蘇瓊, 盧新宇, 石小琴, 聶宏杰, 張平, 王彥斌*

( 1.西北民族大學(xué) 化工學(xué)院，蘭州 730030；2.環(huán)境友好復(fù)合材料國(guó)家民委重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730030；3.甘肅省生物質(zhì)功能復(fù)合材料工程研究中心，蘭州 730030；4.甘肅省高校環(huán)境友好復(fù)合材料及生物質(zhì)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730030 )

纖維板是以木質(zhì)纖維或其他植物纖維相互交織、膠粘成型制成的人造板，由于其良好的物理力學(xué)性能和加工性能，廣泛用于家具制造、建筑、室內(nèi)裝修等。纖維板是木材加工利用的主要產(chǎn)品之一，會(huì)消耗大量木材。長(zhǎng)期的亂砍濫伐和毀林開(kāi)荒導(dǎo)致森林面積減少，使木材的供應(yīng)受限；同時(shí)，過(guò)度砍伐樹(shù)木也會(huì)引起自然環(huán)境的破壞和惡化；木材在加工過(guò)程中還需耗費(fèi)大量能源，因此，亟需尋找可替代的原料。木材的主要成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，纖維素原料是地球上產(chǎn)量最大的可再生資源，除木材外，農(nóng)作物秸稈富含植物纖維，有望滿足這一需求來(lái)生產(chǎn)纖維板。我國(guó)為世界第一秸稈產(chǎn)量大國(guó)，秸稈資源十分豐富，2022 年我國(guó)秸稈年總產(chǎn)量為9.77 億噸，可收集資源量為7.37 億噸[1]。在“雙碳”目標(biāo)背景下推進(jìn)秸稈基纖維板生產(chǎn)可有效減少溫室氣體排放、穩(wěn)定生態(tài)平衡和推進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，發(fā)展秸稈纖維板作為木材的替代品，既節(jié)約木材、保護(hù)環(huán)境，又可推動(dòng)板材行業(yè)碳達(dá)峰，符合生態(tài)環(huán)境保護(hù)的可持續(xù)發(fā)展方向，符合國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略決策，將是國(guó)家林業(yè)和建材行業(yè)長(zhǎng)期的發(fā)展方向。

秸稈基纖維板是秸稈等植物纖維經(jīng)切碎、軟化、磨漿、成型和熱壓等工序制成的，根據(jù)制備過(guò)程中是否使用膠粘劑可分為膠粘劑秸稈基纖維板和無(wú)膠秸稈基纖維板。膠粘劑秸稈基纖維板在制備過(guò)程中通過(guò)施膠將秸稈顆粒粘結(jié)，一定程度上提高板材的力學(xué)性能和疏水性能[2-3]。膠粘劑分為傳統(tǒng)膠粘劑和綠色環(huán)保膠粘劑，傳統(tǒng)膠粘劑幾乎都來(lái)自石油資源，其中脲醛樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂應(yīng)用最廣。Dukarska 等[4]以油菜秸稈為原料、聚合4, 4'-亞甲基二苯異氰酸酯(PMDI) 和酚醛樹(shù)脂(PF)為粘合劑(二者的質(zhì)量比為7∶3)，在200℃、2.5 MPa 下制造不同密度的刨花板。其中，密度為0.65 g/cm3的板力學(xué)性能較好，靜曲強(qiáng)度(MOR)為20.6 MPa、彈性模量(MOE)為3 610 MPa、內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度(IB) 為0.63 MPa，符合EN 312[5]標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)P7 型板的要求，但耐水性較差，吸水厚度膨脹率(TS)為14.7%。Moslemi 等[6]以稻秸稈為原料、脲醛樹(shù)脂(UF)為膠粘劑，添加2wt%UF 的碳納米纖維(CNF)，在180℃下壓制240 s，板的力學(xué)性能最佳，MOR 和MOE 值分別為23.25 MPa 和2 370 MPa，IB 為0.62 MPa。玄夕娟[7]以蓖麻秸稈為原料、UF 為膠粘劑，當(dāng)施膠量為總質(zhì)量的12%，熱壓溫度140℃、熱壓壓力3.5 MPa 下制得密度為0.75 g/cm3的中密度板，其IB 為0.87 MPa、MOE 為3 499 MPa、MOR 為34.65 MPa、TS 為9.85%，各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)均達(dá)到中密度纖維板標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11718-2009[8]中“家具型中密度纖維板(MDFFN)”物理力學(xué)性能指標(biāo)優(yōu)等品的要求。傳統(tǒng)膠粘劑能有效提高纖維板力學(xué)性能，但存在甲醛釋放、耐水性差等缺點(diǎn)。

綠色環(huán)保膠粘劑主要是生物質(zhì)改性膠粘劑，如植物蛋白膠、淀粉膠等。Du?ek 等[9]以油菜秸稈為主要原料，木質(zhì)素磺酸鈉環(huán)保骨膠為膠粘劑，膠粘劑占秸稈干重35%，在20℃和4 MPa 壓制2 h 得到秸稈纖維板，其平均彎曲強(qiáng)度為2.9～3.4 MPa、彈性模量為1 200～1 350 MPa，但板吸濕嚴(yán)重，僅適用于干燥環(huán)境，如用于建筑包覆、絕緣或包裝材料。Ji 等[10]以木纖維為原料、戊二醛和殼聚糖為膠粘劑，熱壓溫度為170℃，在4 MPa和8 MPa 下交替壓制8 min，室溫干燥兩天制得中密度纖維板。結(jié)果表明，該纖維板的最佳IB 為1.22 MPa、MOE為3 162.69 MPa、MOR 為29.10 MPa、吸水率(WA)為22.23%和TS 為26.17%。溫平威[11]以稻秸稈為原料、大豆蛋白膠為膠粘劑，添加大豆蛋白膠為混合物干重的12%，基于響應(yīng)面設(shè)計(jì)優(yōu)化稻草纖維板工藝，熱壓溫度為175℃，熱壓時(shí)間為10 min，板的MOR 為14.3 MPa、IB為0.42 MPa，達(dá)到GB/T 21723-2008[12]要求。使用環(huán)保膠粘劑無(wú)甲醛釋放，但制備的板材機(jī)械強(qiáng)度差、耐水性弱，限制了其工業(yè)應(yīng)用[13]。

無(wú)膠秸稈基纖維板采用熱壓工藝，完全不使用膠粘劑，依靠植物纖維間的自粘結(jié)制備而成。Tupciauskas 等[14]以小麥秸稈為原料，在240℃下蒸汽爆破1 min，然后在175℃和4 MPa 下熱壓制備秸稈纖維板。其性能較好，MOE 為3 840 MPa、MOR 為21 MPa、TS 為10%、WA 為41%，滿足標(biāo)準(zhǔn)EN 312[5]標(biāo)準(zhǔn)中P3 型板的要求。Yang 等[15]以不同比例小麥秸稈和竹秸稈纖維(BF)為原料，首先用漆酶在50℃下預(yù)處理120 min，然后在170℃和4 MPa 下熱壓15 min，當(dāng)漆酶用量為40 U/g 時(shí)得到纖維板力學(xué)性能最佳，其MOR 為18.88 MPa、MOE 為2 743.83 MPa、IB 為0.273 MPa。肖力光等[16]采用質(zhì)量濃度為2% 的NaOH 溶液對(duì)玉米秸稈纖維進(jìn)行活化預(yù)處理，在180℃、4 MPa 條件下進(jìn)行熱壓，制備出無(wú)膠玉米秸稈纖維板，其MOR為13.7 MPa、MOE 為2 406.5 MPa、IB 為0.07 MPa和TS 為32%。無(wú)膠秸稈基纖維板具有性能優(yōu)異、無(wú)甲醛釋放、可再生、可降解等優(yōu)點(diǎn)，不僅能減少、消除合成樹(shù)脂的使用，為緩解石油危機(jī)、保護(hù)環(huán)境提供了新途徑，且提高了秸稈的利用價(jià)值。無(wú)膠秸稈基纖維板可廣泛應(yīng)用于建筑、家具、室內(nèi)裝修等方面，是目前秸稈基纖維板應(yīng)用領(lǐng)域的熱點(diǎn)。本文闡述了無(wú)膠秸稈基纖維板的自粘結(jié)機(jī)制，從原料預(yù)處理方法、制備工藝、工藝參數(shù)對(duì)板性能的影響等方面總結(jié)了無(wú)膠秸稈基纖維板的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用，對(duì)無(wú)膠秸稈基纖維板的研究做了歸納和展望。

1 無(wú)膠秸稈基纖維板的粘結(jié)機(jī)制

1.1 木質(zhì)素?zé)釅翰ＡЩ皻滏I網(wǎng)絡(luò)自粘結(jié)

無(wú)膠秸稈基纖維板是在熱壓條件下，通過(guò)植物纖維間的自粘結(jié)制備而成的，秸稈中的木質(zhì)素及秸稈含水率與板的性能密切相關(guān)。自粘結(jié)是通過(guò)玻璃化轉(zhuǎn)變來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即熱壓條件下秸稈中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變使分子運(yùn)動(dòng)加劇，生物質(zhì)高分子發(fā)生變形，表面接觸增加從而自粘結(jié)。由于木質(zhì)素的熱軟化變化可能涉及玻璃化轉(zhuǎn)變，而熱壓時(shí)板的局部溫度、玻璃化轉(zhuǎn)變及轉(zhuǎn)變溫度會(huì)影響板的力學(xué)性能，因此，秸稈中木質(zhì)素的存在和熱軟化對(duì)纖維板的性能起著重要作用，秸稈的含水率也會(huì)影響玻璃化轉(zhuǎn)變溫度從而影響板的性能[2-3,13]。Wang 等[17]研究了熱壓溫度對(duì)秸稈基無(wú)膠纖維板性能的影響，發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素的熱軟化會(huì)顯著影響板的性能，在木質(zhì)素玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，即木質(zhì)素發(fā)生熱軟化后成型可提高無(wú)膠粘結(jié)板的內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度。Pintiaux 等[18]總結(jié)了含水量對(duì)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨著含水量的增加而降低。干燥狀態(tài)下纖維素、半纖維素、木質(zhì)素的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)值分別為220℃、170℃和200℃，當(dāng)含水量為20%時(shí)，木質(zhì)素的Tg下降到小于50℃，而半纖維素和大多數(shù)生物質(zhì)高分子下降到接近0℃。

自粘結(jié)的另一種理論將原料之間的粘結(jié)歸因于熱壓下木質(zhì)素與其他纖維間形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)，利用木質(zhì)素固有的結(jié)合能力及氫鍵網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)纖維自粘結(jié)，無(wú)需額外添加粘合劑即可制備力學(xué)性能良好的無(wú)膠秸稈纖維板[19-21]。Arévalo 等[22]探究了不添加聚合物樹(shù)脂和粘合劑，利用纖維素自結(jié)合能力，微、納米纖維間的增強(qiáng)氫鍵網(wǎng)絡(luò)與納米纖維占據(jù)纖維空隙的附加效應(yīng)生產(chǎn)出力學(xué)性能出色的全生物基中密度纖維板(MDF)，完全基于可再生資源，可回收、可降解。微纖維亞麻秸稈纖維中木質(zhì)素與納米纖維間的氫鍵網(wǎng)絡(luò)隨納米纖維表面積的增大而加強(qiáng)，MOE 達(dá)到17 000 MPa，MOR 達(dá)到120 MPa，力學(xué)性能優(yōu)異，且吸水性較低，優(yōu)于大多數(shù)傳統(tǒng)的天然纖維增強(qiáng)塑料、木材纖維塑料和面板材料，說(shuō)明微纖維化木質(zhì)纖維素的內(nèi)在結(jié)合具有創(chuàng)造全纖維素工程材料的潛力。Ge等[23]探究了利用熱壓和纖維的自結(jié)合能力將竹纖維轉(zhuǎn)化為生物復(fù)合材料，首先在147 MPa 下壓制15 min 破碎細(xì)胞壁，纖維碎片交織纏繞，然后在150～170℃下熱壓，碎片塑化顆粒致密化，最后冷卻促進(jìn)纖維互連熱收縮。熱壓使纖維相互纏繞結(jié)合，壓碎和碎片化細(xì)胞壁纖維間隙完全閉合，纖維的纏結(jié)碎片鉚接，氫鍵、酯鍵和醚鍵產(chǎn)生更強(qiáng)的化學(xué)鍵合，這種碎片鉚接和細(xì)胞塌陷粘結(jié)的技術(shù)方法可制備具有由纖維網(wǎng)絡(luò)形成的致密界面結(jié)構(gòu)的生物復(fù)合材料。

1.2 酶解酚氧自由基形成促進(jìn)自粘結(jié)

秸稈中的木質(zhì)素在酶催化下氧化形成酚氧自由基，自由基-自由基耦合交聯(lián)、聚合而發(fā)生自粘結(jié)，聚合機(jī)制如圖1 所示[13]?？刂泼附饽举|(zhì)素?zé)釅簤毫?、熱壓時(shí)間等工藝參數(shù)可制得力學(xué)性能優(yōu)異的無(wú)膠秸稈纖維板，酶預(yù)處理的時(shí)間、酶用量對(duì)板的性能影響也較大。Zhu 等[24]發(fā)現(xiàn)漆酶可促進(jìn)木質(zhì)素氧化形成酚氧自由基，這雖然降低了木質(zhì)素與纖維素間形成氫鍵的可能，但使板材具有更好的內(nèi)部粘結(jié)強(qiáng)度。Yang 等[15]驗(yàn)證了纖維板的IB 隨著酶處理時(shí)間的延長(zhǎng)和漆酶劑量的增加而增加，但漆酶過(guò)量、酶處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，纖維的結(jié)晶度顯著降低，纖維板的IB 無(wú)顯著增加，但板的MOR 和MOE 卻急劇下降。Domínguez-Robles 等[3]以麥秸稈為原料制備全木質(zhì)纖維素纖維板，用酶處理纖維制備的纖維板比未處理半木質(zhì)漿纖維板具有更好的力學(xué)性能，且優(yōu)于工業(yè)無(wú)膠纖維板，結(jié)果表明了酶精煉作為一種替代處理方法的潛力。

圖1 自由基聚合的反應(yīng)機(jī)制[13]Fig.1 Reaction mechanism of free radical polymerization[13]

1.3 半纖維素、糖類水解-糠醛固化自粘結(jié)

高溫?zé)釅合?，半纖維素或游離糖類水解轉(zhuǎn)化為糠醛，然后固化生成熱固性樹(shù)脂發(fā)生自粘結(jié)。這種自粘結(jié)作用與秸稈的組成、形態(tài)結(jié)構(gòu)有較大關(guān)系，從而影響板材的性能。當(dāng)原料中糖分、半纖維素含量較高時(shí)，熱壓部分轉(zhuǎn)化為糠醛，促進(jìn)自粘結(jié)；若原料中纖維素、木質(zhì)素含量較高時(shí)，自粘結(jié)機(jī)制則傾向于氫鍵網(wǎng)絡(luò)。木質(zhì)素有助于提高板的內(nèi)聚性和硬度，纖維素在板內(nèi)起機(jī)械增強(qiáng)作用，半纖維素和游離糖作為內(nèi)部粘結(jié)劑，但需在高溫高壓下才能發(fā)揮作用。Wang 等[19]研究了熱壓溫度對(duì)麥秸稈基無(wú)膠纖維板性能的影響，紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)：隨著溫度的升高，更多的半纖維素被水解，醛類化合物如羥甲基糠醛和糠醛增加，板的力學(xué)性能明顯提升。Ferrandez-Villena等[25]以巨型蘆葦根為原料制備無(wú)粘結(jié)劑顆粒板，發(fā)現(xiàn)蘆葦根莖中糖濃度高，在壓制過(guò)程中高溫作用下轉(zhuǎn)化為糠醛，有利于顆粒間的自結(jié)合。Ferrández-García 等[2]研究了棕櫚樹(shù)低溫低壓下制備無(wú)粘結(jié)劑顆粒板，自結(jié)合機(jī)制可能是由于糖的高含量，在120℃的壓縮溫度下，部分糖轉(zhuǎn)化為糠醛，使板內(nèi)纖維間的自粘結(jié)增強(qiáng)。Mahieu 等[26]對(duì)比了亞麻仁秸稈與向日葵皮，發(fā)現(xiàn)亞麻纖維的生化組成和形態(tài)結(jié)構(gòu)使其更適合纖維的自粘結(jié)過(guò)程。

其他粘結(jié)機(jī)制，如機(jī)械聯(lián)鎖、范德華相互作用等也會(huì)對(duì)纖維素網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度產(chǎn)生影響。秸稈的組成、形態(tài)結(jié)構(gòu)不同，粘結(jié)機(jī)制會(huì)有差異，制成板的性能也會(huì)有所不同，纖維素與半纖維素與板的抗拉、抗彎等強(qiáng)度有著密切的關(guān)系，半纖維素能增加纖維素的可塑性和柔韌性，木質(zhì)素在一定程度上增加板的強(qiáng)度。同時(shí)，秸稈預(yù)處理的方法、板的制造工藝、工藝參數(shù)等也會(huì)引起自粘結(jié)機(jī)制的變化，從而制得不同性能的無(wú)膠秸稈基纖維板。

2 無(wú)膠秸稈基纖維板的制備工藝

無(wú)膠秸稈基纖維板的制備過(guò)程包括：秸稈的預(yù)處理、精制、塑形、熱壓4 個(gè)過(guò)程。無(wú)膠秸稈纖維板性能的好壞部分取決于秸稈的類型、秸稈的纖維尺寸及纖維板的密度，但更多歸因于成型工藝和工藝參數(shù)的確定；制板工藝決定秸稈纖維板是否能較好成型，工藝參數(shù)則定義了板材性能的優(yōu)劣。

2.1 預(yù)處理方法及對(duì)無(wú)膠秸稈纖維板性能的影響

秸稈表面含有硅和蠟質(zhì)層，阻礙熱壓條件下纖維間的粘接，影響板材的性能，因此需要對(duì)秸稈進(jìn)行預(yù)處理。秸稈預(yù)處理包括洗滌、粉碎等過(guò)程，更重要的是通過(guò)酶解、物理、化學(xué)改性等，將木質(zhì)素和半纖維素暴露在纖維素表面，從而在熱壓過(guò)程中相互之間能充分鍵合，促進(jìn)粘結(jié)。木質(zhì)素是天然的粘合劑，在纖維之間可起粘結(jié)作用，能提高無(wú)膠秸稈基纖維板的尺寸穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度[27-28]。

Domínguez-Robles 等[29]研究了以木質(zhì)素為天然膠粘劑熱壓生產(chǎn)麥秸稈高密度纖維板(HDF)，隨著木質(zhì)素含量增加板的力學(xué)性能增強(qiáng)。當(dāng)木質(zhì)素含量為15wt%時(shí)力學(xué)性能最好，其靜曲強(qiáng)度為96.81 MPa，彈性模量為3 550 MPa，且內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度為1.46 MPa。秸稈組成中除纖維素和木質(zhì)素結(jié)構(gòu)材料，還有少量的非結(jié)構(gòu)材料，如提取物和灰分，這些非結(jié)構(gòu)材料的存在會(huì)降低纖維板的力學(xué)性能。Alharbi 等[30]發(fā)現(xiàn)去除植物秸稈的非結(jié)構(gòu)性材料后，木質(zhì)素的暴露量和有效活化量增加，板的力學(xué)性能明顯提升。

近年來(lái)人們對(duì)化學(xué)預(yù)處理、物理預(yù)處理、酶預(yù)處理等預(yù)處理工藝的研究更加深入，這些預(yù)處理工藝可以增強(qiáng)纖維板的自粘接性，表1 總結(jié)了不同秸稈原料經(jīng)不同預(yù)處理后纖維板的性能變化。

表1 秸稈類型及預(yù)處理方法對(duì)無(wú)膠秸稈纖維板性能的影響Table 1 Effects of different raw materials and different pretreatments on the properties of glue-free straw fiberboard

化學(xué)預(yù)處理包含堿處理、微波輔助堿處理、酸處理、硅烷偶聯(lián)處理等方式。硅烷處理后的菠蘿葉纖維與紅麻纖維制備的板材熱穩(wěn)定性改善，界面結(jié)合良好[35]，混雜復(fù)合材料的力學(xué)性能提高，可用于制造建筑結(jié)構(gòu)、材料和汽車零部件[42]。微波輔助堿處理是提高木質(zhì)纖維素生物量酶敏感性的有效方法之一[43]。物理預(yù)處理有水熱處理、等離子液體處理、蒸汽爆破處理、機(jī)械精煉等形式。蒸汽爆破預(yù)處理可消除秸稈組分中的非結(jié)構(gòu)無(wú)定形有機(jī)成分，使纖維具有較好的潤(rùn)濕性且富含木質(zhì)素，從而改善板材的性能。Han 等[44]研究了蒸汽爆炸對(duì)麥秸稈的影響，蒸汽爆破后，粗顆粒比例降低、小顆粒和纖維束比例增加、秸稈的灰分和硅含量顯著降低。由于灰分具有疏水性，且去除灰分有助于提高麥秸的潤(rùn)濕性，同時(shí)暴露出羥基，有助于提高麥秸的化學(xué)性能。較高的蒸汽溫度和較長(zhǎng)的停留時(shí)間可獲得更均勻的纖維狀材料。蒸汽爆破預(yù)處理破壞木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)、分解部分半纖維素，受環(huán)境影響小，使蒸汽爆破預(yù)處理技術(shù)具有秸稈增值的巨大潛力[45]。Domínguez-Robles等[3]分別采用酶處理和機(jī)械精煉的方法利用小麥秸稈生產(chǎn)半木質(zhì)化紙漿，對(duì)兩種精制纖維進(jìn)行形態(tài)學(xué)分析，并與小麥秸稈半木質(zhì)纖維進(jìn)行比較。結(jié)果表明，經(jīng)酶處理和機(jī)械精煉后，長(zhǎng)度和寬度減小，而細(xì)粒長(zhǎng)度增加。兩種精制纖維的無(wú)粘結(jié)纖維板的物理力學(xué)性能明顯高于商用纖維板。機(jī)械精煉在2 000 r/min 時(shí)，纖維板的力學(xué)性能最高，靜曲強(qiáng)度、彈性模量和內(nèi)粘結(jié)強(qiáng)度分別為98.72 MPa、6 430 MPa 和1.62 MPa，用酶處理纖維制造的纖維板的粘合強(qiáng)度與用1 500 r/min 的機(jī)械精制纖維制備的纖維板相當(dāng)。酶處理和機(jī)械處理的結(jié)合可以減少機(jī)械精煉過(guò)程中的能量消耗，從而產(chǎn)生具有優(yōu)異力學(xué)性能的纖維板，可用于面板外殼。

化學(xué)預(yù)處理因其方便簡(jiǎn)捷、成效快而應(yīng)用廣泛，但預(yù)處理的程度不易控制，預(yù)處理過(guò)度會(huì)破壞纖維結(jié)構(gòu)而降低板材性能，導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度不足，及板質(zhì)量的不穩(wěn)定。預(yù)處理程度淺則達(dá)不到預(yù)期效果，預(yù)處理廢液還會(huì)造成環(huán)境污染；物理預(yù)處理形式多樣，處理方法不同對(duì)設(shè)備能耗有影響，液固比較低時(shí)耗能高；酶處理反應(yīng)條件溫和，但酶處理的時(shí)間對(duì)纖維板的性能有一定影響，酶解時(shí)間過(guò)短，板的性能不佳，酶解時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，板的性能無(wú)明顯提升。綜合各種預(yù)處理方法的優(yōu)勢(shì)，將多種預(yù)處理方式協(xié)同應(yīng)用是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，如物理預(yù)處理方式與酶處理方式結(jié)合，探索合適的熱處理方法與預(yù)處理時(shí)間不僅可以降低能耗而且可使板的各項(xiàng)性能達(dá)到最佳。

2.2 無(wú)膠秸稈基纖維板的制備工藝

纖維板的制備工藝首先是輔以膠粘劑制備秸稈纖維板，工藝發(fā)展較成熟，無(wú)膠秸稈基纖維板制備工藝是在有膠纖維板工藝的基礎(chǔ)上逐漸改良發(fā)展起來(lái)的，分為“干法”和“濕法”成型工藝?！皾穹ā奔庸み^(guò)程中以水為載體輸送纖維，對(duì)環(huán)境污染較大，在發(fā)展過(guò)程中逐步被“干法”熱壓工藝取代?！案煞ā惫に囈詺饬鳛檩d體輸送纖維，纖維含水量?jī)H為10%左右，不添加膠粘劑，熱壓引發(fā)原材料中的木質(zhì)素、糠醛、蛋白質(zhì)等交聯(lián)聚合，或生物大分子間形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)纖維間的自粘結(jié)壓制成板[46-48]。圖2 是無(wú)膠秸稈纖維板的壓制過(guò)程[22]，與木質(zhì)纖維板制備過(guò)程比較，秸稈纖維板制備不需要削皮等步驟，一定程度上節(jié)約了能源和機(jī)械設(shè)備[49-50]。Fahmy 等[51]以未脫皮棉秸稈為原料，在160℃和5 MPa 下干法成型制備無(wú)粘合劑綠色納米纖維板，其靜曲強(qiáng)度高達(dá)63.7 MPa 和吸水率低至12.1%，產(chǎn)品綠色環(huán)保，且節(jié)約了水和能源。Evon 等[52]以亞麻秸稈為原料、木質(zhì)素為天然粘合劑，200℃和19.7 MPa 下，采用干式熱壓法壓制150 s 制備出可再生的無(wú)膠秸稈纖維板，彎曲強(qiáng)度為11.7 MPa，彈性模量為1 600 MPa、內(nèi)部粘結(jié)強(qiáng)度為0.36 MPa，其力學(xué)性能達(dá)到NF EN 312[5]標(biāo)準(zhǔn)，滿足干燥條件下一般用途板的要求。

圖2 無(wú)膠全纖維素纖維板的生產(chǎn)示意圖[22]Fig.2 Schematic experimental procedure for the production of binderless all-cellulose fibreboard[22]

無(wú)膠秸稈基纖維板的壓制工藝根據(jù)溫度的差異又可分為冷壓工藝和熱壓工藝，但冷壓一般需要添加膠粘劑。南京林業(yè)大學(xué)牽頭發(fā)明了一種冷壓工藝，膠粘劑配合制板，固化成型快[50]。無(wú)膠秸稈纖維板的生產(chǎn)90%以上均采用熱壓工藝，由于只有高溫引發(fā)才能促進(jìn)纖維間的自粘結(jié)。常用的熱壓制板工藝有連續(xù)平壓法、輥壓法和多層壓機(jī)平壓法等，其優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用如表2 所示[53-55]。此外，螺桿擠壓法也逐漸發(fā)展起來(lái)，與傳統(tǒng)磨削工藝相比，雙螺桿擠壓工藝有助于提高纖維比，提高秸稈纖維板的耐水性；單螺桿擠壓工藝可以縮短生產(chǎn)時(shí)間，降低生產(chǎn)成本，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，還能更好地保護(hù)纖維結(jié)構(gòu)。El-Kassas 等[56]以稻草秸稈纖維作為原料、脲醛樹(shù)脂為膠粘劑制備中密度纖維板，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，消除了有害化學(xué)品的使用，減少了電力消耗，同時(shí)，力學(xué)性能優(yōu)異，耐水性能較好，其內(nèi)部粘結(jié)強(qiáng)度為1.18 MPa、靜曲強(qiáng)度為41.55 MPa、彈性模量高達(dá)4 080 MPa、厚度膨脹率為7.4%，符合EN 622[57]、EN 317[58]和EN 310[59]的標(biāo)準(zhǔn)要求，可用于集裝箱制造及建筑行業(yè)，如地板襯底、室內(nèi)隔墻、天花板等。Uitterhaegen 等[40]以香菜秸稈為原料，分別采用傳統(tǒng)磨削工藝、雙螺桿擠壓工藝制備秸稈纖維板，結(jié)果表明，雙螺桿擠壓處理對(duì)改善纖維的形態(tài)更有效，纖維板性能更好，板的水敏感性有效降低了63%，其靜曲強(qiáng)度達(dá)到29 MPa，厚度膨脹率為24%。

表2 熱壓工藝對(duì)比Table 2 Comparison of hot pressing process

2.3 熱壓工藝參數(shù)對(duì)無(wú)膠秸稈纖維板性能的影響

在熱壓過(guò)程中，無(wú)膠纖維板的工藝參數(shù)決定著板材的性能，纖維尺寸、板密度、熱壓溫度、熱壓時(shí)間、熱壓壓力等工藝參數(shù)對(duì)板的性能起著重要的作用，因此可通過(guò)控制制造工藝和工藝參數(shù)來(lái)改變板的結(jié)構(gòu)、優(yōu)化板的性能，從而應(yīng)用于不同領(lǐng)域。

2.3.1 纖維尺寸、板密度對(duì)板性能的影響

纖維尺寸影響板的性能，纖維粒徑越大，顆粒結(jié)合的緊密程度小，孔隙率越大，力學(xué)性能和耐水性越差；反之，力學(xué)性能和耐水性越好。Alharbi 等[30]以椰殼纖維為原料，170℃和20 MPa下熱壓制備生物聚合物，探究了纖維尺寸的影響。結(jié)果表明，粒度越小，其性能越好，當(dāng)粒度低于0.053 mm 時(shí)，其彎曲強(qiáng)度為120 MPa、密度為1.44 g/cm3、吸水性為12%、厚度膨脹率為11%。Ferrandez-Villena 等[25]以粒徑為0.25～4 mm 的巨蘆葦秸稈為原料，在110℃、2.5 MPa 下壓制15 min制板。當(dāng)秸稈粒徑為0.25～1 mm 時(shí)制備板材力學(xué)性能最佳，其靜曲強(qiáng)度為14.2 MPa、彈性模量為2 052.45 MPa 和內(nèi)部粘結(jié)強(qiáng)度為1.12 MPa，表明纖維尺寸對(duì)板的力學(xué)性能具有非常重要的影響。Kurokochi 等[60]以不同粒度稻草秸稈為原料，脲醛樹(shù)脂為膠粘劑，在200℃和5 MPa 下熱壓10 min制備無(wú)膠纖維板，結(jié)果表明，與粗粒度秸稈制得的板材相比，小于1 mm 的稻草纖維制備的纖維板耐水性更好，WA 為67%、TS 為18%。因此，控制纖維尺寸的穩(wěn)定性可實(shí)現(xiàn)對(duì)板材性能的控制。纖維尺寸也影響板的導(dǎo)熱性和孔隙率，板密度也對(duì)板材的性能有重要影響。Rebolledo 等[61]采用黑白對(duì)比法證明纖維尺寸是控制熱傳導(dǎo)和孔隙率的主要變量，結(jié)果表明，0.044～0.14 mm 的細(xì)纖維制備的板導(dǎo)熱性最好，由于板間的空隙會(huì)影響導(dǎo)熱性，而細(xì)纖維在制板過(guò)程中更易聚集成纖維束，從而減少纖維間的空隙，且孔隙率隨著板密度的增加而顯著降低，熱導(dǎo)率隨著板密度增加而升高。Zhang 等[28]以稻草秸稈原料、大豆分離蛋白(SPI)為膠粘劑，在150℃壓制溫度、6 MPa 壓制壓力下制備了不同密度的秸稈纖維板。結(jié)果表明，隨著板材密度的增加，其MOR 和MOE 顯著增加，IB 從0.43 MPa 增至0.67 MPa、TS 由34.24% 降至22.49%、WA 從77.34% 下降到63.20%。原因可能是隨板材IB 改善，密度增加；IB 值越高，即秸稈與膠粘劑的結(jié)合更加緊密，從而減少水分進(jìn)入纖維板，其耐水性增加。

2.3.2 熱壓工藝參數(shù)對(duì)板性能的影響

熱壓是纖維板工業(yè)生產(chǎn)中最為關(guān)鍵的一步，直接影響板的最終性能和工廠的生產(chǎn)效率；纖維板的厚度、密度和內(nèi)部結(jié)構(gòu)在壓制過(guò)程中會(huì)隨溫度、壓力、時(shí)間的改變而發(fā)生變化。木質(zhì)素在高溫、潮濕環(huán)境中變得柔軟，與自粘結(jié)有關(guān)的纖維素在溫度的作用下鍵合、交聯(lián)形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)，較高的熱壓溫度下板中的蛋白質(zhì)和木質(zhì)素有利于形成新的共價(jià)帶，從而獲得好的MOR、TS 和IB 等性能，但溫度過(guò)高反而會(huì)降低板材的性能。Song等[62]探索了溫度對(duì)制備無(wú)膠豆秸稈纖維板性能的影響，以30℃的溫度間隔從110℃升高至230℃，壓力條件為5 MPa，熱壓30 min 制備纖維板。隨著加熱溫度的升高，拉伸斷裂應(yīng)力由8.4 MPa 增加到24.4 MPa，彎曲斷裂應(yīng)力先從15.5 MPa 到42.1 MPa 緩慢增加，但在230℃時(shí)下降到35.8 MPa，在110℃到140℃的范圍內(nèi)，WA 先由105.4%上升到123.4%，140℃到239℃范圍內(nèi)，由123.4%下降至41.5%，同樣，TS 從46.1%增加到97.8%，再?gòu)?7.8%降低到23.5%，其原因是升溫導(dǎo)致纖維板含水量由12.5%減少至4%，自由水分子減少，纖維大分子之間通過(guò)氫鍵直接連接。同時(shí)，在成型過(guò)程中，高含水率的生物板板坯會(huì)顯著降低木質(zhì)素的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，木質(zhì)素軟化起粘結(jié)劑的作用。Yue 等[63]以雜交狼尾草秸稈(HPS) 為原料、脲醛樹(shù)脂為膠粘劑，分別在175、185、195、205℃下，以40 MPa 的壓力下壓制7.5 min，熱壓法獲得密度為0.65 g/cm3、厚度為15 mm 的MDF。結(jié)果表明，于195℃熱壓7.5 min 后的MDF 具有最佳的物理力學(xué)性能，其靜曲強(qiáng)度為12.33 MPa、握釘力為1 313 N、彈性模量為2 572 MPa。當(dāng)壓制溫度低于195℃時(shí)，升溫可提高其力學(xué)性能；當(dāng)壓制溫度高于195℃時(shí)，升溫導(dǎo)致力學(xué)性能降低。提高溫度有利于脲醛樹(shù)脂的固化和脲醛樹(shù)脂與HPS 結(jié)合，但也會(huì)促進(jìn)秸稈中半纖維素和木質(zhì)素的降解，因此，采用合適的溫度可以使生產(chǎn)的中密度纖維板具有最佳的力學(xué)性能。Sihag 等[64]以竹秸稈纖維為原料，基于竹纖維干重10wt%的苯酚-甲醛(PF) 樹(shù)脂為膠粘劑制備MDF，探究了不同熱壓壓力對(duì)MDF 力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，MDF 的力學(xué)性能隨著熱壓壓力增加而升高，在熱壓溫度150℃，壓力2.1 MPa 下壓制15 min，經(jīng)3次針刺技術(shù)，獲得性能較好的MDF，板的彈性模量為2 935.02 MPa，靜曲強(qiáng)度為28.15 MPa。

與木質(zhì)纖維相比，秸稈纖維的結(jié)構(gòu)比較疏散，盡管干法生產(chǎn)的可再生秸稈纖維板在力學(xué)性能和耐水性方面有所提升，但麥草纖維和大豆秸稈纖維在制作中密度纖維板方面不如軟木纖維，但這些可再生的、環(huán)境友好的原料是很有前途的替代木材供應(yīng)下降的替代品，通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)可提高板的性能。Saari 等[65]采用響應(yīng)面法優(yōu)化無(wú)膠粘劑油棕生產(chǎn)壓縮單板的工藝參數(shù)，經(jīng)分析，其最佳壓制溫度為186.6℃，最佳壓制時(shí)間為30 min，在該條件下，將5 層厚度為4.5 mm 的油棕板堆疊壓縮制備單板，板材的抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度分別高達(dá)36.07 MPa 和5.20 MPa，分層率僅為35.4%，證明了優(yōu)化生產(chǎn)工藝參數(shù)能制備性能優(yōu)異的無(wú)膠秸稈基纖維板。吳婷婷等[66]以玉米秸稈為原料，經(jīng)研碎、纖維分離、壓縮成型和干燥4 道工序，施加最大壓力0.49 MPa、干燥溫度在79～101℃之間均成功制作生物質(zhì)板材，板材的最大破壞應(yīng)力為53 MPa，同樣試驗(yàn)方法下，食品包裝托盤(pán)用發(fā)泡板材塑料的最大破壞應(yīng)力為29 MPa，玉米秸稈板材是其1.8 倍，從力學(xué)角度上說(shuō)，該板材在食物托盤(pán)等簡(jiǎn)單容器及墻體內(nèi)部隔熱保溫、覆蓋方面有廣泛應(yīng)用的前景。

優(yōu)化工藝參數(shù)，不僅可降低能耗、提高制得的無(wú)膠秸稈基纖維板的性能，而且有利于工業(yè)生產(chǎn)的推廣。尺寸穩(wěn)定性是纖維板的重要性能特征，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高板材尺寸穩(wěn)定性是無(wú)膠粘結(jié)材料領(lǐng)域的主要挑戰(zhàn)之一；成型板坯內(nèi)秸稈原料比木質(zhì)原料難脫水，因此縮短熱壓時(shí)間、加速固化、減少板材的鼓泡和炸裂等是秸稈纖維板生產(chǎn)技術(shù)研究中應(yīng)著重解決的問(wèn)題。

3 無(wú)膠秸稈基纖維板的應(yīng)用

無(wú)膠秸稈基纖維板的原料完全取材于生物質(zhì)，易加工、生產(chǎn)成本低、可回收、可生物降解，性能優(yōu)異，可與水泥、鋼筋相組合應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，與工藝結(jié)合應(yīng)用于包裝、家具設(shè)計(jì)領(lǐng)域，與美學(xué)、新型材料搭配應(yīng)用于室內(nèi)裝飾等領(lǐng)域，見(jiàn)圖3。

圖3 無(wú)膠秸稈纖維板材的應(yīng)用：((a)～(d)) 吸聲纖維板；((e)～(h)) 墻體裝飾纖維板Fig.3 Application of glue-free straw fiberboard: ((a)-(d)) Acoustic fiberboard; ((e)-(h)) Wall decorative fiberboard

3.1 無(wú)膠秸稈纖維板在建筑墻體中的應(yīng)用

最早將秸稈應(yīng)用于建筑的是美國(guó)，國(guó)內(nèi)以南京林業(yè)大學(xué)對(duì)秸稈基纖維板領(lǐng)域研究較多，已與公司合作將稻、麥秸稈基纖維板加工得到復(fù)合地板[48]。目前銷售的秸稈基板材多數(shù)是麥秸板，以諾菲博爾麥秸板為首，種類有地板、吸音板、裝飾板、建筑板、裝飾板等，但大多含有無(wú)醛的異氰酸酯膠粘劑，制板工藝大多從德國(guó)、巴西、澳大利亞、新西蘭等制板工藝先進(jìn)的國(guó)家引進(jìn)，其次為上海瑾希麥秸板，價(jià)格均高于普通木板。無(wú)膠秸稈基纖維板在市場(chǎng)上仍比較少見(jiàn)，其工業(yè)化生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用推廣還有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

無(wú)膠秸稈纖維板的承重力、吸水性等略低于木質(zhì)板材，但秸稈類型不影響隔熱系數(shù)，大多數(shù)秸稈纖維板的隔熱系數(shù)低，保溫、抗震性能好，質(zhì)量相對(duì)較輕，可設(shè)計(jì)應(yīng)用于建筑墻體。新型裝配式結(jié)構(gòu)保溫復(fù)合墻體是將秸稈纖維板內(nèi)嵌在有肋梁、柱框的墻體中，使墻體的隔熱系數(shù)顯著降低，既環(huán)保又保溫，適用于天氣嚴(yán)寒的北方村鎮(zhèn)建筑。Zhou 等[67]以棉稈纖維為原料，不添加樹(shù)脂和化學(xué)添加劑，采用高頻熱壓工藝得到無(wú)膠棉稈纖維板(BCSF)，其密度為0.15～0.45 g/cm3、導(dǎo)熱系數(shù)為0.0585～0.0815 W/(m·K)，導(dǎo)熱系數(shù)與相同密度范圍內(nèi)的膨脹珍珠巖和蛭石相近，保溫性能優(yōu)良，可應(yīng)用于天花板和墻板等建筑構(gòu)件。Theng 等[68]以稻草秸稈粉末為原料、水和木質(zhì)素為粘合劑，通過(guò)雙螺旋擠出機(jī)制得了性能良好的纖維板，其密度為1.102 g/cm3、最大靜曲強(qiáng)度為50 MPa、彈性模量為6 000 MPa，性能滿足法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)NF EN 312[5]中的P7 型板，可應(yīng)用于承重板。Zhang 等[69]將玉米秸稈木質(zhì)素通過(guò)甲基化/水熱降解共改性，得到羥基含量提高210.85%的共改性木質(zhì)素(ML)，將不同含量的ML 溶解在NaOH/CH4N2O/聚乙二醇-400 (PEG-400)/H2O 溶液中，并噴涂在木材纖維上，經(jīng)高速混合器混合5 min，冷凍0.7 h，預(yù)壓后在190℃下熱壓8.5 min。結(jié)果表明，添加3wt%的MDF 綜合性能最好，彈性模量為5 809 MPa、斷裂模量高達(dá)70 MPa、內(nèi)部粘結(jié)強(qiáng)度為29 MPa、厚度膨脹低至16.65%，符合中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11718-2009[8]和歐盟國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)BS EN 622-5-2009[57]，可應(yīng)用于建筑墻體。Kurokochi等[70]以稻草秸稈為原料，先將秸稈粉碎到粒度小于1 mm，再用乙烷萃取蠟質(zhì)，提升自結(jié)合能力，最后細(xì)磨到粒度小于0.15 mm，在220℃和5 MPa下熱壓10 min 制得無(wú)膠纖維板。其力學(xué)性能良好，MOR 為4.31 MPa、MOE 為1 167 MPa、IB 為0.6 MPa、TS 為8.09%，滿足刨花板(JIS A5908-2003[71])和中密度纖維板(JIS A5905-2014[72])的要求。因此，根據(jù)秸稈纖維板的力學(xué)性能和防水性能，其可用作建筑保溫材料。它們可以單獨(dú)用作隔斷墻，也可以與其他材料組合作為墻板，用于天花板或閣樓空間隔熱。Ali 等[73]以椰棗葉和麥秸稈纖維為原料，玉米淀粉(CS)為粘結(jié)劑，將共混材料于100℃下烘干72 h，得到性能良好的混合纖維板材，該板材在10～60℃下，平均熱導(dǎo)率在0.045～0.065 W/m·K 范圍內(nèi)，彎曲應(yīng)力為0.22～0.52 MPa，熱穩(wěn)定性高達(dá)213℃，在隔熱建筑結(jié)構(gòu)材料方面具有廣闊應(yīng)用價(jià)值。

3.2 無(wú)膠秸稈纖維板在包裝材料中的應(yīng)用

無(wú)膠秸稈纖維板因自粘結(jié)、不使用膠粘劑，環(huán)保、可持續(xù)性及極低甲醛、揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)釋放量，備受人們青睞，國(guó)外很早就將秸稈纖維板應(yīng)用于包裝、家具生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)從2010 年上海世博會(huì)后利用秸稈纖維板作為包裝材料、制作家具才正式走向成熟。秸稈纖維板與工藝美術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于包裝材料和家具設(shè)計(jì)，利用秸稈纖維板不易變形、具有一定緩沖性的特點(diǎn)設(shè)計(jì)瓷器等易碎品的包裝材料或集裝箱。Zhang[74]通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化稻草纖維的最佳堿處理工藝，堿處理后，稻草纖維的pH 值為10.5～11 時(shí)，有利于稻草纖維與脲醛膠之間的化學(xué)反應(yīng)，采用最佳的預(yù)處理工藝，提高稻草表面的膠合性能，提高板材的物理機(jī)械強(qiáng)度，在1.5 MPa 下預(yù)壓20～30 s，優(yōu)化板材膠粘劑的選擇和使用，異氰酸酯膠和脲醛膠共同使用，可有效地達(dá)到優(yōu)異的粘結(jié)效果，在稻草纖維板的制備過(guò)程中，先涂異氰酸酯膠，再涂脲醛樹(shù)脂膠，粘結(jié)效果優(yōu)異，提高了板材強(qiáng)度，降低了成本，使其具有一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；稻草纖維板先預(yù)壓再熱壓，可使膠粘劑充分固化，根據(jù)產(chǎn)品包裝的要求設(shè)定板材厚度，可用于包裝設(shè)計(jì)。

3.3 無(wú)膠秸稈纖維板在室內(nèi)裝修、家具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

家具制造工藝和市場(chǎng)均可很好的與秸稈纖維板相適應(yīng)，可利用生產(chǎn)木材的程序和設(shè)備批量生產(chǎn)秸稈纖維板衣柜、桌椅、擺件、書(shū)柜、門(mén)板、廚用家具和寢室家具等產(chǎn)品。Zhang 等[28]制備出的秸稈纖維板力學(xué)性能和防水性能優(yōu)異，其密度為0.8 g/cm3、MOR為21.8 MPa、MOE為2 870 MPa、IB 為0.63 MPa、TS 為24.53%、WA 為64.35%，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11718-2009[8]的要求，可替代石油基樹(shù)脂板，在室內(nèi)裝飾和家具方面有廣闊的應(yīng)用前景。Luthfi 等[75]利用甘蔗秸稈濕法成型制備無(wú)膠粘劑高密度纖維板(HDF)，探究了不同溫度對(duì)纖維板的影響，干燥溫度從110℃升高至190℃，纖維板的密度從1.0210 g/cm3略微降至1.0164 g/cm3，110℃、130℃和150℃干燥溫度下制得的纖維板符合JIS A5905-2014[72]的S20 和S25 型HDF 的標(biāo)準(zhǔn)。平均而言，纖維板的密度為1.0196 g/cm3、含水率為5.07%、彎曲斷裂應(yīng)力為28.25 MPa，這種典型密度的纖維板可用于外墻、內(nèi)墻、鑲板和家用家具。Vitrone 等[76]以蒸汽爆炸預(yù)處理的蘆葦秸稈為原料，不使用膠粘劑，熱壓制備出性能優(yōu)秀的無(wú)膠纖維板，結(jié)果表明，其彈性模量為4 514 MPa、斷裂模量為34.51 MPa、內(nèi)部粘結(jié)強(qiáng)度為4.125 MPa、厚度膨脹率為8.68%、吸水率為9.22%，與商業(yè)纖維板性能相當(dāng)，可應(yīng)用于家具市場(chǎng)等。

新型環(huán)保材料越來(lái)越受到人們的推崇與青睞，但國(guó)內(nèi)市場(chǎng)秸稈纖維板的設(shè)計(jì)和利用還比較保守傳統(tǒng)，缺乏美學(xué)元素和時(shí)尚感。瑞典Form Us With Love 工作室BAUX 品牌吸音板的設(shè)計(jì)值得借鑒，僅使用木絲、水泥和水就可制備出集功能性和裝飾性于一體的多彩吸音板，且吸音、降噪功能優(yōu)異。時(shí)尚、現(xiàn)代、功能多樣化是未來(lái)秸稈纖維板的發(fā)展方向。

4 結(jié) 語(yǔ)

農(nóng)作物秸稈資源豐富，以傳統(tǒng)膠粘劑制備的秸稈基纖維板力學(xué)性能優(yōu)異，但存在甲醛釋放、耐水性差等缺點(diǎn)；環(huán)保膠粘劑制備的纖維板力學(xué)性能差、耐水性弱，其工業(yè)應(yīng)用受限。近年來(lái)，走綠色低碳之路、推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)已成為社會(huì)各界的共識(shí)。無(wú)膠秸稈基纖維板具有性能優(yōu)異、環(huán)保、可再生等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)需膠粘劑，不僅可緩解石油危機(jī)、保護(hù)環(huán)境，且提高了秸稈的利用價(jià)值。

無(wú)膠纖維板的制備機(jī)制、制板工藝及參數(shù)等對(duì)板性能的影響已有初步研究。秸稈預(yù)處理可將木質(zhì)素和半纖維素充分暴露在纖維素表面，在熱壓過(guò)程中能充分鍵合而促進(jìn)粘結(jié)。不同預(yù)處理方法有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，但均可提高秸稈纖維板的自粘結(jié)能力，綜合利用各種預(yù)處理方法的優(yōu)勢(shì)，探索合適的預(yù)處理?xiàng)l件，不僅可降低能耗，而且有利于提高板的性能；秸稈纖維粒徑越小，顆粒結(jié)合越緊密，性能越好。隨著板密度的增加，板內(nèi)部結(jié)合力增大，減少水分進(jìn)入從而提高耐水性；隨著熱壓溫度的提高，纖維素在高溫下鍵合、交聯(lián)形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)，木質(zhì)素在高溫、潮濕環(huán)境中變得柔軟而發(fā)生膠黏作用，可獲得好的靜曲強(qiáng)度(MOR)、吸水厚度膨脹率(TS) 和內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度(IB)等性能，但溫度過(guò)高會(huì)降低板材的性能。因此，優(yōu)化工藝參數(shù)可以改善生產(chǎn)纖維板的性能，同時(shí)可降低能耗、有利于工業(yè)生產(chǎn)及推廣。

無(wú)膠秸稈基纖維板具有替代實(shí)木的潛力，但某些性能還達(dá)不到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。板的耐水性尚需進(jìn)一步提高；用于家具，安裝時(shí)需要對(duì)螺釘固定力進(jìn)行評(píng)估；用于建筑行業(yè)，其濕熱性能有較大影響，但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)其濕熱性能的研究報(bào)道較少；大規(guī)模生產(chǎn)工藝還不成熟，秸稈纖維板的售價(jià)偏高。未來(lái)無(wú)膠秸稈基纖維板的研究可能主要集中在：

(1) 需要進(jìn)一步探索秸稈纖維的自粘合機(jī)制、預(yù)處理方法和熱壓工藝等提升無(wú)膠纖維板的性能。秸稈纖維尺寸的不穩(wěn)定性對(duì)板的性能影響較大，應(yīng)著重研究如何保持纖維尺寸的穩(wěn)定性；

(2) 開(kāi)發(fā)無(wú)膠秸稈基纖維板的其他性能，提高纖維板的耐磨性能、彈性性能、濕熱性能，附加工藝涂層、砂光，融入美學(xué)設(shè)計(jì)等元素提升板材美觀度，使無(wú)膠秸稈基纖維板多功能、多元化發(fā)展以擴(kuò)大應(yīng)用范圍；

(3) 拓展國(guó)際合作，優(yōu)化工藝參數(shù)，制定一套完整、經(jīng)濟(jì)、適用的無(wú)膠纖維板工業(yè)制備方法，從而降低制板成本，促進(jìn)規(guī)模化生產(chǎn)，降低無(wú)膠秸稈基纖維板的銷售價(jià)格，這對(duì)無(wú)膠秸稈基纖維板的推廣應(yīng)用具有重大現(xiàn)實(shí)意義。