田埂上的科学技术创新系列报道（三）︱人造板无醛又阻燃
创新是发展的不竭动力。今年2月底，2021年度湖南省科学技术进步奖获奖项目名单公布。为集中报道和展示农林领域的创新成果，省科协、省科技厅联合主办推出“田埂上的科学技术创新”系列报道，湖南科技传媒集团具体承办。
《湖南科技报》派出记者深入实地采访，聚焦我省农林领域科技工作人员在科研过程中的精彩故事，报道他们取得的重大科学技术创新成果，弘扬他们服务社会的奉献精神、勇于创新的科学精神、勇攀高峰的探索精神，为全省科技工作者提供源源不断的精神动力，激发全社会的创新创造活力，营造良好的科学技术创新氛围，助推“三高四新”战略实施。
系列报道持续在《湖南科技报》推出，并将在科普湖南学习强国号、科普湖南微信公众号、科普湖南在线网及湖南科技报微信公众号同步推送。
“家装污染成为多种疾病的致病源”“近七成住宅甲醛超过标准”“1/3白血病缘于装修”“我国每年11万人死于室内污染”……互联网时代，类似报道已屡见不鲜，均指向同一个社会问题——家装材料甲醛超标。
甲醛无色，闻起来却很上头，具有着强烈刺激性气味，世界卫生组织国际癌症研究机构将其列为一类致癌物，可诱导和引发癌症。它的危害到底有多大？当它在室内的浓度达到每立方米0.06～0.07毫克时，儿童就会发生轻微气喘。而含有甲醛胶黏剂的木制品用于室内，甲醛释放期长达3～15年。
“但装修界都说‘无醛不成胶’。”9月22日，省林科院范友华研究员和记者说，因为甲醛是一种重要的化工原料，大多数都用在生产木材胶黏剂，用于人造板产业，还可作为棉织物染色助剂，使面料固色持久、防皱防缩……可以说，甲醛除去致癌性，其他都是优点。
范友华研究员是一名化学博士，也是“无醛阻燃木竹材人造板制造关键技术及其应用”项目主要负责人，该项目在今年2月底荣获2021年度湖南省科技进步奖二等奖。他和记者说，说起无醛阻燃木竹材人造板研究，还得与当时他去医院看望一位患病朋友的经历有关。
“到医院才知，朋友是产后不久便住进了新装修的房子，医院诊断结论是因产后免疫力低、居住在不良环境中导致凝血功能减低。”看着往日阳光快乐爱笑的女孩，如今躺在病床上脸色苍白，范友华内心很不是滋味。
回到单位，他不时想起因室内装修用到的材料引起的室内空气污染问题，心中暗暗下定决心攻关人造板用无醛胶黏剂。
早在4年前，有机化学专业硕士毕业的范友华，放弃去中国科学院青海盐湖研究所工作的机会，回到湖南省林业科学院从事林业科研工作。
“我报到上班后不久，就加入了院课题组的一个重大专项研究，在院课题组老专家的指导下，从林业理论、实验技能到项目申报等，从头学起，每天都是辛苦又充实的两点一线生活。”范友华和记者说，经过400多个日夜的拼搏，最终他与课题组一道圆满完成重大专项的任务指标，自主研发出大径级速生材真空——叠压浸渍改良工艺及技术，解决了木材缺乏横向通道导致浸注深度不够、速生材密度低易压溃的技术瓶颈，开发出密实化防腐改性木材，延长了木材的使用寿命。
而这也为范友华接下来攻关无醛阻燃木竹材人造板制造关键技术打下了坚实的基础。
人造板最重要的包含胶合板、刨花板、细木工板和纤维板等。板材在生产的全部过程中需要用胶水黏合，据记者了解，用胶量最低的三合板，每一张标准板用胶量约为1公斤。
我国每年使用的木材胶黏剂总量近2000万吨，且主要是以甲醛为基本原材料的“三醛”胶，占整个木材加工行业用胶量的90%以上。市场占比不足10%的大豆胶、淀粉胶、异氰酸酯胶等无醛胶，虽然实现了绿色环保，但却因存在性能不稳定、成本过高等问题，难以推广开来。
受小时候依稀记得农村的木工师傅熬骨胶用于黏合木家具的启发，范友华决定将富含植物蛋白成分的农林加工剩余物中的蛋白质提取出来，以此为原料开发无醛胶黏剂。
通过查阅资料、咨询前辈，范友华选择以油茶饼粕及大豆饼粕为原料，提取其中的植物蛋白，经化学改性后得到了植物蛋白基胶黏剂。经过上百次实验，终于解决了蛋白胶黏剂干态胶合强度的问题。
然而，植物蛋白胶黏剂存在耐水性差、易发霉的问题。范友华研究员团队又通过对植物蛋白分子定向重构—共混交联耦合技术，解决了植物蛋白胶黏剂耐水性差的问题；并采取生物灭活抑菌方法，改善了植物胶黏剂易霉变的问题，延长了植物蛋白质室温存放期。
最终，经过近6年的攻关，范友华研究员团队创制了耐水防霉植物蛋白基胶黏剂制造技术，解决了人造板甲醛释放对环境造成污染的产业瓶颈，人造板甲醛释放量仅为0.008 毫克/立方米，远低于国家标准《人造板及其制品甲醛释放量分级》（GB/T 39600-2021）ENF级0.025毫克/立方米的限量。项目组研制的胶合板，产品主要力学性能也符合《普通胶合板》（GB/T 9846-2015）标准要求。
无醛胶黏剂能解决人造板甲醛污染问题，但人造板还须进行阻燃抑烟等处理，以解决易燃多烟难题。
由公安部、住房和城乡建设部联合发布的强制性国家标准《建筑内部装修设计防火规范》（GB 50222-2017），自2018年4月1日起实施，要求公共场合木制人造板等墙体材料燃烧性能等级须达到B2级。
新需求催生新突破。范友华研究员团队根据新形势及时作出调整研究方向，联合中南林业科技大学袁利萍副教授团队，开启无醛阻燃人造板的研究。
经过近4年的研究，项目团队发明了环境友好型无卤生物质固体阻燃剂制备技术，提出人造板阻燃剂催化成炭协同烟雾毒气吸附捕集与催化转化的阻燃减毒理论，创建了催化成炭和烟雾转化减毒协效理论。该体系可将总热释放量减少55%，总烟产生量减少50%，有毒烟雾产生量减少30%。
在人造板催化成炭减毒理论基础上，项目团队发明了适用于实木细胞深度浸渍液相功能型阻燃剂，创新实木细胞深度浸渍改性技术，攻克木材难以深度浸透和浸渍效率低的技术难题。
同时，项目团队还攻克木竹人造板制作的完整过程中能耗高和效率低的技术难题，构建了完整的无醛阻燃人造板绿色生产技术体系。采用大体积冷锅混料技术使混料速率提高5倍，单位产品节能8%。
2020年8月，项目组研制的阻燃胶合板，经检测，燃烧性能符合B1(B)级要求，为难燃材料。同年12月，项目组研制的磺化炭/竹木纤维集成墙板的检测结果为，燃烧性能达到B1级要求，为难燃材料。
“我们公司生产的无醛阻燃胶合板，甲醛释放量达ENF级，虽然每张标准板成本增加了10%左右，但售价提高了10～15元，单张板利润高一些不说，销售额还翻了番。”8月30日，湖南闽新新材料股份有限公司总经理周向东和记者说，他们公司自2018年跟范友华研究员团队合作以来，利用新技术生产的无醛阻燃胶合板，深受酒店、宾馆、商场等公共场所装修青睐，市场走货快。
湖南恒信新型建材有限公司是全国竹木纤维行业细致划分领域有突出贡献的公司，公司在该细致划分领域国内市场占有率达21%。该公司副总经理王杰超和记者说，公司自2016年与项目组合作至今，利用无醛胶黏剂和一体成型技术生产的竹木纤维集成墙板，防水、阻燃、硬度及弯弧度等指标性能优异，商品市场反响好，还出口到东南亚、欧盟及中东阿拉伯等地的22个国家，近5年出口创汇800万余元。
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