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【甬派】领军人物 朱锦:打造神奇仿木的工业魔术师
作者:,日期:2019-09-11

  博士,研究員,博士生導師。第八批中組部“國家特聘專家”,全國優秀科技工作者、浙江省“十佳優秀科技工作者”、中科院“朱李月華優秀教師獎”,浙江省新世紀“151”人才計劃重點資助等。

  现任中國科學院宁波材料技术与工程研究所所属材料技术所所长, 浙江省生物基高分子材料与应用技术重点实验室主任等,主要从事生物基高分子材料研究和开发工作。

  神奇的仿木

  江南地區梅雨季家裏的菜板、筷子等都很容易發黴,朱錦將草本植物纖維與塑料樹脂結合,研制出了纖維結構“仿木”複合材料,據說不僅能夠解決發黴的問題,還能防水防火。

  真的有這麽神奇嗎?仿木又采用了哪些原料?一起來看看吧!

  還在用人造板材?“仿木”的思路與此不同

  人造板材,就是以速生林如楊樹、桉樹等生長周期短的樹木爲原材料,通過旋切成木皮或用碎木做成木纖維,再利用膠粘劑粘接成的板材。不管天然木材還是人造板材,源頭都是“種樹”,可種樹是有周期的,也是需要占用土地的。人類需求這麽大,光靠種樹來得及?

  多年從事生物基高分子材料研究的朱錦,把目光投向了纖維複合材料。“爲什麽木材的力學性能這麽優秀,其實是由它的纖維化微結構決定的。能否由此出發,研制出真正可以替代木材的新型仿木複合材料?”

      近兩年,朱錦帶領團隊以常見的塑料、橡膠等高分子材料爲基體,對稻草、蘆葦、棕榈纖維、竹纖維等進行包裹加工,研制出了綜合基體與微纖維兩方面優勢的植物纖維高分子複合材料。

  “古人利用稻草或麥稭增強粘土來制造房屋,就是一種纖維複合材料的利用。從某種意義上說,我們是借鑒了這一思路。”朱錦說。

  “高含量植物纖維,保證了複合材料的高強度,而不規則分布的植物纖維,又保證了材料在任何方向都有均勻的力學性能,這使仿木可鋸、可鉚、可釘、可刨,加工十分靈活。”朱錦介紹,相比天然木料或木纖維,稭稈等草本纖維不但成本低,而且儲量極其巨大。

  “全中國各類稭稈可收集量超過9億噸,其中只有10%得到了有效利用。這不僅意味著仿木複合材料的生産成本很低,而且可以真正實現農林廢棄物變廢爲寶。”

  朱錦表示,團隊優選合適的相容助劑,改善親水植物纖維與疏水性高分子樹脂之間的相容性,提高兩者在微觀層面的結合力,最終制備出了具有高強度、高模量的植物纖維增強高分子複合材料。

        防火防潮又環保

  衆所周知,植物纖維與常見的塑料都是易燃品。植物纖維複合材料的阻燃問題依然是業界難題,很多研究者多通過有機溶劑或者堿液處理纖維,破壞纖維表面的結構,然後加入阻燃劑進行阻燃。

  木材及其微觀纖維結構

  “這種做法會産生大量的廢棄溶劑和堿液,在環保處理方面增加了很多額外成本。”朱錦帶領團隊采用植物纖維與樹脂基體分步阻燃化的方案,先用水對植物纖維進行簡單的噴淋,再用常規的加工方法與環保型阻燃劑,使樹脂獲得足夠的阻燃能力,植物纖維複合材料點燃十秒後,離火便自動熄滅。

  實驗團隊將封閉樣條恒溫20℃浸泡在水中,100天後,樣條的吸水率仍然低于2%。爲讓樣品多吸水,實驗人員將擠出塊材表面的塑料層切除,又進行了60天的吸水性測試,樣品的吸水率均仍未超過20%,遠低于30%的腐爛臨界值。

  “這是因爲在高速共混機中,高分子基體與纖維達到了非常均勻的共混,完成了對植物纖維的有效包裹。”朱錦表示,團隊做了大量精密計算,才得出配方設計,讓高達80%植物纖維含量的複合材料依然能夠受到高分子基體的保護,大幅度降低吸水性能。同時保證了植物纖維複合材料在高溫濕熱的情況下,依然具有良好的穩定性能。

  “目前團隊已經貫通了植物纖維高分子複合材料的整體工藝路線,具備了一定的生産與制備能力,並使産品在成本與使役性上取得了良好的平衡。”朱錦表示,隨著研發和市場推廣的深入,這款“仿木”産品會很快進入市場,從而促成人類將綠色還給森林。”

  無醛大豆木材膠粘劑

  在我们的印象当中,甲醛只会存在于新装修的房屋里,但其实甲醛是一种无色无味的气体,我们所闻到的异味来自于苯、氨、TVOC等有害物质,也就是说室内甲醛含量是否超标我们是闻不出来的。很多胶黏剂是把甲醛作为原材料,会释放出甲醛等有害物质。而朱锦之前一直在做一个研究生物基無醛大豆木材膠粘劑的项目,目标就是让板材告别甲醛,还给大家健康生活。

  豆粕,又稱“大豆粕”,是大豆提取豆油後得到的一種副産品。此前“豆粕”常用于制作飼料、糕點食品,健康食品以及化妝品和抗菌素原料,缺乏在粘合劑方面的研發成果。而由中科院甯波材料所研究員、國家級人才項目專家朱錦博士帶領的團隊展開攻關,在六年前成功研發出生物基無醛木材膠粘劑技術,主要以天然可再生物的豆粕爲主要原料,該膠粘劑不使用甲醛,且生産加工工藝簡單,價格低廉,完全沒有廢氣、廢水、廢渣等“工業三廢”的排放問題。

  朱錦帶領團隊隨後花費1年半進行技術攻關,突破了大豆膠在刨花板中的應用,拓展了大豆基無醛膠粘劑的應用範圍。用該膠粘劑制備得到的膠合板不僅完全達到國際甲醛釋放限制E0級最高標准,其膠合強度高于2MPa,且經過沸水煮4小時後不開裂,完全解決了此類膠粘劑耐水性差的問題。

  目前這一技術生産的膠合板已在很多知名品牌地板中獲廣泛應用。這也是此類無醛膠粘劑首次應用到地板中,使家裝地板又有了新的環保選擇。目前,以“豆粕”爲原料的無醛膠粘劑已獲得了國家7項專利的授權,達到了國際先進水平。

  在未來,朱錦還將繼續研究可完全降解的材料,如塑料袋、餐盒等等。我們也衷心希望朱所及其團隊能夠研發越來越多的環保材料,望未來可期!

  (原文分布于2019年9月3日《甯波日報》甬派客戶端)

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