獲得較高N、C質(zhì)量比的抽提液，并以此抽提液為潛在的碳源和雜原子來源獲得高含量異元素?fù)诫s的碳納米材料。此外，通過不同功能性摻雜，目前已實(shí)現(xiàn)碳納米材料在發(fā)光、阻燃、凈化甲醛等方面的諸多功能[43]，新型碳基納米復(fù)合功能材料在熒光顯示、溫度傳感、阻燃防火、光催化降醛等領(lǐng)域的開發(fā)和應(yīng)用，有望實(shí)現(xiàn)木質(zhì)砂光粉高附加值工業(yè)化應(yīng)用。

3 結(jié)論與展望

隨著國家對生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作的重視和加強(qiáng)，木材工業(yè)砂光廢棄物治理逐步走上法制化軌道。木材工業(yè)砂光粉回收和資源化利用能夠產(chǎn)生積極的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益，對企業(yè)自身和社會(huì)具有重要的意義。由于木材工業(yè)不同企業(yè)的主打產(chǎn)品各異，因此其砂光粉產(chǎn)量和組成均存在很大差異，砂光廢棄物資源化利用技術(shù)的大規(guī)模推廣依然存在燃燒熱效率低、原料利用率低和配套設(shè)備投資高等諸多問題，但在砂光粉回收、裝備和新材料工藝技術(shù)等方面研究仍然有較大的發(fā)展空間，具體可從以下幾點(diǎn)著手：

1)加強(qiáng)木材工業(yè)砂光粉的分類回收和管理。加大技術(shù)創(chuàng)新，突破現(xiàn)有技術(shù)瓶頸，研究和開發(fā)先進(jìn)的粉塵清理、防爆等工藝和設(shè)備，真正實(shí)現(xiàn)木材工業(yè)清潔生產(chǎn)，最大限度地減少對環(huán)境造成的污染，并提高資源的綜合利用水平。

2)積極研發(fā)和打造推廣性強(qiáng)的新型砂光粉資源化利用模式。完善砂光粉回收到創(chuàng)新資源化應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)，達(dá)到變廢為寶，推動(dòng)我國木材工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展之路，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的綠色高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。

3)開發(fā)新型碳基納米功能材料將是未來木材工業(yè)砂光粉資源化應(yīng)用的重要方向之一。有效利用木質(zhì)砂光粉化學(xué)組分，實(shí)現(xiàn)其在熒光顯示、溫度傳感、阻燃防火、光催化降醛等高附加值領(lǐng)域的應(yīng)用，有望提升木質(zhì)砂光粉綜合應(yīng)用價(jià)值，并為其資源化利用提供思路。